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.Anordnung mit statischem Elektronenverviellfacher Zusatz zum Patent
921762
Im Patent 9:21 762 sind die Bedingungen festgelegt für den Betrieb
eines Elektronenvervielfachers, dessen Endstrom sich an wenigstens einer Stelle
in Abhängigkeit vom primären Elektroneneingangsstrom sprunghaft ändert, wobei sich
der Unstetigkeitspunkt an nahezu jede beliebige Stelle der Vervielfachercharakteristik
legen läßt. Ein derartiger instabiler Betrieb der Elektronenvervielfacher ist von
besonderem Vorteil, wenn es sich z. B. darum handelt, unsichtbare Signale von sehr
kurzer Dauer (io-3 bis io-7 Sekunden) zu beobachten. Einfache Beobachtungsmittel
oder mechanische Relais reichen nämlich im allgemeinen ohne Anwendung besonderer
zusätzlicher Mittel nicht aus, um die aufzunehmenden Impulse anzuzeigen, weil entweder
die Anzeigemittel zu träge sind oder das Auge nicht imstande ist, die überaus kurzzeitige
Anzeige derartiger Impulse aufzunehmen. Verwendet man dagegen einen Vervielfacher
in Sprungschaltung, so können auch noch so kurzzeitige Signale ohne Schwierigkeiten
und mit geringstem Aufwand aufgenommen werden. Will man dabei von dem einen auf
den anderen Ast der Vervielfachercharakteristik übergehen, um auch bei hoher Signalempfindlichkeit
jeweils nach kurzer, für die Beobachtung eben ausreichender Zeitspanne die Anordnung
wieder in den Ausgangszustand vor der Signalaufnahme zu versetzen, so ist gemäß
der
Erfindung eine Schalteinrichtung vorgesehen, welche nach der
durch eine betriebsmäßige Änderung verursachten sprunghaften Änderung der Vervielfachung
derart auf die Potentiometerspannung einwirkt, daß die Vervielfachung von dem einen
stabilen Ast auf den anderen stabilen Ast der Vers ielfachercharakteristik zurückspringt
und nach Beendigung der durch die Schalteinrichtung verursachten Einwirkung auf
die Potentiometerspannung auf diesem Ast der Vervielfachercharakteristik bleibt.
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In Abb. i ist die Charakteristik V= f (1p) (Vervielfachung
als Funktion des primären Eingangsstromes des Vervielfacherteils) eines Vervielfachers
in Sprungschaltung dargestellt und in Abb. 2 als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
eine Vervielfacherschaltung mit eingeschaltetem Relais, welches durch den sprunghaft
sich ändernden Vervielfacherstrom selbst betätigt wird- und dadurch auf die Potentiometerspannung
einwirkt.
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Belichtet man beispielsweise die Photokathode eines Photovervielfachers
in Sprungschaltung nach dem Hauptpatent durch den Lichtstrom eines Hilf slichtes
so, daß sich der primäre Eingangsstrom Ip des Vervielfacherteils auf dem stabilen
Ast o-1 der in Abb. i dargestellten Vervielfachercharakteristik vor dem Punkt 5
einstellt und gibt dann ein Lichtsignal, durch welches J" den Punkt i erreicht,
so springt die Vervielfachung V auf- den stabilen Ast 2-3 der Vervielfachercharakteristik
und stellt sich hier auf den dem resultierenden Lichtstrom entsprechenden Wert der
Vervielfachung auf dem stabilen Kurvenast 2-3 ein. Bei plötzlichem Aufhören des
Lichtsignals stellt sich alsbald wieder der Ausgangswert von V ein, während bei
langsam abnehmender Lichtwirkung des Signals V die Charakteristik von :2 über q.
nach 5 durchläuft und sich nach dem Sprung von .¢ nach 5 ebenfalls wieder auf seinen
Ausgangswert einstellt. Ist nun z. B. der Hilfslichtstrom so groß, daß der Vervielfacher
mit einem Arbeitspunkt zwischen 5 und i arbeitet, der dicht vor i liegt, so genügt
ein schwacher Signallichtstrom, um den Sprung der Vervielfachung von dem unteren
stabilen Ast auf den oberen stabilen Ast der Vervielfachercharakteristik auszulösen.
Nach Beendigung des Signals geht jedoch V nicht auf seinen Ausgangswert zurück,
sondern bleibt auf einem Punkt des Kurvenzweigs 2-q. stehen. Die durch das Signal
ausgelöste Stromerhöhung bleibt also im wesentlichen bestehen.
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.Soll auch in diesem Fall hoher Signalempfindlichkeit die Anordnung
dazu geeignet sein, nach beliebigen, nicht zu kleinen Zeitabständen weitere Signale
anzuzeigen, so muß sie wieder in den Ausgangszustand vor der Signaleinwirkung zurückgeführt
werden.
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Nach dem in Abb. 2 dargestellten Schaltbild eines Ausführungsbeispiels
des Erfindungsgegenstandes wird dies durch eine kurzzeitige Herabsetzung der Potentiometerspannung
der dargestellten Anordnung erreicht. In Abb. 2 selbst veranschaulicht o eine Photokathode,
i bis 8 sind vervielfachende .Elektroden und 9 die Endanode eines beliebigen Elektronenvervielfachers.
Das zu dem Vervielfacher gehörende Potentiometer enthält außer acht Widerständen
r1 bis y., welche die Stufenspannung der acht vervielfachenden Stufen i bis 8 liefern,
noch einen zur Endstufe des Vervielfachers parallel geschalteten Widerstand Re.
Die Gesamtanordnung umfaßt dann weiterhin ein in die Zuleitung zur Endanode 9 eingeschaltetes
Relais io, dessen Spule vom Vervielfacherstrom durchflossen ist und welches vor
der sprunghaften Änderung von h einen Widerstand i i und eine Glimmlampe 12 kurzschließt.
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An der ganzen Anordnung liegt eine Gesamtspannung Ug. Die Wirkung
der Schaltelemente io, i i und 12 ist eine derartige; daß nach dem Ansprechen des
Relais durch eine sprunghafte Änderung des Vervielfacherstromes selbst, welche durch
ein aufgenommenes Signal hervorgerufen wurde, der Widerstand 12 und die Glimmlampe
in den Stromkreis der Anordnung eingeschaltet werden. Die vorher -völlig dunkle
Glimmlampe leuchtet daher hell auf, und der durch dieGlimmlampe 12 und den Widerstand
z i verbrauchte Anteil der Gesamtspannung Ug bewirkt einen derartigen Abfall der
Potentiometerspannung, daß die ganze Anordnung in ihrenAusgangszustand vor der Signaleinwirkung
zurückkehrt. Ist das Signal von längerer Dauer, so verharrt der Betriebszustand
der Anordnung nach der Zurückführung in den Bereich geringer Vervielfachung dort
nicht, die Vervielfachung steigt vielmehr sofort wieder sprunghaft an, der vorher
beschriebene Vorgang wiederholt sich periodisch, und zwar so lange, bis das Signal
ausbleibt.
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Die im vorstehenden beschriebene Anordnung ist so getroffen, daß durch
ein Signal eine kurzzeitige, sprunghafte, aber zur visuellen Beobachtung genügend
lang dauernde Erhöhung der Vervielfachung hervorgerufen wird. Es ist aber auch ohne
weiteres möglich, die Schaltanordnung so zu bauen, dä.ß der Vervielfacher zunächst
mit einem Dauersignal im oberen stabilen Ast der Vervielfachercharakteristik mit
hohem Vervielfacherendstrom betrieben und dieser nur bei Unterbrechung oder Schwächung
des Signals kurzzeitig sprunghaft herabgesetzt wird und anschließend wieder ansteigt.
In diesem Fall dient die Schalteinrichtung nach der Erfindung zur Erhöhung der Potentiometerspannung
bei fallendem Vervielfacherendstrom,; hieraus ergibt sich eine sprunghafte Erhöhung
der Vervielfachung und damit wieder die Anzeigebereitschaft für eine erneute Signalunterbrechung,
vorausgesetzt, daß inzwischen das Dauersignal in ursprünglicher Stärke wieder leuchtet.
Diese Umkehrung des in Verbindung mit Abb. 2 beschriebenen Prinzips ist von Bedeutung
z. B. für die Aufstellung von Lichtschranken zur Sicherung gegen unbefugtes Betreten
von Räumen, für Zählwerke zum Zählen von Teilen der Massenfertigung, die dabei durch
einen Lichtstrahl hindurchgeführt werden oder für die optische Messung von Geschoßgeschwindigkeiten.
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In allen diesen Fällen ist die beabsichtigte Wirkung von einer Beeinflussung
der Potentiometerspannung abhängig. Diese Beeinflussung kann
nicht
nur durch Einschalten eines Widerstandes oder Herabsetzung der Gesamtspannung Ug
bei konstantem Hilfslichtstrom erfolgen, wie dies in Verbindung mit Abb. 2 beschrieben
ist, es kann vielmehr auch der Hilfslichtstrom bei konstanter Gesamtspannung herabgesetzt
werden. Die gleiche Wirkung ist auch durch Veränderung einzelner Widerstände des
Potentiometers zu erreichen, beispielsweise durch Kurzschließen der Widerstände
r3 und r4 oder durch Unterbrechung mindestens einer der Zuleitungen zu den Vervielfacherelektroden
o bis 9 oder der Zuleitung von der Spannungsquelle zum Potentiometer. Als Schalteinrichtung
für die Einleitung dieser Schaltvorgänge ist man nicht auf die Verwendung mechanischer
Relais beschränkt. Diese können vielmehr ohne weiteres auch durch gittergesteuerte
Gasentladungsröhren mit Glühkathode ersetzt werden. Auch durch die Aufladung bzw.
Entladung von Kondensatoren können die beschriebenen Schaltvorgänge herbeigeführt
werden. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, den Hilfslichtstrom vermittels
eines durch die Wirkung des Vervielfacherendstromes betätigten Schirmes abzublenden.