DE2331191C2 - Lichtmeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Liehtmeßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Schaltungsanordnung für ein derartiges, aus der DE-OS 20 03 247 bekanntes Liehtmeßgerät weist keinen geschlossenen Regelkreis auf, d. h. es ist keine Rückkopplungsschleife vorhanden. Das verstärkte Störsignal wird während der Dunkelphase über zwei getrennte Signalwege, von denen einer einen Schalter, einen Speicherkondensator, einen Verstärker und einen den Verstärkungsgrad beeinflussenden Einsteller enthält, als Gleichtaktsignal den Eingängen eines Differenzverstärkers zur Differenzbildung zugefünrt. Das Störsignal wird im Speicherkondensator gespeichert und bleibt so auch während der folgenden Meßphase, wenn der Schalter offen ist, am Eingang des Differenzverstärkers wirksam, so daß das Meßsignal vom Fehleranteil bereinigt wird. Das Fehlen eines geschlossenen Regelkreises bedeutet jedoch, daß keine Information über den tatsächlich erreichten Grad der Ausregelung der Dunkelströme an ein Steuerglied der Regelkette rückgeführi wird. Die Störsignalkompensation kann daher nicht selbstregelnd arbeiten. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit des Einstellers zur Dosierung des Pegels der aus dem Störsignal resultierenden Korrekturspannung. Eine entsprechender Einsteller im geschlossenen Regelkreis wäre sinnlos. Ein Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, daß einmal das Heßergebnis von der Einsteligenauigkeit des Einstellers bzw. von deren Konstanz abhängig ist und zum anderen eventuelle, in beiden Signalwegen individuell auftretende Fehler oder Störungen unkompensiert am Ausgang des Verstärkers erscheinen. Eine etwaige Offset-Spannungstrift der Verstärker beeinflußt in vollem Umfang den Signalpcgcl am Mcßausgang. Etwaige tcmpcratur- oder alterungsbedingte Änderungen des Verstärkungsfaktors des Verstä'icers führen zu einer Ober- oder Unterkompensierung des Störsignals und müssen durch Nachstellen des Einstellers korrigiert werden. Unter der Annahme einer perfekten Kalibrierung des Einstellers hängt die Meßgenaui^eit vom Ausmaß der Gleichtaktunterdrückung der Kombination aus Operationsverstärker und äußerer Beschallung des Eingangskreises desselben ab.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Liehtmeßgerät der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß mit einfachen, schaltungstechnischen Mitteln ein weitgehend fehlerkompensierter Lichtmeßvorgang gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgeniäße Schaltus^sanordnung zur Störsignalkompensation weist zum Unterschied gegenüber der zuvor diskutierten bekannten Schaltung einen geschlossenen Regelkreis auf, d. h. vom Ausgang des Meßverstärkers führt eine Rückkopplungsschleife, bestehend aus dem Verstärker, zwei Widerständen, dem Speicherkondensator und drei Schaltern, zum Verstärkereingang zurück. Somit wird dem Verstärkereingang ein sich in Abhängigkeit des am Verstärkerausgang auftretenden Störsignals selbstregelndes Korrektursignal

so zugeführt, wodurch das Störsignal bis auf ein von den Schaltungsparametern, im wesentlichen vom Verstärkungsfaktor der Verstärker abhängiges Minimum ausgesegelt wird. Das Speicherelement befindet sich im Rückkopplungszweig und speichert das während der Dunkelphase auftretende Korrektursignal, das so auch während der folgenden Meßphase, wenn die Rückkopplung durch die Schalter unterbrochen wird, am Verstärkereingang wirksam bleibt und das Meßsignal vom Fehleranteil bereinigt.

Mit dem erfindungsgemäßen Gerät kann auch impulsförmiges Licht gemessen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher

b5 erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 ein elektrisches Schaltschema des Lichtmeßgerätes;

Fig. la eine Abdunkelungsvorrichtung zur Modula-

tion des Meßlichtes mit Hilfe eines Flüssigkristallelements.

In einem fotoelektrischen Element, beispielsweise einer Fotodiode 1, entsteht ein von der Intensität des einfallenden Lichtes anhängiges Signal, das über einen Leiter 3 einem Meßsignal-Verstärker 4 zugeführt wird, in dessen Gegenkopplungskreis sich ein Widerstand 5 befindet. Dabei kann sich im Strahlengang des zu messenden Lichtes vor der Fotodiode 1 auch ein Filter 2 befinden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 4 gelangt über einen Leiter 6 in einen weiteren Verstärker 7, dessen Ausgangssignal zwei, beispielsweise elektronischen. Schaltern 8 und 9 zugeleitet wird.

Die Schalter 8 und 9 werden von einem Impulsgenerator 10 angesteuert und entsprechend geöffnet oder geschlossen. Ein weiterer Schalter 11 wird vom selben Impulsgenerator 10, dessen Impulse in einem Verstärker 12 umgepolt werden, angesteuert. Dadurch wird erreicht, daß der Schalter 11 geschlossen wird, wenn die Schalter 8 und 9 geöffnet werden und umgekehrt.

Bei geschlossenen Schaltern 8 und 9 und offenem Schaltet' 11 wird das Ausgangssigna! des Verstärkers 7 über einen Leiter 13, einen Widerstand 14 md einen weiteren Leiter 15 an den Eingang des Verstärkers 4 zurückgeführt. Da gleichzeitig mit dem Schalter 9 auch der Schalter 8 geschlossen wird, wird über einen Widerstand 16rein Kondensator 17 aufgeladen.

Nach beendetem Aufladevorgang des Kondensators 17 werden die Schalter 8 und 9 geöffnet und gleichzeitig der Schalter 11 geschlossen. Der Kondensator 17 entlädt sich somit über den Leiter 13, den Widerstand 14 und den Leiter 15, wobei ein entsprechender Strom zum Eingang des Meßsignal-Verstärkers 4 fließt. In der Zeit, während der der Kondensator 17 aufgeladen wird, der Abgleichphase, ist die Fotodiode 1 durch eine geeignete Abdunkelungsvorrichtung, beispielsweise eine mechanisch betätigte Blende 16, gegen einfallendes Licht geschützt. Die Betätigung der Blende 16, die in abwechselnder Folge die Fotodiode 1 abdeckt und wieder freigibt und synchron zur Betätigung der Schalter 8, 9, 11 vom Impulsgenerator 10 gesteuert wird, erfolgt über einen Servomechanismus 16a. Während dieser Abgleichphase werden durch den beschriebenen Regelkreis die temperatur- und alterungsbedingten Spannungs- und Strömänderungen am Eingang des Meßsignal-Verstärkers 4 kompensiert. Zur gleichen Zeit wird der Kondensator 17 bis auf eine diesen Fehlern entsprechende Spannung aufgeladen.

In der zweiten, der eigentlichen Meßphase werden die Schalter 8 und 9 geöffnet und der Schalter 11 geschlossen. Gleichzeitig *ird die Fotodiode 1 von der Abdunkelungsvorrichtung 16 freigegeben, so daß das zu messende -Licht voll auf die Fotodiode 1 auffallen kann.

Dabei wird das in der Fotodiode 1 entstehende Signal am Eingang des Verstärkers um den über den Leiter 15 fließenden Entladungsstrom des Kondensators 17 vermindert, der den erwähnten temperatur- und alterungsbedingten Fehlern des Meßsignal-Verstärkers 4 entspricht.

Auf diese Weise erscheint am Ausgang des Meßsignal-Verstärkers 4 bei jeder Messung ein von den Fehlereinflüssen unabhängiges Signal, so daß kein Nacheichen des Nullpunktes mehr notwendig ist.

Das Ausgangssignal des Meßsignal-Verstärkers 4 wird in einem Logarithmierverstärker 18 logarithmiert und über einen, beispielsweise elektronischen, Schalter 20 und einen Speicher 22 einem analog oder digital anzeigenden Anzeigegerä: 23 zugeführt. Der Schalter 20 wird dabei über einen entsprechenden Impulsformer 21 vom Impulsgenerator 10 derart angesteuert, daß der Speicher 22 während der Meßphase mit dem Ausgang des Logarithmierverstärkers 18 verbunden ist und während der Abgleichphase nicht entladen werden kann. Der Speicher 22 kann als Mittelwert- oder Spitzenwertspeicher ausgebildet sein und dient dazu, eine feststehende Anzeige an dem Anzeigegerät 23 während eines Arbeitstaktes zu erhalten. Die Verwendung eines Spitzenwertspeichers macht das Gerät auch für Messungen bei pulsierendem Licht geeignet, da die Impulshöhe als Meßwert angezeigt wird.

Weiter ist am Ausgang des Meßsignal-Verstärkers 4 ein Anschluß für ein Oszilloskop 19 oder ein anderes Aufzeichnungsgerät vorgesehen, mit dem die von der Lichtquelle abgegebenen Impulse sichtbar gemacht werden können.

In Fig.-la ist eine weitere Ausführungsform des Lichtmeßgerätes dargestellt, das in der Gestaltung der Abdunkelungsvorrichtung vom oben beschriebenen Gerät abweicht. Im Strahlengang o^s zu messenden Lichtes 24 ist vor dem fotoelektriscr;fn Element 1 ein Flüssigkristallelement 25 vorgesehen, an dessen Elektroden eine von einem Spannungsformer 26 erzeugte Wechselspannung derart angelegt wird, daß das Meßlicht in abwechselnder Folge einmal durch das Flüssigkristallciement 25 hindurchtritt und auf das fotoelektrische Element 1 fällt und einmal am Flüssigkristallelement 25 gestreut wird. Wird der Spannungsformer 26 durch den Impulsgenerator 10 angesteuert entstehe eine Modulation des Meßlichtes synchron zum Arbeitstakt der beschriebenen Schalter 8, 9, 11, 20, so daß das Lichtmeßgerät in der selben, weiter oben beschriebenen Weise funktionieren kann, mit dem Unterschied, daß keine mechanisch bewegten Teile mehr vorhanden sind.

Da der Streueffekt des Flüssigkristallelementes 25 spannungsabhängig ist, kann durch eine zusätzliche, in den Spannungsformer 26 eingreifende Regeleinrichtung 27 die Amplitude der dem Flüssigkristallelement 25 zugeführten Spannung stufenlos geregelt werden.

Dadurch übernimmt das Flüssigkristallelement 25 auch die Funktion einer Blende, wie sie für verschiedene fotoelektrische Elemente bei starkem Lichteinfall benötigt wird.

Der Filter 2 kann in dieser Ausführungsform dadurch ersetzt werden, daß eine oder beide daj Flüssigkristall einschließenden Schichten als Filter ausgebildet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Liehtmeßgerät, in welchem das auf ein fotoelektrisches Element, insbesondere eine Fotodiode, auftreffende Licht durch eine Abdunkelungsvorrichtung, die in abwechselnder Folge einmal das fotoelelctrische Element abdunkelt und dann wieder freigibt, moduliert wird, in dem während der Dunkelphase ein Speicherkondensator aufgeladen wird und ein Meßsignal durch eine Entladung des Speicherkondensators korrigiert wird und bei dem das Meßsignal einen Meßvertärker durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend einem geschlossenen Regelkreis vom Ausgang des Meßverstärkers (4) eine Rückkopplungsschleife zum Meßverstärkereingang führt, daß die Rückkopplungsschleife aus einem dem Meßverstärker (4) nachgeschalteten Verstärker (7), Widerständen (14, 16r), Schaltern (8, 9, 11) und dem Speicherkondensator (17) besteh«, daß einer (14) der Widerstände dem meßverstärker (4) vorgeschaltet ist, daS zwei Schalter (8,11) in Reihe und diese zu dem dritten Schalter (9) parallel geschaltet sind, daß zwischen den in Reihe geschalteten Schaltern (8, 11) der andere Widerstand (16r) und der Speicherkondensator (17) eingeschaltet sind, daß der in Richtung Signalverlauf dem Ausgang des Meßverstärkers (4) am nächsten liegende Schalter (8) der in Reihe geschalteten Schalter (8,11) und der parallel geschaltete dritte Schalter (9) mit dem anderen (11) der in Reihe geschalteten Schalter und : ¹Id Schalter mit der Abdunkelungsvorrichtung (16) so abgestimmt sind, daß die beiden erstgenannten Schalter (8,9) in der Meßphase geöffnet und in der Dunkelplmse geschlossen und der dritte Schalter entsprechend geschlossen bzw. geöffnet ist, und daß die Schalter (8,9,11) und die Abdunkelungsvorrichtung (16) synchron gesteuert sind.

2. Liehtmeßgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdunkelungsvorrichtung (16) aus einem Flüssigkristallelement (25) besteht, an dessen Elektroden eine von einem Spannungsformer (26) erzeugte Wechselspannung derart angelegt wird, daß das Meßlicht in abwechselnder Folge einmal durch das Flüssigkristallelement hindurchtritt und auf das fotoelektrische Element (1) fällt und einmal am Flüssigkristallelement gestreut wird.

3. Liehtmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (27) vorhanden ist, durch die die Amplitude der an das Flüssigkristallelement (25) angelegten Wechselspannung stufenlos regelbar ist.