DE1259591B - Anordnung zur Integration zeitlich veraenderlicher Groessen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOId

Deutsche KL: 42d-10

Nummer: 1 259 591

Aktenzeichen: H 42118 IX b/42 d

Anmeldetag: 24. März 1961

Auslegetag: 25. Januar 1968

Zur Bildung des Integrals zeitlich veränderlicher Meßwerte über bestimmte Zeitabschnitte ist es bekannt, den Meßwert als elektrische Spannung abzubilden und diese während des gewünschten Zeitintervalls einem Integrationsmotor zuzuführen, dessen Geschwindigkeit der angelegten Spannung proportional ist. Die von einem Zählwerk angegebene Zahl der Umdrehungen des Integrationsmotors in der gewünschten Zeitspanne bildet das Integral der Meßgröße über dieses Zeitintervall. Es ist auch bereits bekannt, einen Meßwertumformer vorzusehen, welcher eine Impulsreihe mit von der Eingangsgröße abhängiger Impulsfrequenz bildet, und dessen Ausgangsimpulse während der Integrierperiode durch ein nachgeschaltetes Zählwerk zu zählen. Diesen bekannten Verfahren sind jedoch enge Grenzen gesetzt. Die Methode, welche sich eines Integrationsmotors bedient, ist nicht in der Lage, schnellen Änderungen des Meßwertes, wie sie bei analytischen Messungen häufig vorkommen, zu folgen. Die Methode, welche sich eines variablen, vom Meßwert gesteuerten Frequenzgenerators bedient, stößt auf erhebliche Schwierigkeiten, wenn der zu integrierende Meßwert innerhalb weiter Grenzen schwankt, wie dies ebenfalls insbesondere bei analytischen Messungen häufig vorkommt. Außerdem sind die bekannten Integrationsverfahren mit recht erheblichem Aufwand verbunden.

Es sind schon Integriereinrichtungen bekannt, die auf optischem Weg arbeiten. Bei einer bekannten Ausführungsform wird ein Drehspiegel benutzt, der entsprechend dem Meßwert ausgelenkt wird. Er erzeugt auf einem Strichgitter ein Lichtband, dessen Breite der Größe des Meßwertes entspricht. Hinter dem Strichgitter rotiert eine mit Schlitzen versehene Blendenanordnung mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit, in deren Innerem eine Photozelle angeordnet ist. Beim Passieren eines Schlitzes vor der Strichblende entstehen der Meßwertamplitude proportionale Impulse im Photozellenstromkreis, die einem elektrischen Zählwerk zur Summierung zugeführt werden. Bei einer anderen Ausführungsform fehlt das Strichgitter, und das Lichtband wird durch eine rotierende Trommel abgetastet, die mit Schlitzen versehen ist, hinter denen sich jeweils eine mitumlaufende Photozelle befindet. Dabei findet die Impulszerlegung durch einen zusätzlichen Kollektor statt, der zusammen mit der umlaufenden Trommel angetrieben wird. An Stelle des Lichtbandes kann in diesem Fall ein Lichtstrahl treten. Es wird dann das von dem Spiegel reflektierte Lichtbündel auf der Oberfläche der umlaufenden Trommel zu einem Punkt zusammengezogen.

Anordnung zur Integration zeitlich veränderlicher Größen

Anmelder:

Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,

6000 Frankfurt W 13, Gräfstr. 97

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr. Werner Schaefer, 6050 Offenbach

Bei anderen Ausführungsformen, die auf optischem Wege arbeiten, erfolgt die Impulszerlegung dadurch, daß ein Lichtstrahl durch mit konstanter Geschwindigkeit rotierende Spiegelanordnungen über kreisförmig angeordnete Strichgitter geleitet wird. Hierbei werden durch entsprechend den Meßwerten verdrehte Blenden entsprechende Sektoren ausgeblendet. Ein Nachteil aller dieser bekannten optischen Anordnungen ist, daß neben der Auslenkung des Lichtstrahles entsprechend dem Meßwert zur Modulation des Lichtstrahles eine umlaufende optische Einrichtung vorhanden sein muß.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Einrichtungen. Sie bezieht sich ebenfalls auf eine Anordnung zur Bildung des Integrals eines zeitlich veränderlichen Meßwertes über die Zeit und zur Darstellung des Integralwertes in Zahlenform durch Umwandlung des Meßwertes mittels eines Spiegelgalvanometers, das mit dem Meßwert proportionaler Amplitude ausgelenkt wird, und von dem das reflektierte Lichtbündel zur Erzeugung von Lichtimpulsen über ein feststehendes optisches Strich- bzw. Balkengitter auf einen photoelektrischen Empfänger weitergeleitet wird, an welchem ein elektrischer Zähler angeschlossen ist. Die Erfindung besteht darin, daß der Wicklung des Galvanometers ein Meßwertwandler vorgeschaltet ist, dessen Wechselspannungsamplitude dem Meßwert proportional ist. Durch die der angelegten Wechselspannung entsprechende Ausschlagbewegung des Spiegelgalvanometers wird das vom Spiegel des Galvanometers abgelenkte und eine periodische Bewegung ausführende Lichtstrahlenbündel an dem optischen Strich- bzw. Balkengitter vorbeigeführt, bevor es auf den lichtelektrischen Empfänger fällt. Das in periodischer Folge abgelenkte Lichtstrahlenbündel wird beim Durchlaufen des Strichbzw. Balkengitters in schneller Folge auf- und abgeblendet, so daß auf den lichtelektrischen Empfänger

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ohne zusätzliche rotierende Modulationsmittel Lichtimpulse fallen, welche in elektrische Stromimpulse umgewandelt und gezählt werden können. Bei gleichbleibender Ablenkfrequenz ist die Zahl der erzeugten Impulse abhängig von der Amplitude der am GaI-vanometer anliegenden Wechselspannung und somit vom Meßwert. Die verstellbare Frequenz der Wechselspannung beeinflußt die Impulszahl und kann deshalb zur Berücksichtigung und Einstellung von Eichfaktoren verwendet werden. Dies macht die Anordnung nach der Erfindung besonders geeignet zur Auswertung analytischer Messungen.

Zur weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die Unteransprüche verwiesen. Es wird jedoch für den Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 10 nur in Verbindung mit dem Anspruch 1 Patentschutz begehrt.

Die Anordnung nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der Abbildung näher erläutert. Es ist angenommen, daß die zu integrierende Größe eine ao Gleichspannung ist oder durch einen der bekannten Meßwertwandler als Gleichspannung abgebildet ist. Die Gleichspannung wird an die Eingangsklemmen E eines Umformers N angelegt, welcher sie in eine Wechselspannung mit von der Größe des Einganges abhängiger Amplitude umwandelt. Diese Wechselspannung wird der Wicklung G eines Spiegelgalvanometers zugeleitet, dessen Eigenfrequenz der Wechselspannungen entspricht oder größer ist als diese. Wenn die Eingangsgröße für die Betätigung des Spiegelgalvanometers zu klein ist, kann mit dem Wechselrichter N ein zusätzlicher Verstärker kombiniert werden, welcher sowohl als dem Wechselrichter vorgeschalteter Gleichstromverstärker als auch vorzugsweise als nachgeschalteter Wechselstromverstärker ausgebildet sein kann. Bei Meßgrößen, die sich durch geeignete Meßwertwandler, zum Beispiel vom Meßwert verstellte Differentialtransformatoren oder wechselstromgespeiste Brückenschaltungen mit vom Meßwert abhängigen Widerständen, direkt in Wechselspannungen veränderlicher Amplitude umwandeln lassen, kann der Ausgang des Meßwertwandlers ohne Zwischenschaltung eines Wechselrichters mit dem Galvanometer verbunden werden. Der Spiegel S des Spiegelgalvanometers lenkt ein Lichtstrahlenbündel ab, welches von einer Lichtquelle L herrührt. Das von der Lichtquelle L ausgehende Licht wird durch einen Kondensator K auf einen Spalt Sp geworfen, dieser wird durch die Abbildungsoptik O nach Reflexion am Meßwertspiegel S auf den vorzugsweise elliptisch gebogenen Spiegel H abgebildet. Der Meßwerkspiegel 5 befindet sich in einer der Brennlinien des elliptisch gebogenen Spiegels H. An diesem elliptischen Spiegel H ist ein Strich- oder Balkengitter angebracht, welches aus senkrecht zum Ausschlagsweg stehenden, in gleicher Richtung wie das Bild des Spaltes verlaufenden, nahe beieinanderstehenden undurchsichtigen Streifen besteht. Vom gekrümmten Spiegel H wird das Lichtstrahlenbündel auf den in der anderen Brennlinie angeordneten photoelektrischen EmpfängerP/ί reflektiert, wenn das auf den Spiegel H geworfene Bild des Spaltes Sp auf eine spiegelnde Fläche zwischen zwei undurchsichtigen Streifen fällt. Wenn sich die optische Abbildung des Spaltes Sp auf dem Hohlspiegel durch die Bewegungen des Galvanometerspiegels hin und her bewegt, so trifft sie in periodischer Folge auf undurchsichtige Streifen und dazwischenliegende spiegelnde streifenförmige Flächen. Auf den photoelektrischen Empfänger Ph treffen deshalb zeitlich aufeinanderfolgende Lichtimpulse auf. Ihre Anzahl hängt von der Amplitude der Ausschlagsbewegung ab. Die Lichtimpulse werden durch den photoelektrischen Empfänger Ph in elektrische Spannungsstöße umgewandelt und über ein Schaltgerät R einem Zählwerk Z zugeführt. Das Schaltgerät R dient zum Einschalten des Zählgerätes am Beginn und zum Ausschalten des Zählgerätes am Ende der Integrationsperiode. Ein dem Zählgerät nachgeschaltetes Druckwerk Dr dient zur Aufzeichnung des vom Zählwerk angezeigten Zählergebnisses. Das Zählergebnis ist ein Maß für das zeitliche Integral der an den Eingangsklemmen E liegenden Eingangsgleichspannung.

Die in der Abbildung gezeigte Anordnung läßt verschiedene Abwandlungen zu. Es kann beispielsweise die spiegelnde Fläche H in Form eines Kreiszylinders gebogen werden. Dann sind Galvanometerspiegel 5 und photoelektrischer Empfänger Ph übereinander auf der Achse des Zylinders anzuordnen. Zur Abschirmung von Streulicht ist eine Blende A zwischen dem Galvanometerspiegel S und dem photoelektrischen Empfänger Ph angeordnet. Eine weitere mögliche Abwandlung besteht darin, daß an Stelle der spiegelnden Fläche H ein Photowiderstand mit entsprechenden Abmessungen vorgesehen ist, vor dem sich ein Gitter aus nebeneinanderstehenden durchlässigen und undurchlässigen Streifen befindet. Ein derartiger Photowiderstand gibt ebenfalls aufeinanderfolgende Impulse ab, wenn durch das Spiegelgalvanometer ein spaltförmiger Lichtfleck an ihm entlang bewegt wird. Diese Anordnung hat, ebenso wie die in der Abbildung dargestellte Einrichtung, den großen Vorteil, daß eine mechanische Nullpunktsverstellung des Galvanometers das Ergebnis der Integration nicht beeinflußt, denn die Zahl der je Ausschlagsperiode erzeugten Zählimpulse hängt lediglich von der Ausschlagsamplitude und nicht von der Nullstellung des Galvanometers ab.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bildung des Integrals eines zeitlich veränderlichen Meßwertes über die Zeit und zur Darstellung des Integralwertes in Zahlenform durch Umwandlung des Meßwertes mittels eines Spiegelgalvanometers, das mit dem Meßwert proportionaler Amplitude ausgelenkt wird, und von dem das reflektierte Lichtbündel zur Erzeugung von Lichtimpulsen über ein feststehendes, optisches Strich- bzw. Balkengitter auf einen photoelektrischen Empfänger weitergeleitet wird, an welchem ein elektrischer Zähler angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklung (G) des Galvanometers ein Meßwertwandler (N) vorgeschaltet ist, dessen Wechselspannungsamplitude dem Meßwert proportional ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spiegelgalvanometer ein elektronischer Wechselspannungsverstärker vorgeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung des als Gleichstromgröße vorliegenden Meßwertes ein Zerhacker vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertwandler

eine von der zu integrierenden Meßgröße beeinflußte, mit Wechselstrom gespeiste Widerstandsbrücke dient.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strich- bzw. Balkengitter auf einen kreisförmig gebogenen, innen verspiegelten Hohlzylinder aufgebracht ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Galvanometerspiegel und der lichtelektrische Empfänger in der Achse des mit einem Strich- oder Balkengitter versehenen Hohlzylinderspiegels angeordnet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strich- bzw. Balkengitter auf der Innenseite eines elliptisch gebogenen Spiegels angebracht ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Galvanometerspiegel in einer der Brennlinien des elliptisch gebogenen Spiegels und der lichtelektrische Empfänger in der anderen Brennlinie des gebogenen Spiegels angeordnet ist.

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9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch-optischer Empfänger ein über den Ausschlagsweg der Lichtmarke des Spiegelgalvanometers sich erstreckender Photowiderstand vorgesehen ist, auf oder vor welchem sich das optische Strich- bzw. Balkengitter befindet.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der sich über den Ausschlagsweg der Lichtmarke des Spiegelgalvanometers erstreckende Photowiderstand aus einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Streifen aus photoelektrischem Halbleitermaterial besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Patentschrift Nr. 8974 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschriften Nr. 2 431591, 2 176 720;
P. Görlich, »Anwendung der Photozelle«, 1954, S. 132, 133;

H. Geffken, »Die lichtempfindliche Zelle
technisches Steuerorgan«, 1933, S. 258, 259.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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