Selbstregulierende, lichtempfindliche Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstregulierende, lichtempfindliche Vorrichtung.
Es sind schon viele Arten von auf Lichtstrahlen ansprechenden Vorrichtungen bekannt, bei denen gewöhnlich eine Lichtquelle in Verbindung mit einem lichtempfindlichen Organ, z. B. einer Photozelle, zur Abgabe von elektrischen Ausgangssignalen verwendet wird. Diese Vorrichtungen dienen zum Steuern von zugeordneten Apparaten durch die beim teilweisen oder vollständigen Abblenden des Lichtstrahls durch den anzuzeigenden Gegenstand auftretenden Änderungen in den Ausgangssignalen in bezug auf einen vorbestimmten Pegel. In der Praxis können jedoch durch andere Ursachen bedingte Änderungen in den Ausgangssignalen auftreten, z. B. durch das Altern der Lichtquelle oder des lichtempfindlichen Organs, oder das Abblenden des Lichtstrahls durch Staub oder ähnliche Fremdkörper.
Diese von aussen her bedingten Änderungen sind unerwünscht, da sie zu Fehlern im Betrieb der zugeordneten Apparate führen können.
Die selbstregulierende, lichtempfindliche Vorrichtung nach der Erfindung, die auf die Intensität des von einer Lichtquelle einfallenden Lichtes reagiert und elektrische Signale abgibt, die Änderungen der Intensität anzeigen, ist dadurch gekennzeichnet, dass Ausgleichmittel vorgesehen sind zum Kompensieren von eine bestimmte Zeitdauer übersteigenden Intensitätsänderungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf eine Vorrichtung zum Aufspüren von Unregelmässigkeiten und Verdickungen in Garn ist im Schaltschema in der Zeichnung dargestellt.
Der Kollektor eines Photo-Transistors T1, dessen Basis elektrisch ausgeschaltet ist, ist an die eine Seite einer Lampe L angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors ist über einen Widerstand R1 mit einem Potential + V, und auch mit der Basis eines Verstärker-Transistors T2 verbunden. Der Emitter des letzteren ist an ein Potential Va gelegt, das von einer zwischen den beiden Potentialen fV und Va parallel zu einem Widerstand R2 geschalteten Zenerdiode D1 aufrechtgehalten wird. Ein drittes Potential -Vc ist über einen Widerstand R3 und eine mit diesem in Reihe geschaltete Diode D2 an den Kollektor von T2 gelegt. Mit der Basis und dem Kollektor von T2 ist ein mit einem Kondensator C1 parallelgeschalteter Widerstand R4 verbunden, der zum Stabilisieren der Verstärkung dient.
Weitere Widerstände R5-R7 sind mit der Basis und dem Kollektor von T2 seriegeschaltet. Die Verbindungsstelle von R5 und R6 ist mit dem Pol eines Zweiwegschalters S verbunden, der die beiden Stellungen A und B einnehmen kann. In der Stellung A sind die beiden Widerstände R5 und R6 mit der Basis von T2, und in der Stellung B mit dem Potential Va verbunden. Ein Kondensator C2 ist mit der Verbindungsstelle der beiden Widerstände R6, R7 einerseits und mit einer Klemme X verbunden.
Die Verbindungsstelle der Diode D2 und des Widerstandes R3 ist mit der Basis eines dritten Transistors T3 verbunden, und auch mit dem Potential Va über eine Diode D3 und einen mit einem Widerstand R8 hintereinandergeschalteten Kondensator C3. Der Kollektor von T3 ist über einen Widerstand R9 an das Potential -Vc gelegt. Der Emitter von T3 liegt am Potential Va über einen Widerstand R10 und ist mit der Basis eines Steuer-Transistors T4 verbunden.
Der Kollektor des letzteren liegt über einen Widerstand R11 am Potential -Vc, während der Emitter an die eine Seite der elektrischen Lampe L angeschlossen ist, die auch mit dem Kollektor des Photo-Transistors T1 verbunden ist. Die Lampe L liegt anderseits am Potential Va.
Der Kollektor des Transistors T2 liegt über einen Widerstand R12 am Potential -Vc und ist über einen Kondensator C4 mit der Basis eines Diskriminator Transistors T5 verbunden. Die Basis des letzteren ist auch über einen Widerstand R13 mit dem Schieber eines an die beiden Potentiale +V und Va gelegten Potentiometers Ry verbunden, und ferner über zwei Widerstände R14 und R15 mit einer Klemme Y. Die Verbindungsstelle von R14 und R15 ist über einen Kondensator C5 an das Potential +V gelegt.
Der Emitter des Transistors T5 liegt am Potential
Va, und dessen Kollektor über eine mit einem Widerstand R16 seriegeschaltete Diode D4 am Potential -Vc. Die Verbindungsstelle von D4 und R16 ist über einen Kondensator C6 mit der Basis eines Transistors T6 verbunden. Diese Basis liegt auch am Potential Va über einen Widerstand R17. Der Emitter von T6 liegt am Potential +V, und der Kollektor über einen Widerstand R18 am Potential -Vc und ist auch mit der Basis eines Schalt-Transistors T7 verbunden.
Der Emitter von T7 liegt am Potential Va, und der Kollektor über eine mit einer Diode D5 parallelgeschaltete Relaisspule RLA am Potential -Vc. Der Kollektor von T7 ist auch über eine Diode D6 und einen Widerstand R19 mit der Verbindungsstelle von C6, D4 und R16 verbunden.
Der Photo-Transistor T1 spricht auf alle Änderungen im einfallenden Licht an, ungeachtet der Grösse und Dauer dieser Änderungen, und gibt entsprechende Ausgangssignale an die Basis des Verstärker-Transistors T2 ab. Die Verstärkung dieser Stufe kann mittels des Schalters S verändert werden. Auf diese Weise kann der Detektor mehr oder weniger empfindlich gemacht werden für Garne von unterschiedlichem Durchmesser. Der Widerstand R4 und Kondensator C1 liefern eine Rückkopplung zum Stabilisieren der Verstärkung des Verstärkers und auch zum Bestimmen der minimalen Impulslänge, auf die der Detektor ansprechen soll. Der Ausgang von T2 wird über die Diode D2 an die Basis des Transistors T3 und auch an einen Kondensator C4 gelegt.
Der Transistor T3 bildet eine mit dem Emitter gekoppelte Verstärkungsstufe, die den Stromfluss durch den die Lampe L steuernden Transistor T4 steuert.
Kurzzeitige Impulse, wie sie von Knoten, Verdickungen usw. in dem zu prüfenden Garn hervorgerufen werden, sind von zu kurzer Dauer, um den Kondensator C3 aufzuladen, und daher tritt an der Basis des Transistors T3 keine nennenswerte Potentialänderung auf. Ein Impuls von zum Laden des Kondensators C3 genügend langer Dauer ändert jedoch das Potential an der Basis von T3. Dadurch wird wiederum das Basispotential von T4 und die Spannung an der Lampe L verändert, um so die Änderung im Ausgang des Photo-Transistors T1 auszugleichen.
Der Diskriminator-Transistor T5 ist normalerweise zufolge einer von der Klemme Y an dessen Basis gelegten Vorspannung nichtleitend. Letztere kann irgendeinen Wert zwischen + V und Va aufweisen, und kleine Nachstellungen können mit dem Potentiometer Ry vorgenommen werden. Der Kondensator C5 und der Widerstand R15 bilden einen Filter, um irgendwelche an der Vorspannung auftretenden Störspannungen zu beseitigen. Potentialänderungen am Kollektor von T2 werden an einen Kondensator C4 gelegt, der zusammen mit dem Widerstand R14 das minimale Änderungsmass des Garndurchmessers festlegt, das den Detektor gerade noch in Tätigkeit setzt. Die an die Basis von T5 gelegte Vorspannung bestimmt die Grösse der Spannungsänderung und damit den zum Betrieb des Detektors erforderlichen Knotendurchmesser.
Der Transistor T5 beginnt zu leiten, sobald die an C4 gelegte Potentialänderung die Vorspannung übersteigt.
Der Verstärker-Transistor T6 ist normalerweise leitend und hält die Basis des Schalttransistors T7 positiv in bezug auf dessen Emitter, und somit ist der Transistor T7 nichtleitend.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Wird die Intensität des auf den Photo-Transistor T1 fallenden Lichtes durch einen Knoten oder dergleichen in dem in Prüfung befindlichen Garn verringert, so wird der Strom durch den Photo-Transistor gedrosselt und das Potential am Emitter von T1 steigt auf einen positiveren Wert an. Dieser Potentialanstieg wird an die Basis des Verstärker-Transistors T2 gelegt, durch den dann weniger Strom fliesst. Der am Kollektor von T2 erzeugte Potential abfall wird an die Diode D2 und den Kondensator C4 gelegt. Ist der Potentialabfall relativ gross, dann wird der Stromdurchgang durch die Diode D2 unterbrochen und der Impuls wird von der Diode D3 nicht beschnitten.
Ist dagegen dieser Potentialabfall klein, so leitet die Diode D2 und legt den Potentialabfall an den Kondensator C3. Da die Potentialänderung relativ kurzzeitig ist, ändert sich das Potential an der Basis des Transistors T3 nicht nennenswert, und daher auch die Lampenspannung nicht.
Genügt der vom Kollektor von T2 an den Kondensator C4 gelegte Potentialabfall zum Überwinden der an die Basis von T5 gelegten Vorspannung, so wird T5 für die Dauer des von der Garnverdickung hervorgerufenen Impulses leitend. Ist der Potentialabfall jedoch kleiner als die Vorspannung, dann bleibt T5 nichtleitend.
Ein Impuls, genügend gross, um T5 leitend zu machen, wird verstärkt und in der Form eines positiv gerichteten Impulses über die Diode D4 und den Kondensator C6 an die Basis des Transistors T6 abgegeben. Dadurch wird T6 nichtleitend und die Basis des Schalt-Transistors T7 mehr negativ, wodurch T7 leitend wird. Es fliesst dann Strom durch die Spule RLA und das Relais reagiert. Letzteres kann verschiedene Funktionen ausüben, z. B. Abschneiden oder Markieren des Garns und Abstellen der Maschine, auf der das Garn weiterverarbeitet wird.
Wenn der Transistor T7 leitet, so befindet sich dessen Kollektor fast auf dem Potential Va. Letzteres wird an die Verbindungsstelle von D4 und R16 gelegt, und die Diode D4 verhindert dessen Abgabe an den Transistor T5.
Der Transistor T6 wird durch das über D6, R19 und C6 an seine Basis gelegte Potential nichtleitend gehalten. C6 wird durch R17 langsam geladen, bis T6 wieder leitet, wodurch T7 nichtleitend wird. Der Kondensator C6 wird gebraucht, um T7 genügend lang eingeschaltet zu halten und so den Betrieb des Relais RLA zu sichern.
Staubansammlung im optischen System oder das Altern der Lampe oder des Photo-Transistors tritt normalerweise nur sehr langsam ein. Der Kondensator C4, der die maximale Impulslänge bestimmt, bei der der Diskriminator-Transistor T5 anspricht, gewährleistet, dass bei solchen langsamen Änderungen der Detektor nicht anspricht. Die Änderungen sind langzeitig und verringern daher das Potential an der Basis von T3, wodurch der Lampensteuerkreis anspricht, um den Abfall des Photo-Transistorstromes zu kompensieren.
Beim Entfernen von Staub aus dem optischen System kann ein plötzliches Ansteigen der Ausgangsleistung des Photo-Transistors eintreten, aber dieser Stromanstieg bewirkt einen negativ gerichteten Impuls, der den Diskriminator nicht beeinflusst. Dauert die Änderung über eine genügend lange Zeit, so treten T3 und T4 in Tätigkeit, um die Ausgangsleistung der Lampe L für den Stromanstieg durch T1 zu kompensieren.
Die Klemme X, die über C2 und Widerstand R7 mit der Basis von T2 verbunden ist, dient zum Anlegen eines Prüfimpulses. Die Amplitude des letzteren wird mit Vorteil proportional der Vorspannung gewählt, so dass der Prüfimpuls den Detektor immer anregt.
Sowohl die Vorspannung wie der Prüfimpuls sind somit von der gleichen Quelle abgeleitet. Der Prüfimpuls wird gebraucht zum Einstellen einer Reihe von Detektoren, so dass diese auf die gleichen Garnknotenabmessungen ansprechen, und Justierungen werden mit Potentiometern Ry vorgenommen. Der Widerstand R6 verringert die Amplitude des Prüfimpulses zwecks Korrektur für die vergrösserte Verstärkung von T2, wobei der Schalter S sich in der Stellung B befindet.
Die Charakteristika des Photo-Transistors T1 ändern sich natürlich mit der Temperatur; zur Kompensation letzterer kann irgendwelche bekannte Vorrichtung verwendet werden.
Obschon das angeführte Beispiel die Anwendung der Erfindung auf einen Apparat zum Anzeigen von Garnverdickungen beschreibt, kann die Erfindung ebenso gut auf irgendwelchen Apparat angewandt werden, der auf die Verringerung der Lichtintensität eines Lichtstrahls anspricht.