DE9002266U1 - Device for keeping the light intensity constant - Google Patents
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Description
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.'... '..' Bremeni-München "·· * .'... '..' Bremen-Munich "·· *
DipL-lng. Gümher EisenfOhr* Dfc>L-lng. Dieter K. Speiser· DfpL-lng. Joachim Sirassc Dfrlng-Wemer W Rabus* DipMpg. Jüegt» Bnjgse* MpIKJ ■■■ -.5. Ur. Walter MaiwaldDipL-lng. Gümher EisenfOhr* Dfc>L-lng. Dieter K. Speiser· DfpL-lng. Joachim Sirassc Dfrlng-Wemer W Rabus* DipMpg. Jüegt» Bnjgse* MpIKJ ■■■ -.5. Ur. Walter Maiwald
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Dr. K. Hönle GmbH
Fraunhoferstraße S
D-8033 MartinsriedDr. K. Hönle GmbH
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konstanthaltung der Lichtintensität einer oder mehrerer Lichtquellen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer oder mehreren Lichtquellen, einer in das erzeugte Lichtfeld hineinragenden Abgreifvorrichtung zur Messung der Lichtintensität und einer Regeleinrichtung zum Konstanthalten der Lichtintensität.The invention relates to a device for keeping the light intensity of one or more light sources constant. The device according to the invention consists of one or more light sources, a tapping device extending into the generated light field for measuring the light intensity and a control device for keeping the light intensity constant.
kti _' ■ lik;f(ni ()&EEgr;&iacgr;>-^2^&iacgr;&Ggr;»&iacgr;&Mgr;) · &Ggr;<»&igr;·&mgr;&eegr;·&igr;; -vsifm™· ■ llk'x "J^o" t &igr; mi iI · &igr;&mgr;»·&khgr;-&Igr;'.|-.&eegr;<> <&igr;(&igr;7&Pgr;&iacgr;kti _' ■ lik;f(ni ()&EEgr;&iacgr;>-^2^&iacgr;&Ggr;»&iacgr;&Mgr;) · &Ggr;<»&igr;·&mgr;&eegr;·&igr;;-vsifm™· ■ llk'x "J^o" t &igr; mi iI · &igr;&mgr;»·&khgr;-&Igr;'.|-.&eegr;<><&igr;(&igr;7&Pgr;&iacgr;
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Derartige Vorrichtungen zur Konstanthaltung von Lichtintensitäten sind bekannt, haben jedoch den Nachteil, daß zur Messung der Lichtintensität Spiegel benützt werden, die einen Teil der Lichtstrahlen unter einem aus dem Strahlengang auslenken und einer Auswerteelektronik zuführen. Nachteilig bei dieser aus dem Stark* der Technik bekannten Ausspiegelung ist es, daß durch im Strahlengang angeordnete Spiegel Schatten in Bezug zrJ das zu bestrahlende Objekt erzeugt werden. Diese Schatten wirken sich sehr nachteilig auf die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Untersuchungsergebnisse der bestrahlten Objekte aus. Gerade diese Genauigkeit wird auf dem Gebiet der Weltraumtechnik gefordert Beispielsweise werden in Prüfkammern mit Weltraumbedingungen Prüfobjekte, wie -Tim Beispiel Weltraumflugkörper oder Teüe davon und deren funktionelles Verhalten unter intensiver, den reellen Verhältnissen des Weltraumes nahekommender intensiven Strahlen mit sichtbaren und UV-Anteilen ausgesetzt. Anhand dieses Tests können Material- oder Funktionsänderungen der Prüfobjekte erkannt werden. Ein beispielhaft genanntes Problem aus dem Gebiet der Materialprüfung ist das Verhalten der Klebeverbindung zwischen einem Sonnenpaddel oder -segel eines Satelliten und den darauf befestigten Solarzellen, da einige Kleber unter der im Weltraum auftretenden intensiven UV-Bestrahlung durch das Sonnenlicht problematisch reagieren. Eine wichtige Randbedingung bei derartigen Versuchen ist die Intensitätskonstanz des erzeugten Lichtfeldes, in welchem sich das Prüfobjekt befindet. Außerdem bestehen sogenannte "Sonnensimualtoren" aus einer Batterie von nebeneinandergeordneten Reflektoren, die alle eine Strahlenquelle, wie zum Beispiel eine dotierte Quecksilberdampfentledungslampe oder eine Xenonlampe aufweisen. Jede Strahlenquelle arbeitet unterschiedlich und unabhängig, wobei die Unterschiede über Regelung der dazugehörigen Vorschaltgeräte so angegeben werden sollen, daß ein gleichmäßiges Bestrahlungsfeld entsteht.Such devices for keeping light intensities constant are known, but have the disadvantage that mirrors are used to measure the light intensity, which deflect part of the light rays out of the beam path at a certain angle and feed them to an evaluation electronics. The disadvantage of this type of reflection, which is known from the early days of technology, is that mirrors arranged in the beam path create shadows in relation to the object to be irradiated. These shadows have a very detrimental effect on the accuracy and reproducibility of the test results for the irradiated objects. It is precisely this accuracy that is required in the field of space technology. For example, in test chambers with space conditions, test objects such as spacecraft or parts thereof and their functional behavior are exposed to intense rays with visible and UV components that approximate the real conditions in space. This test can be used to detect material or functional changes in the test objects. An example of a problem in the field of materials testing is the behavior of the adhesive bond between a satellite's solar paddle or sail and the solar cells attached to it, as some adhesives react problematically under the intense UV radiation from sunlight that occurs in space. An important boundary condition for such tests is the intensity constancy of the light field generated in which the test object is located. In addition, so-called "solar simulators" consist of a battery of reflectors arranged next to one another, all of which have a radiation source, such as a doped mercury vapor discharge lamp or a xenon lamp. Each radiation source works differently and independently, with the differences being specified by regulating the associated ballasts in such a way that a uniform radiation field is created.
Weitere Nachteile bei Verwendung von Spiegeln gemäß dem Stand der Technik ergeben sich durch die schwierige Auswechselbarkeit und Justierung im Falle einer Anpassung an veränderte Versuchsbedingungen. De« weiteren ergibt sich eine nachteilige Vergrößerung der Versuchsanordnung bzw. der gesamten Vorrichtung, wenn der zur Regelung herangezogene Strahlenanteil über Filter zu leiten ist.Further disadvantages of using mirrors according to the state of the art arise from the difficulty of replacing and adjusting them in the event of an adaptation to changed test conditions. Furthermore, there is a disadvantageous increase in the size of the test arrangement or the entire device if the portion of the radiation used for control has to be passed through filters.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung verfügbar zuThe object of the present invention is therefore to provide a device
machen, bei der die Gleichmäßigkeit einer Bestrahlung sichergestellt ist, ohne daß der Strahlengang behindert ist.which ensures uniformity of irradiation without obstructing the beam path.
Die Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß eine Abgreifvorrichtung aus einem in einer Fassung gehalterten Lichtleiterstab aus ausschließlich licntleitendem Material besteht, durch den ein Teil der Strahlung abgegriffen und einem Photolelemt als Meßwertaufnehmer der Regeleinrichtung zugeführt wird. Durch die Verwendung eines Lichtleiters kann ein Teil der Strahlung aus dem Strahlengang abgegriffen werden und da sich nur lichtleitende Materialien im Strahlengang befinden, findet keine wesentliche Abschattung des zu bestrahlenden Objekts statt.The task is essentially solved by a tapping device consisting of a light guide rod held in a holder made exclusively of light-conducting material, through which part of the radiation is tapped and fed to a photoelement as a measuring sensor of the control device. By using a light guide, part of the radiation can be tapped from the beam path and since only light-conducting materials are in the beam path, there is no significant shadowing of the object to be irradiated.
Des weiteren kann der Lichtleiterstab der Abgreifvorrichtung leicht gegen einen anderen Lichtleiterstab, der beispielsweise mit einer angeformten 90°-Umlenkung ausgebildet ist, ausgetauscht werden. So können Lichtleiterstäbe mit den verschiedensten Formgebungen verwendet werden, wodurch sich die Abgreifvorrichtung in idealer Weise an vielfältige Versuchs- bzw. Prüfanordnungen anpassen läßt.Furthermore, the light guide rod of the tapping device can easily be exchanged for another light guide rod, which is designed, for example, with a molded 90° deflection. This means that light guide rods with a wide variety of shapes can be used, which means that the tapping device can be ideally adapted to a wide variety of test and testing arrangements.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform trägt die Fassung für den Lichtleiterstab vorteilhafterweise auch das Photoelement, welches als Meßwertaufnehmer der Regeleinrichtung dient und welches das mittels des Lichtleiterstabs abgegriffene Licht < mpfängt.In a preferred embodiment, the holder for the light guide rod advantageously also carries the photoelement, which serves as a measurement sensor for the control device and which receives the light < picked up by the light guide rod.
Um schon im abgegriffenen Strahlengang Besonderheiten der Regelung berücksichtigen zu können, läßt sich vorteilhafterweise dieser Meßstrahlengang mit Filtern versehen. Hierfür sind in der Fassung Führungsschlitze angeordnet, in welche Filter und/oder Gitter einsetzbar sind. Dadurch wird ein kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der Abgreifvorrichtung gewährleistet. Durch die Filter bzw. die Gitter ist eine Auswahl des zu regelnden Lichtspektrums bzw. eine Beeinflussung des Strahlenganges möglich.In order to be able to take special features of the control into account in the tapped beam path, this measuring beam path can advantageously be provided with filters. For this purpose, guide slots are arranged in the holder into which filters and/or grids can be inserted. This ensures a compact structure of the device according to the invention, in particular the tapping device. The filters or grids make it possible to select the light spectrum to be controlled or to influence the beam path.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet jede Lichtquelle ein Modul, welches ein einseitig offenes Gehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete Lampe, einen Reflektor und einen Reflektoraustritt aufweist. Die Vorteile der Modulbauweise liegen insbesondere darin, daß bei auftretenden DefektenIn the preferred embodiment of the device according to the invention, each light source forms a module, which has a housing that is open on one side, a lamp arranged in the housing, a reflector and a reflector outlet. The advantages of the modular design are in particular that if defects occur
nur das betreffende Modul ausgewechselt werden muß. Bevorzugterweise wird jedem Modul eine Abgreifvorrichtung sowie eine Regeleinrichtung zugeordnet, wodurch jedes einzelne Modul und im speziellen dessen Lichtintensität separat regelbar und insgesamt eine feinere Rege'ung erzielbar ist.only the module in question needs to be replaced. Preferably, each module is assigned a tapping device and a control device, whereby each individual module and in particular its light intensity can be controlled separately and overall a finer control can be achieved.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nurFurther details, advantages and features of the invention will become apparent not only
aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in |from the claims, the features derived therefrom - for themselves and/or in |
Kombination - , sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von den Jcombination - but also from the following description of the J
Zeichnungen zu entnehmenden Ausführungsbeispielen. 1Drawings for examples of implementation. 1
Es zeigen: ;Show it: ;
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Versuchsanordnung bestehend aus mehreren Modulen und einem davor befindlichen Sonnensegel;Fig. 1 a perspective view of an exemplary test arrangement consisting of several modules and a sun sail in front of them;
Fig. 2 einen Querschnitt eines Modules der Fig. 1; |Fig. 2 a cross-section of a module of Fig. 1; |
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Halterung für einen teilweise dargestellten ,Fig. 3 is a cross-section through a holder for a partially shown,
Lichtleiterstab (Linie III, Figur 4); :;Light guide rod (line III, figure 4); :;
Fig. 4 eine Aufsicht auf die in Figur 3 gezeigte Halterung; und $Fig. 4 is a plan view of the holder shown in Figure 3; and $
Figuren 5a bis 5d Ansichten verschiedener Ausführungsformen eines Lichtleiterstabes. ■Figures 5a to 5d show views of various embodiments of a light guide rod. ■
Die in Figur 1 dargestellte Versuchsanordnung 10 besteht aus einem oder mehreren 1The test arrangement 10 shown in Figure 1 consists of one or more 1
Modulen 12, die Licht beispielsweise auf tin Prüfobjekt - vorstellbar ist z.B. ein |Modules 12, which shine light on tin test object for example - conceivable is e.g. a |
Sonnensegel 14 - abstrahlen. Dabei wird in jedem Modul 12 der Strahlengang des aus einer Lichtquelle 16 stammenden Lichtes durch einen Reflektor 18 abgelenkt. Ein Lichtleiterstab 30 ragt in den Strahlengang des durch die Lichtquelle 16 erzeugten und durch einen Reflektor 18 abgelenkten Lichtes. Als Lichtquelle 16 werden |Sun sail 14 - radiate. In each module 12, the beam path of the light coming from a light source 16 is deflected by a reflector 18. A light guide rod 30 extends into the beam path of the light generated by the light source 16 and deflected by a reflector 18. The light source 16 is |
beispielhafterweise Quecksilberdampf-, Metallhalogenide oder Xenonhochdrucklampen ifor example mercury vapor, metal halide or xenon high pressure lamps i
oder/und Kohlebogenlampen verwendet. % and/or carbon arc lamps are used. %
Figur 2 zeigt im Querschnitt den Aufbau eines Modules 12. Das von einerFigure 2 shows a cross-section of the structure of a module 12. The
Lichtquelle 16 erzeugte Licht wird durch einen Reflektor 18 derartig abgelenkt, daß es senkrecht zu einer Lichtsaustrittsöffnung 20 abgestrahlt wird. In den Strahlengang 26 ragt tin aus einem lichtleitenden Material bestehender Lichtleiterstab 30, der in einer Halterung 32 befestigt ist. In der Halterung 32 befindet sich ein photosensitiver Detektor 50 zur Messung der von dem Lichtleiterstab 30 übertragenen Lichtintensität. Der photosensitive Detektor 50 ist über eine elektrische Verbindung 72 mit einem Regelbaustein 70 verbunden, welcher wiederum über eine elektrische Verbindung 78 mit der Lichtquelle 16 verbunden ist. Die im Regelbaustein 70 ankommenden elektrischen Signale werden verarbeitet und entsprechend wird über die elektrische Verbindung 78 die Lichtintensität geregelt bzw. konstant gehalten. Die Spannungsversorgung des gesamten Systemes erfolgt über einen Anschluß 76, der über eine elektrische Verbindung 74 mit dem Regelbaustein 70 verbunden ist.The light generated by the light source 16 is deflected by a reflector 18 in such a way that it is emitted perpendicularly to a light exit opening 20. A light guide rod 30 made of a light-conducting material extends into the beam path 26 and is secured in a holder 32. A photosensitive detector 50 for measuring the light intensity transmitted by the light guide rod 30 is located in the holder 32. The photosensitive detector 50 is connected via an electrical connection 72 to a control module 70, which in turn is connected to the light source 16 via an electrical connection 78. The electrical signals arriving at the control module 70 are processed and the light intensity is regulated or kept constant via the electrical connection 78. The power supply for the entire system is via a connection 76, which is connected to the control module 70 via an electrical connection 74.
Bei der in Figur 2 dargestellten Versuchsanordnung trifft das vom Modul 12 abgegebene Licht beispielsweise auf ein hier nur zum Teil und nicht maßstäblich dargestelltes Sonnensegel 14, das auf einem Träger 22 Solarzellen 24 enthält.In the test arrangement shown in Figure 2, the light emitted by the module 12, for example, hits a solar sail 14, shown here only partially and not to scale, which contains solar cells 24 on a carrier 22.
Die in Figur 3 im Querschnitt gezeigte Halterung 32 nimmt in einer Öffnung 34 einen teilweise dargestellten Lichtleiterstab 30 auf, der mit zwei Stellschrauben 38 fixiert wird und dessen Lichtsaustrittsöffnung 62 auf einen Bund 36 zu liegen kommt und axial an eüiem Lichtkanal 40 im Inneren der Halterung 32 anschließt. Der Lichtkanal 40 wird senkrecht zu seiner Achse von mehreren Führungsschlitzen 42 durchbrochen, die beispielsweise einen oder mehrere Filter 44 oder Gitter 46 aufnehmen können.The holder 32 shown in cross section in Figure 3 accommodates a partially shown light guide rod 30 in an opening 34, which is fixed with two adjusting screws 38 and whose light exit opening 62 comes to rest on a collar 36 and axially connects to a light channel 40 inside the holder 32. The light channel 40 is perforated perpendicular to its axis by several guide slots 42, which can accommodate, for example, one or more filters 44 or grids 46.
Der Lichtkanal 40 dient hierbei als Meßstrahlengang, in den die entsprechenden Filter 44 und/oder Gitter 46 erfindungsgemäß eingeschaltet werden. Dies geschieht erfiadung gemäß und vorteilhafterweise bevor die über den Lichtleiter 30 abgegriffene Strahlung einen photosensitiven Detektor 50 erreicht.The light channel 40 serves as a measuring beam path into which the corresponding filters 44 and/or grids 46 are inserted according to the invention. This takes place according to the invention and advantageously before the radiation picked up via the light guide 30 reaches a photosensitive detector 50.
Beispielhafterweise ist am Austrittsende des Lichtkanals 40 ist ein photosensitiver Detektor 50 zum Empfang des vom Lichtleiterstab 30 und dem Lichtkanal 40 übertragenen Lichtes angebracht. Der photosensitive Detektor 50 dient zur Umwandlung von Lichtimpulsen in elektrische Impulse.For example, a photosensitive detector 50 is attached to the exit end of the light channel 40 to receive the light transmitted from the light guide rod 30 and the light channel 40. The photosensitive detector 50 serves to convert light pulses into electrical pulses.
Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf die Halterung 32 mit seitlich angeflanschten Winkelstücken 48, welche zur Befestigung der Halterung dienen.Figure 4 shows a top view of the bracket 32 with laterally flanged angle pieces 48, which serve to fasten the bracket.
Figur S zeigt verschiedene Ausfuhrungsbeispiele des Lichtleiterstabes 30, die einen Eindruck der vielfältigen und flexiblen Verwendungsweise dieser Abgreifvorrichtung vermitteln sollen. Die Ausführungsform gemäß Figur 5a zeigt einen geraden Licht-Ieiterstab 30a, der an seinem in den Strahlengang 26 ragenden Ende 60 unter einem Winkel von 45° zur Längsachse des Lichtleiterstabes 30a angeschrägt ist. Durch diese Anschrägung erfolgt eine Totalreflexion des in Pfeilrichtung auf die 45°-Schnittfläche auftreffenden Strahlenganges 26 unter einem Umleitungswinkel von 90°. Das Ausführungsbeispiel eines Lichtleiterstabes 30c gemäß Figur 5c besitzt ebenfalls eine 45°- Anschrägung und zusätzlich an seinem für die Halterung 32 bestimmten Ende ein gekrümmtes Endstück 68 mit einer geraden Lichtaustrittsflächc 66. Die Krümmung des Endstückes 68 beträgt hier beispielhafterweise 90°. Die Ausführungsbewpiele des Lichtleiterstabes 30b,d gemäß den Figuren 5b und 5d besitzen an ihrem in den Strahlengang ragenden Ende keine Anschrägungen, sondern gerade Lichteintrittsflächen 64 und eine bzw. zwei 90°-Krümmungen zur entsprechenden Lichtübertragung. Figure 5a shows various embodiments of the light guide rod 30, which are intended to give an impression of the diverse and flexible use of this tapping device. The embodiment according to Figure 5a shows a straight light guide rod 30a, which is beveled at its end 60 protruding into the beam path 26 at an angle of 45° to the longitudinal axis of the light guide rod 30a. This beveling results in total reflection of the beam path 26 impinging on the 45° cutting surface in the direction of the arrow at a redirection angle of 90°. The embodiment of a light guide rod 30c according to Figure 5c also has a 45° bevel and, in addition, a curved end piece 68 with a straight light exit surface 66 at its end intended for the holder 32. The curvature of the end piece 68 is 90° here, for example. The embodiment examples of the light guide rod 30b,d according to Figures 5b and 5d have no bevels at their end protruding into the beam path, but straight light entry surfaces 64 and one or two 90° bends for the corresponding light transmission.
Der Lichtleiterstab 30 besteht erfindungsgemäß aus einem lichtleitenden Material, welches eine Schattenbildung auf dem zu bestrahlenden Versuchsobjekt vermindert und eine störungsfreie Weiterleitung der abgegriffenen Lichtstrahlung gewährleistet. Vorzugsweise besteht der Lichtleiterstab 30 aus hochreinem Glas, jedoch sind auch hochreine, glasähnliche Kunststoffe denkbar.According to the invention, the light guide rod 30 consists of a light-conducting material, which reduces the formation of shadows on the test object to be irradiated and ensures that the light radiation that is tapped is transmitted without interference. The light guide rod 30 is preferably made of high-purity glass, but high-purity, glass-like plastics are also conceivable.
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet,4. Loan according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,5. Device according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,6. Device according to claim 1,
characterized,
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