DE1259591B

DE1259591B - Arrangement for the integration of variables that change over time

Info

Publication number: DE1259591B
Application number: DE1961H0042118
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Werner Schaefer
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1961-03-24
Filing date: 1961-03-24
Publication date: 1968-01-25

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

GOIdGOId

Deutsche KL: 42d-10 German KL: 42d-10

Nummer: 1 259 591Number: 1 259 591

Aktenzeichen: H 42118 IX b/42 dFile number: H 42118 IX b / 42 d

Anmeldetag: 24. März 1961 Filing date: March 24, 1961

Auslegetag: 25. Januar 1968Opening day: January 25, 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.To form the integral of time-variable measured values over certain time segments, it is known to map the measured value as an electrical voltage and this during the desired time interval an integration motor, the speed of which is proportional to the applied voltage is. The number of rotations of the integration motor indicated by a counter in the desired The time span forms the integral of the measured variable over this time interval. It is already known to provide a transducer, which a pulse series with from the input variable dependent pulse frequency forms, and its output pulses during the integration period by a downstream counter to count. However, there are narrow limits to these known processes. the Method that uses an integration motor is not able to rapidly change the Measured values, as they often occur in analytical measurements, to follow. The method which operated by a variable frequency generator controlled by the measured value, encounters considerable difficulties if the measured value to be integrated fluctuates within wide limits, as is also the case in particular occurs frequently in analytical measurements. In addition, the well-known integration methods associated with quite considerable effort.

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. Integrating devices that operate optically are already known. In a known embodiment a rotating mirror is used, which is deflected according to the measured value. He creates a light band on a line grating, the width of which corresponds to the size of the measured value. Behind the Line grating rotates a slotted aperture arrangement at a constant speed of rotation, inside of which a photocell is arranged. When passing a slit in front of the reticle impulses proportional to the measured value amplitude arise in the photocell circuit, which electrical counter for totalizing. This is missing in another embodiment Line grids, and the light band is scanned by a rotating drum, which is provided with slots behind each of which there is a rotating photocell. The momentum decomposition takes place by an additional collector, which is driven together with the rotating drum. In this case, a light beam can take the place of the light band. It then becomes that of the mirror reflected light bundles contracted to a point on the surface of the rotating drum.

Anordnung zur Integration zeitlich veränderlicher GrößenArrangement for the integration of variables that change over time

Anmelder:Applicant:

Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,

6000 Frankfurt W 13, Gräfstr. 976000 Frankfurt W 13, Graefstr. 97

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Phys. Dr. Werner Schaefer, 6050 OffenbachDipl.-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.In other embodiments that work optically, the pulse decomposition is carried out by that a beam of light through mirror assemblies rotating at constant speed is circular arranged grating is guided. Hereby, rotated according to the measured values Fade out corresponding sectors. A disadvantage of all of these known optical arrangements is that in addition to the deflection of the light beam according to the measured value for modulating the light beam a rotating optical device must be available.

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 EmpfängerThe invention avoids the disadvantages of the known devices. It also refers to a Arrangement for forming the integral of a time-variable measured value over time and for display the integral value in numerical form by converting the measured value using a mirror galvanometer, which is deflected with the measured value proportional to amplitude, and from which the reflected Light bundle for generating light pulses via a fixed optical line or bar grating is forwarded to a photoelectric receiver to which an electrical counter is connected is. The invention consists in that the winding of the galvanometer has a transducer is connected upstream, the alternating voltage amplitude of which is proportional to the measured value. By the created The deflection movement of the mirror galvanometer corresponding to the alternating voltage is generated by the The mirror of the galvanometer deflected and periodic movement of the light beam passed the optical bar grating before it reaches the photoelectric receiver falls. The light beam deflected in a periodic sequence is when passing through the line or. Bar grille faded in and out in quick succession, so that on the photoelectric receiver

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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.Without additional rotating modulation means, light pulses fall, which are converted into electrical current pulses can be converted and counted. If the deflection frequency remains the same, the number of generated Pulses depend on the amplitude of the alternating voltage applied to the GaI vanometer and thus of the measured value. The adjustable frequency of the alternating voltage influences the number of pulses and can therefore can be used to take into account and set calibration factors. This makes the arrangement according to the invention particularly suitable for evaluating analytical measurements.

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.For further refinements of the arrangement according to the invention, reference is made to the subclaims. However, for the subject matter of subclaims 5 to 10, it is only used in conjunction with the claim 1 Patent protection sought.

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. The arrangement according to the invention is explained in more detail below with reference to the figure. It is assumed that the variable to be integrated is a direct voltage or is mapped as a direct voltage by one of the known transducers. The direct voltage is applied to the input terminals E of a converter N , which converts it into an alternating voltage with an amplitude that depends on the size of the input. This alternating voltage is fed to the winding G of a mirror galvanometer, the natural frequency of which corresponds to or is greater than the alternating voltages. If the input variable is too small to operate the mirror galvanometer, an additional amplifier can be combined with the inverter N , which can be designed both as a direct current amplifier connected upstream of the inverter and, preferably, as a downstream alternating current amplifier. In the case of measured quantities that can be converted directly into alternating voltages of variable amplitude by means of suitable transducers, for example differential transformers adjusted by the measured value or AC-powered bridge circuits with resistances that depend on the measured value, the output of the transducer can be connected to the galvanometer without the interposition of an inverter. The mirror S of the mirror galvanometer deflects a bundle of light rays that originate from a light source L. The light emanating from the light source L light is projected through a condenser K to a gap Sp, that is imaged by the imaging optical system after reflection by the O Meßwertspiegel S on the elliptic curved mirror preferably H. The measuring mechanism mirror 5 is located in one of the focal lines of the elliptically curved mirror H. A line or bar grating is attached to this elliptical mirror H , which consists of opaque strips perpendicular to the deflection path, running in the same direction as the image of the gap, close together . The light beam is reflected from the curved mirror H onto the photoelectric receiver P / ί arranged in the other focal line when the image of the gap Sp projected onto the mirror H falls on a reflective surface between two opaque strips. When the optical image of the gap Sp moves back and forth on the concave mirror as a result of the movements of the galvanometer mirror, it strikes in a periodic sequence on opaque strips and reflective strip-shaped surfaces in between. Therefore, temporally successive light pulses impinge on the photoelectric receiver Ph. Their number depends on the amplitude of the deflection movement. The light pulses are converted into electrical voltage surges by the photoelectric receiver Ph and fed to a counter Z via a switching device R. The switching device R is used to switch on the counter at the beginning and to switch off the counter at the end of the integration period. A printing unit Dr connected downstream of the counter is used to record the counter result displayed by the counter. The counting result is a measure of the time integral of the DC input voltage applied to the E input terminals.

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.The arrangement shown in the figure allows various modifications. For example, the reflective surface H can be bent in the form of a circular cylinder. Then the galvanometer mirror 5 and the photoelectric receiver Ph are to be arranged one above the other on the axis of the cylinder. A screen A is arranged between the galvanometer mirror S and the photoelectric receiver Ph to shield from stray light. Another possible modification is that instead of the reflective surface H, a photoresistor with corresponding dimensions is provided, in front of which there is a grid of adjacent transparent and impermeable strips. Such a photoresistor also emits successive pulses when a slit-shaped light spot is moved along it by the mirror galvanometer. This arrangement, like the device shown in the figure, has the great advantage that a mechanical zero point adjustment of the galvanometer does not affect the result of the integration, because the number of counting pulses generated per deflection period depends only on the deflection amplitude and not on the zero position of the galvanometer away.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for the formation of the integral of a time-variable measured value over time and for the representation of the integral value in numerical form by converting the measured value by means of a mirror galvanometer, which is deflected with the measured value proportional amplitude, and from which the reflected light beam to generate light pulses via a Fixed, optical line or bar grating is passed on to a photoelectric receiver to which an electrical counter is connected, characterized in that the winding (G) of the galvanometer is preceded by a transducer (N) whose alternating voltage amplitude is proportional to the measured value.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the mirror galvanometer electronic AC voltage amplifier is connected upstream.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that for converting the A chopper is provided as the measured value present in the direct current.

4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that as a transducer

a resistor bridge, which is influenced by the measured variable to be integrated and fed with alternating current, is used.

5. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the optical Line or bar grating on a circularly curved, internally mirrored hollow cylinder is upset.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the movable galvanometer mirror and the photoelectric receiver in the axis of the with a line or bar grating provided hollow cylindrical mirror are arranged.

7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the optical line or bar grating is mounted on the inside of an elliptically curved mirror.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the movable galvanometer mirror in one of the focal lines of the elliptically curved mirror and the photoelectric receiver is arranged in the other focal line of the curved mirror.

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9. Arrangement according to claim 1, characterized in that as an electrical-optical receiver one that extends over the deflection path of the light mark of the mirror galvanometer Photoresistor is provided on or in front of which the optical line or bar grating is located.

10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the extending over the deflection path of the light mark of the mirror galvanometer Photoresistor made up of a number of strips of photoelectric material arranged next to one another Semiconductor material consists.

Considered publications:

Patent specification No. 8974 of the Office for Invention and Patents in the Soviet Zone of Occupation Germany;

U.S. Patent Nos. 2,431,591, 2,176,720;
P. Görlich, "Application of the Photo Cell", 1954, pp. 132, 133;

H. Geffken, “The light-sensitive cell
technical control organ ”, 1933, pp. 258, 259.

1 sheet of drawings