ARRANGEMENT FOR MEASURING PHYSICAL PARAMETERS WITH AN OPTICAL SENSOR

Abstract: 1. A device for measuring physical values with a sensor (9) having a diaphragm (23) controlled by the physical value which is to be measured, which is coupled via respective light conductors (7, 8) to an opto-electronic transmitting device (1) and an opto-electronic receiving device (31), where the receiving device (31) comprises two receiving diodes (32, 39) optically connected to the light conductors (7, 8), and contains a circuit component (47) for sum and difference formation, with one output (55) which carries an electrical signal produced during the sum formation connected to a control input of an amplifier unit (46) arranged prior to the circuit component (47) to form a regulating circuit, and with its other output (56) carrying a further electrical signal produced during the difference formation connected to a display device (58), characterised in that the opto-electronic transmitting device (1) contains two transmitting diodes (2, 3) controlled in alternation pulse-wise, to emit light of the same colour, each coupled to one of the light conductors (7, 8), the receiving diodes (32, 39) being connected to the light conductors (7, 8) via optical coupling elements (35, 36; 42, 43) in such manner that the one receiving diode (32) is acted upon by light directly emitted from the transmitting diodes (2, 3) whereas the other receiving diode (39) is acted upon by light which has passed through the sensor (9), that at their end which faces towards the sensor (9) the light conductors (7, 8) each terminate in two light conductor ends (10, 11; 15, 16), where the one light conductor end (10) of the one light conductor (7) is optically coupled to a light conductor end of the further light conductor (8) via a collector lens arrangement (13) and via a light aperture (29) in the sensor (9), which opens with the movement of the diaphragm (23), whereas the other light conductor end (15) of the further light conductor (8) is optically coupled to the other light conductor end (11) of the first light conductor (7) via a collector lens arrangement (17) and a further light aperture (30) in the sensor (9), which closes with the movement of the diaphragm (23), and that the first receiving diode (32) is arranged in a circuit for the amplitude regulation of the transmitting diodes (2, 3), and the other receiving diode (39) is arranged prior to the amplifier unit of the circuit component (47) for sum and difference formation.

Description: Einrichtung zum Messen physikalischer Grössen Die erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum I,essen physikalischer Grössen mit einem von der zu messen¯ den physikalischen Grösse gesteuerten Blende eines Sensors, der über zwei Lichtleiter mit einer opto-elektronischen Sendeeinrichtung und mit einer opto-elektronischen Empfangseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Empfangseinrich tung zwei Errpfangsdioden aufweist, die in optischer Verbindung mit den Lichtleitern stehen, und einen Schaltungsteil zur Summen- und Differenzbildung enthält, dessen einer ein bei der Summenbildung erzeugtes elek tisches Signal führender Ausgang unter Bildung eines regelkreises mit einem Steuereingang einer dem Schaltungsteil vorgeordneten Verstärkereinheit verbunden ist und dessert weiterer ein bei der Differenzbildung erzeugendes weiteres elektrisches Signal führender Ausgang an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE-A-28 49 186) enthält die Sendeeinrichtung eine einzige Sendediode, die über eine Lichtleiterfaser Licht einer optischen Koppelsteile zuführt, von der es weiter über einen Lichtleiter zu dem Sensor geführt ist. Von dem Sensor wird durch einen entsprechend der physikalischen Grösse beweglichen Spiegel ein Teil des Lichtes über den Lichtleiter wieder zur optischen Koppelstelle zurückgeführt, von der es einer Empfangsdiode der optoelektronischen Erpfangseinrichtung zugeführt wird. Ein anderer Teil des dem Sensor zugeführten Lichtes gelangt an dem beweglichen Spiegel vorbei in den weiteren Licht eitet-.und wird über diesen einer weiteren Empfangs diode der opto-elektronischen Empfangseinrichtung zugeführt. Den beiden Empfangsdioden ist eine Verstärkereinheit nachgeordnet, die aus jeweils einem Verstärker mit nachgeschaltetem Regelverstärker besteht. Die Ausgänge der Regelverstärker sind einem Schaltungsteil zur Summen- und Differenzbildung zugeführt, in dem zwei elektrische Signale gebildet sind. Das eine elektrische Signal entspricht der Summe der von den Empfangsdioden erzeugten elektrischen Signale und wird dazu benutzt, die regelbaren Verstärker der Verstärkereinheit so zu steuern, dass die Sur:-rie der von den Empfangsdioden erzeugten elektrischen Signale stets konstant ist. Ein weiteres elektrisches Signal des Schaltungsteils zur Summenund Differenzbl'a.ung entspricht der Differenz der von den Empfangsdioden erzeugten elektrischen Signale und stellt daher ein M.ass für die physikalische #rösse dar, die demzufolge an einer nachgeordneten Anzeigevorrich tung ablesbar ist. Die einzige Sendediode der opto-elektronischen Sendeeinrichtung wird mit einem konstanten Strom gespeist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zum Messen physikalischer Grössen mit zwei Lichtleitern zwischen Sende- und Empfangseinrichtung einerseits und einem Sensor andererseits vorzuschlagen, bei der Ver änderungen des Übertragungsweges im Bereich der Lichtleiter keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Zur Lösung dieser Aufgabe enthält bei einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss die optoelektronische Sendeeinrichtung zwei abwechselnd impuls weise gesteuerte Licht emittierende Sendedioden, die mit jeweils einem Lichtleiter gekoppelt sind; die Empfangs Åaiodenzsind mit den Lichtleitern über optische Koppelelemente derart verbunden, dass die eine Empfangsdiode mit unmittelbar von den Sendedioden abgegebenem Licht und die andere Empfangsdiode mit Licht beaufschlagt ist, das den Sensor durchlaufen hat, und die Lichtleiter laufen an ihren dem Sensor zugewandten Ende in jeweils zwei Lichtleiterenden aus, wobei das eine Lichtleiter ende oes einen Lichtleiters über eine Samrnellinsenanord nung und eine mit der Bewegung der Blende sich öffnende Lichtdurchtrittsöffnung im Sensor mit einem Lichtleiterende des weiteren Lichtleiters und das andere Lichtleiterende des weiteren Lichtleiters über eine SGmmel- linsenanordnung und eine mit der Bewegung der Blende sich schliessende weitere Lichtdurchtrittsöffnung im Sensor mit dem anderen Lichtleiterende des einen Lichtleiters optisch. gekoppelt ist; die eine Empfangsdiode ist in einem Schaltkreis zur hm.plitudenregelung der Sendedioden angeordnet, und die andere Empfangsdiode ist der Verstärkereinheit des Schaltungsteils zur Summen- und Differenzbildung vorgeordnet. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung besteht darin, dass bei ihr Anderungen der Übertragungseigenschaften im Bereich der beiden Lichtleiter ohne Einfluss auf das Messergebnis bleiben. Dies ist u. 2. darauf zurückzuführen, dass bei der erfindungsgemässen Einrichtung das jeweils von den Sendedioden ausgesandte Licht gleicher Frequenz durch beide Lichtleiter übertragen wird; hinzu kommt die spezielle Lichtführung im Bereich des Sensors, die dort für das jeweils über die Sammellinsenanordnung von der jeweils Licht aussen den- den Sendediode abgegebene Licht einen "Lichtgleich richter bildet, so dass in der erfindungsgemässen Einrichtung gewissermassen zwei antiparallel geschaltete "Licht in inoptischer Reihenschaltung mit sich bei einer Bewegung der Blende in jeweils entgegengesetztem Sinne verändernden Lichtdurchtrittsöffnungen ergeben. Infolge der Ämplitudenregelung für die beiden Sendedioden ist dabei sichergestellt, dass diese stets Licht gleicher Intensität aussenden. Die der weiteren Empfangs diode nachgeordnete Schaltung sorgt dafür, dass infolge Ouotientenbildung aus der Differenz von über die beiden Lichtleiter kommenden Lichtimpulsen entsprechenden elektrischen Signalen und der Summe dieser Signale eine Messgrösse in Form eines elektrischen Signals der Anzeigevorrichtung zugeführt wird, die ein genaues Mass für die zu messende physikalische Grösse darstellt. Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemässen Einrichtung ist der anderen Empfangsdiode eine weitere Empfangsdiode zugeordnet, unc cie andere Empfangsdiode ist mit der. einen Lichtleiter und die weitere Empfangsdiode mit dem anderen Lichtleiter optisch gekoppelt; die andere und die weitere Epfngsdioae sind über eine entsprechend der impulsweisen Steuerung der Sendedioden betätigte elektronische Umschaltanordnung mit dem Eingang der Verstärkereinheit verbunden. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform der erfinsungsgemâssen Einrichtung besteht darin, dass sie die Gewinnung eines besonders genauen Messergebnisses gestattet, weil bei dieser Ausführungsform auch Lichtreflexionen kompensiert werden, die vom Lichtleiterende sowie von allen Inhomo genit#ten und Verbindungsstellen verursacht werden. Dabei wird es als besonders zweckmässig angesehen, wenn die andere Empfangsdiode und die weitere Empfangsdiode so ausgesucht sind, dass sie gleiche Eigenschaften aufweisen; darüberhinaus erscheint es zweckmässig, wenn die beiden Empfangsdioden gleichen Temperaturänderungen ausgesetzt, also thermisch gekoppelt sind. Gegebenenfa)ls kann auch die eine Empfangsdiode so ausgesucht sein, dass sie in ihren Eigenschaften mit der anderen und der weiteren Empfangsdiode übereinstimmt; auch#eine thermische Kopplung dieser einen Empfangsdiode mit den beiden anderen Empfangsdioden erscheint zweckm#ssig Bei der erflncungsgemässen Einrichtung sind die Sendedioden vorteilhafterweise an einen Steuergenerator angeschlossen, und der Schaltungsteil zur Summen- und Diffe renzbildung enthält drei phasenempfindliche Gleichrichter; die Steuereingänge der phasenempfindlichen Gleichric-hter sind mit den: Steuergenerator verbunden. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn die Blende der erfindungsgemässen Einrichtung auf einem der physikalischen Grösse entsprechend bewegbaren Prisma gehalten ist und die Lichtleiterenden einer Seite (pothenue) des Prismas gegenüberliegen. Eine solche Anbringung der Blende ist besonders dann vorteilhaft, wen - beispielsweise aus räumlichen Gründen - die Licht lelterenoen riecht beiderseits der Blende angeordnet werden können. Bei der erfindungsgen:ässen Einrichtung wird es ferner als vorteilhaft angesehen, wenn zwischen dem Prisma und den Lichtleiterenden eine weitere Blende räumlich fest angeordnet ist, die diametral einander gegenüberliegende, lichtundurchlässige Bereiche aufweist, und wenn im Bewegungsbereich der beweglichen Blende die beiden Lichtdurchtrittsöffnungen liegen. Dies hat den Vorteil, dass auch bei einer nicht exakt translatorischen Verstellung der Blende ein weitgehend gleichförmiges entgegengesetztes Verändern der Lichtdurchtrittsöffnungen erfolgt. Die erfindungsgemässe Einrichtung lässt sich zum Erfassen sehr unterschiedlicher physikalischer Grössen benutzen, sofern sich nur mit der jeweiligen physikalischen Grössen die Einstellung einer Blende ändern lässt. Eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungs- gemcEen einrichtung zum Messen eines Druckes oder einer Druckdifferenz wird darin gesehen, dass eine über zw einen Innenraum begrenzende Trennmembranen gegen eine Messfeder dem Druck oder der Druckdifferenz entsprechend verstellte Koppelstange das Prisma trägt und dass der Innenraum im Bereich des Prismas nach aussen durch eine druckfeste Glasdurchführung abgeschlossen ist, bis an die die Lichtleiterenden von aussen herangeführt.sind. Auf diese Diese lässt sich nämlich mit der erfindungsgemässen Einrichtung ein Druck oder eine Druckdifferenz auch dann messen, wenn am Orte der Messung eine starke örtliche Störbelastung vorhanden ist, die beispielsweise durch eine starke g -Strchlung, durch hohe Temperatur, hohe Feuchte, durch eine explosionsgefährdete Atmosphäre oder durch elektromagnetische Felder hervorgerufen sein kann. Im Bereich der Messstelle befindet sich dann nämlich nur noch der Sensor mit einem Teil der beiden Lichtleiter, während die Sende- und die Empfangseinrichtung mit elektronischen Bauelementen über die störunempfindlichen weiteren Teile der Lichtleiter von der Störbelastung entfernt angeordnet sind, sich also ausserhalb des Störbereichs befinden. Zur Erlcuterung der Erfindung ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung in schematischer Darstellung , in Figur 2 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Sensors der Einrichtung nach Figur 1, in Figur 3 ein Teil der Empfangseinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Ein richtung, in Figur 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Sendedioden der Sendeeinrichtung, in Figur 5 ein husführungsbeispiel eines Lichtgleichrichters, in Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines ¯Licht gleichrichters" und in Figur 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindung #c###-#. Einrichtung dargestellt. Das husfúhrungsbeispiel nach Figur 1 enthält eine Sende einrichtung 1, die eine Sendediode 2 und eine weitere Sendediode 3 enthält. Beide Sendedioden 2 und 3 sind mit eine Steuergenerator 4 verbunden, der dafür sorgt, dass die beiden Sendedioden 2 und 3 jeweils abwechselnd nacheinander Lichtimpulse in Richtung der Pfeile 5 und 6 in Lichtleiter 7 und 8 senden. Der Lichtleiter 7 läuft in der Nähe eines Sensors 9 in zwei Lichtleiterenden 1C und 11 aus; beide Licht leiterenden 10 und 11 sind an einer Koppelstelle 12 z einanÅaer verbunden. Zwischen dem einen Lichtleiter ende 10 und dem Sensor 9 ist eine Sammellinsenanordnung 13 vorgesehen. Entsprechend ist der optische tibertragungs- weg über den weiteren Lichtleiter 8 ausgestaltet, in dem sich auch dieser Lichtleiter an einer optischen Koppelstelle 14 in ein Lichtleiterende 15 und ein anderes Lichtleiterende 16 aufteilt. Zwischen dem einen Licht leiterende 15 und dem Sensor 9 liegt eine weitere Sam mellinsenanordnung 17. Die Sammellinsenanordnung 13 ist so plaziert und bemessen, dass der aus dem einen Lichtleiterende 10 des einen Lichtleiters 7 austretende Lichtimpuls 18 auf die Stirnseite 19 des anderen Lichtleiterendes 16 des weiteren Lichtleiters 8 fokussiert wird. Entsprechendes gilt hinsichtlich der Sammellinsenanordnung 17, mit der eine Fokussierung des aus dem einen Lichtleiter ende 15 des weiteren Lichtleiters 8 austretenden Licht impulses 20 auf die Stirnseite 21 des anderen Licht leiterendes 11 des einen Lichtleiters 7 bewirkt ist. Durch diese Anordnung der Lichtführung im Bereich des Sensors 9 ist erreicht, dass das von der Sendediode 2 ausgesandte Licht nahezu ausschliesslich nur über das eine Lichtleiterende 10 des einen Lrchtleiters 7, den Sensor 9 und das andere Lichtleiterende 16 des weiteren Lichtleiters 8 geführt ist und dass von der Sendediode 3 ausgesandtes Licht nur über das eine Lichtleiterende 15 des weiteren Lichtleiters 8, den Sensor 9 und das andere Lichtleiterende 11 des einen Lichtleiters 7 verläuft. Der Lichtübertragungsweg vom anderen Lichtleiterénde 11 über das Prisma 22 und die Sammellinsenanordnung 17 zum Lichtleiterende 15 wirkt ncmlich wie ein in Sperrichtung betriebener "Lichtgleichrichter", wie anhand der Figu ren 5 und 6 unten näher erlcutert ist. Entsprechendes gilt für das Licht, das vom anderen Lichtleiterende 16 zum einen Lichtleiterende 10 gelangen will. Der Sensor 9 besteht aus einem Prisma 22, das in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene in nicht dargestell ter Weise durch die zu messende physikalische Grösse bewegbar ist. Auf dem Prisma befindet sich eine Blende 23, die somit gemeinsam mit dem Prisma 22 und damit entsprechend dem Betrage der physikalischen Grösse bewegt wird. Vor dem Prisma, beispielsweise an einer Fläche 24 einer Glasscheibe 25 ist ortsfest eine weitere Blende 26 angebracht, die - wie Figur 2 zeigt - ein anker diametral gegenüberliegende lichtundurchlässige Bereiche 27 und 28 aufweist. Jeder dieser lichtundurch lässigen Bereiche 27 und 28 ist mit einer Lichtdurch trittsöffnung 29 und 30 versehen, wobei in den beiden Endstellungen der beweglichen Blende 23 entweder die Lichtdurchtrittsöffnung 29 oder die Lichtdurchtritts öffnung 30 verschlossen ist. In der dargestellten Lage befindet sich die bewegliche Blende 23 in einer Nullstellung, in der durch beide Lichtdurchtrittsöffnungen 29 und 30 gleichviel Licht hindurchtreten kann. Die Empfangseinrichtung 31 enthält eine Empfangsdiode 32, mit der zusätzliche Lichtleiter 33 und 34 optisch gekoppelt sind. Diese zusätzlichen Lichtleiter 33 und 34 führen über optische };celstellen 35 und 36 einen Teil des jeweils von den Sendedioden 2 und 3 abgegebenen Lichtes unmittelbar der einen Empfangsdiode 32 zu. Die Empfangsdiode 32 e:npfängt somit Lichtimpulse mit einer Inten- sität, die der Intensität der jeweils von den Sendedioden 2 und 3 ausgesandten Lichtimpulse entspricht. Das von der Empfangsdiode 32 abgegebene elektrische Signal wird in einem Verstärker 37 verstärkt und über eine Verbindungsleitung 38 dem Steuergenerator 4 zugeführt. Der Steuergenerator sorgt für eine entsprechende A.nsteuerung der Sendedioden 2 bzw. 3 so dass durch die zusctzlichen Lichtleiter 33 und 34, die Empfangsdiode 32 und den Verstärker 37 mittels des Steuergenerators 4 eine fiegelur.g derart geschaffen ist, dass die Sendedioden 2 und 3 stets Lichtimpulse gleichbleibender Intensität 2aussenden. Die Empfangseinrichtung enthält eine weitere Empfangsdiode 39, die über Hilfslichtleiter 40 und 41 sowohl mit dem einen Lichtleiter 7 als auch mit dem weiteren Lichtleiter 8 über Koppelstellen 42 und 43 verbunden ist. Dabei sind die Koppelstellen 42 und 43 so ausgelegt, dass der weiteren Empfangsdiode 39 über die Hilfs- lichtleiter 40 und 41 jeweils nur Lichtimpulse zugeführt werden, die in Richtung der Pfeile 44 und 45 verlaufen. Die auf diese Lichtimpulse hin von der weiteren Empfangsdiode 39 erzeugten elektrischen Signale werden einer Verstärkereinheit 46 zugeführt, der ein Schaltungsteil 47 zur Summen- und Differenzbildung nachgeordnet ist. In dieser. Schaltungsteil 47 sind drei phasenempfind liche Gleichrichter 48, 49 und 50 angeordnet, deren Eingänge gemeinsam mit dem Ausgang der Verstärkereinheit 46 verbunden sind; ausserdem sind sie mit ihren Steuereingängen an einen weiteren Steuerausgang des Steuergenerators L a##geschlossen. Die phasenempfindlichen Gleichrichter können beispielsweise so ausgebildet sein, wie es in dem Buch "Elektrische Messtechnik" 1976, Seite 132 beschrieben ist. Am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 48 entsteht dann ein Strom J1 der beispielsweise der Intensität des durch die eine Lichtdurchtrittsöffnung 29 durchgelaufenen - von der Sendediode 2 abgegebenen Eichtimpulses proportional ist, während am ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 49 ein Strom J einer Grösse auftritt, die der Intensität des - von der anderen Sendediode 3 abgegebenen - Lichtimpulses durch die andere Lichtdurchtrittsöffnung 30 proportional ist. Am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 50 tritt ein Strom -J2 auf. Infolge der dargestellten Verknüpfung der Ausgänge der phasenempfindlichen Gleichrichter 48 bis 50 über Widers > =nde 52, 53 und 54 ergibt sich an einem Ausgang 55 des Schaltungsteiles 47 ein elektrisches Signal, das der Summe von J1 und J2 entspricht. An einem weiteren Ausgang 56 des Schaltungsteiles 47 tritt ein elektrisches Signal auf, das der Differenz J1 J J2 entspricht. An diesem Ausgang 56 ist über einen Verstärker 57 eine Anzeigevorrichtung 58 angeschlossen. Die Anzeige der Anzeigevorrichtung 58 ist ein Mass für die zu messende physikalische Grösse, weil der Ausgang 55 des Schaltungsteiles 47 an einen Steuereingang der Verstärkereinrich- tung 46 zurückgeführt ist, wodurch eine Regelung bewirkt ist, mit der die Summe aus J und J konstant gehalten ist. Die in Figur 3 dargestellte Empfangseinrichtung 60 unterscheidet sich von der nach Figur 1 im wesentlichen dadurch, dass der anderen Empfangsdiode 39 eine weitere Empfangsdiode 61 zugeordnet ist; die andere Empfangsdiode 39 ist lediglich mit dem Hilfslichtleiter 40 und die weitere Empfangsdiode 61 lediglich mit dem Hilfslichtleiter 41 optisch gekoppelt. Beide Empfangsdioden 39 und 61 sind mit einer elektronischen Umschaltanord- nung 62 verbunden, die über einen Anschluss 63 von dem in der Fi gur 3 nicht dargestellten Steuergenerator der Sendeeinrichtung betätigt wird. Der elektronischen Um- schaltanordnung 62 sind die Verstärkereinheit 46, der Schaltungsteil 47 zur Summen- und Differenzbildung sowie der Verstärker 57 mit nachgeordneter Anzeigevorrich tung 58 in einer Weise nachgeschaltet, wie dies bereits im Zusarrienhang mit der Erläuterung der Figur 1 eingehend dargelegt worden ist. Die Einriobtung nach den Figuren 1 bis 3 arbeitet in folgender Weise: Gesteuert von deren Steuergenerator 4 werden die Sende dioden 2 und 3 abwechselnd zur Abgabe von Lichtimpulsen in einer Weise veranlasst, wie dies aus Figur 4 ersicht lich ist. Der Lichtimpuls T der Sendediode 2 durchläuft den Lichtleiter 7 in Richtung des Pfeiles 5 und gelangt über das eine Lichtleiterende 10, die Sammellinsen- anordnung 13 und die eine Lichtdurchtrittsöffnung 29 nach Durchlaufen des Prismas 22 in das andere Licht leiterende 16 des weiteren Lichtleiters 8. Licht des Lichtimpulses I das an der Koppelstelle 12 auch über cas andere Lichtleiterende 12 und den Sensor zum einen Lichtleiterende 15 des weiteren Lichtleiters 8 gelangt, ist vernachl#ssigbar, weil dieser eben beschriebene optische übertragungsweg für das Licht nahezu gesperrt ist. Die Sperrung ist darauf zurückzuführen, dass das Licht auf diesem Übertragungsweg entsprechend dem Quotienten (tan &alpha; / tan A2)2 abgeschwächt ist, wobei 2 den Aperturvinkel am Lichtleiterende 11 und ss den Aperturwinkel des Lichtleiterendes 15 bezeichnet. Dieser Sachverhalt wird im folgenden anhand der Figuren 5 und 6 näher erlautert. Der in Figur r dargestellte "Lichtgleichrichter" besteht aus einer Lichtleiterteil 70, einer #arirr#el tnsenanord- nung 71 ur.c einem weiteren Lichtleiterteil 72. Der Licht leiterteil 7u hat einen Aperturwinkel ¯ und der weitere Lichtleiterteil 72 einen Aperturwinkel ss; ; beide Lichtes terteile 70 und 72 haben den gleichen Abstand a von der Sammellinsenanoranung. Die Abschwächung (Sperrwirkung) von in Richtung des Pfeiles 73 gesendetem Licht im empfangenden Lichtleiterteil 70 beträgt dann EMI12.1 Dabei können die unterschiedlichen Aperturwinkel mit gleichartigen Lichtleitern dadurch erreicht werden, dass dem einen Lichtleiterteil 70 eine Sammellinse und dem weiteren Lichtleiterteil 72 eine Zerstreuungslinse vorgeordnet wird. Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel eines "Lichtgleichrichters" nach Figur 6 weist der eine Lichtleiterteil 74 einen im Vergleich zum Durchmesser d2 des weiteren Lichtleiterteils 75 kleinen Durchmesser d1 zuf; der eine Lichtleiterteil 74 endet im Abstand b vor der Samel- linsenanordnung 76, während der weitere Lichtleiterteil 75 im Abstand c von ihr angeordnet ist. Wird EMI12.2 gewählt, dann erfährt in Richtung des Pfeiles 77 laufendes Licht die Abschwächung EMI12.3 unter der Voraussetzung, dass der Lichtstrom in beiden Lichtleiterteilen gleich gross ist. Es ist ferner möglich, einen Lichtgleichrichter so auf zubauen, dass er eine Kombination der Ausführung nach den Figuren 5 und 6 darstellt. Bezogen auf die Figur 1 stellt der eine Leiterteil 70 bzw. 74 das eine Lichtleiterende 11 des einen Lichtleiters 7 und das eine Lichtleiterende 15 des weiteren Lichtleiters 8 und der weitere Lichtleiterteil 72 bzw. 75 das andere Lichtleiterende 16 des weiteren Lichtleiters 8 und das andere Lichtleiterende 11 des einen Lichtleiters 7 dar. Es gelangt somit über den weiteren Lichtleiter 8 und über den Hilfslichtleiter 41 in die Empfangsdiode 39 bzw. 61 nur ein Lichtimpuls mit einer Intensität, die ein Mass für die öffnung der Lichtdurchtritts öffnung 29 und damit für die physikalische Grösse ist. Wird danach von der weiteren Sendediode 3 ein Lichtimpuls 12 in Richtung des Pfeiles 6 in den weiteren Lichtleiter 8 gesendet, dann gelangt in den Lichtleiter 7 über das eine Lichtleiterende 15, die Sammellinsenanordnung 17 und den Sensor 9 wirksam nur Licht mit einer Intensität, die der wirksamen Öffnung der Lichtdurchtrittsöffnung 30 entspricht. Das Licht wird über den Hilfslichtleiter 40 ausgekoppelt und der Empfangsdiode 39 zugeführt. Das von der Empfangsdiode 39 bzw. 61 jeweils abgegebene elektrische Signal entspricht in seiner Grösse demzufolge der jeweils wirksamen Öffnung der Lichtdurchtrittsöffnung 29 und 30 des Sensors 9, ist aber noch beeinflusst von Änderungen im tibertragungs- weg im Bereich der Lichtleiter 7 und 8. Diese störenden Beeinflussungen werden dadurch beseitigt, dafi zu ihrer Eliminierung der Quotient J1-J 2 J1-J2 1 2 gebildet wird. Durch Regelung der Summe ¯31+'32 = konstant in der Empfangseinricrtcng 31 bzw. 60 ergibt sich, dass das Ausgungssignal dann nur noch von der Differenz J-JS 2 abhängig ist. Dieses Signal ist dann auch ein Mass für die physikalische Grösse, und zwar unabhängig von Störungen im optischen ubertragungsweg im Bereich der Lichtleiter 7 und 8. In Figur 7 ist die Anwendung der erfindungsgemässen Ein-' richtung im Rahmen eines Gerätes 80 zur Druckdifferenzmessung dargestellt. Das Gerät 80 enthält einen Mittelkörper 81, der mit einer zentralen Durchgangsbohrung 82 ver ehen ist. An den beiden Stirnseite des Mittel- körpers 81 ist jeweils eine Trennmernbran 83 und 84 an- gebracht. Die beiden Trennmembranen 83 und 8# sind mit unterschiedlich hohen Drücken beaufschlagt, so dass eine mit den beiden Trennmembranen 83 und 84 verbundene Koppel stange 85 entsprechend der Druckdifferenz axial gegen die Kraft eines Messfederstabes 86 verstellt wird. Die Verstellung der Koppelstange 85 macht das auf einer Stange 87 befestigte Prisma 88 eines optischen Sensors mit, der m einzelnen so ausgeführt ist, wie es anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert ist. Bis an eine druck@ichte Glasdurchfuhrung 89 sind Lichtleiter 90 ge- führt. Bei diesen Lichtleitern handelt es sich um die Lichtleiter 7 und 8 nach Figur 1 mit ihren Lichtleiterenden. 7 Figuren 9 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Einrichtung zum esse physikalischer Grössen mit einer von der zu messende physikalischen Grösse gesteuerten Blende eines Sensors, der über zwei Lichtleiter mit einer opto-elektronischen Sendeeinrichtung und mit einer dpto-elektronischen Empfangseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Empfangseinrichtung zwei Empfangsdioden aufweist, die in optischer Verbindung mit den Lichtleitern stehen, und einen Schaltungsteil zur Suirmen und Differenz bilcur. enthält, dessen einer ein bei der Summenbildung erzeugtes elektrisches Signal führender Ausgang unter Bildung eines Regelkreises mit einem Steuereingang einer dem Schaltungsteil vorgeordneten Verstärkereinheit ver bundes ist und dessen weiterer ein bei der Differenzbildung erzeugtes weiteres elektrisches Signal führender Ausgang an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die opto-elektronische Sendeeinrichtung (1) zwei abwechselnd impulsweise gesteuerte, Licht emittierende Sendedioden (2, 3) enthält, die mit jeweils einem Lichtleiter (7,8) gekoppelt sind, dass die Empfangsdioden (37, 39) mit den Lichtleitern (7, 8) über optische Koppelelemente (35, 36; 42, 43) derart verbunden sind, dass die eine Empfangsdiode (32) mit unmittelbar von den Sendecioden (2, 3) abgegebenem Licht und die andere Empfangsdiode (39) mit Licht beaufschlagt ist, das den Sensor (9) durchlaufen hat, dass die Lichtleiter (7, 8) an ihrem dem Sensor (9) zugewandter Ende in jeweils zwei Lichtleiterenden (10, 11; 15, 16) auslaufen, wobei das eine Lichtleiterende (10) des einen Lichtleiters (7) über eine Sarn.#ellinsenanordnung (13) und eine mit der Bewegung der Blende (23) sich öffnende Lichtdurchtrittsöffnung (29) im Senspr (9) mit einem Lichtleiterende (16) des weiteren Lichtleiters (8) und das andere Lichtleiterende (15) des weiteren Licbtleiters (8) über eine Sammellinsen- anordnung (17) und eine mit der Bewegung der Blende (23) sich schliessende weitere Lichtdurchtrittsöffnung (30) im Sensor (9) mit dem anderen Lichtleiterende (11) des einen Lichtleiters (7) optisch gekoppelt ist, und dass die eine E:: :pfangsdiode (32) in einem Schaltkreis zur Amplitudenregelung der Sendedioden (2, 3) angeordnet ist und die andere Empfangsdiose (39) der Verstärker- einheit (46) des Schaltungstejis (47) zur Summen- und Differenzbildung vorgeordnet ist. 2. Einrichtung nach Anspruch X , d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t ¯dass der anderen Empfangs- diode (39) eine weitere Empfangsdiode (61) zugeordnet ist, SC die a#dere Empfangsdiode (39) mit den: einen Lichtleiter (7) und die weitere Empfangsdiode (61) mit dem anderen Lichtleiter (8) optisch gekoppelt ist und dass die andere (39) und die weitere Empfangsdiode (61) über eine entsprechend der impulsweisen Steuerung der Sendedioden (2, 3) betätigte elektronische Umschaltanordnung (62) mit dem Eingang der Verstärkereinheit (46) verbunden sind. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sendedioden (2,3) an einen Steuergenerator (4) angeschlossen sind, dass der Schaltungsteil (47) zur Summen- und Differenzbildung drei phasenempfindliche Gleichrichter (48, 49, 50) enthält und dass die Steuereingänge der phasenempfindlichen Gleichrichter (48 > 49, 50) mit dem Steuergenerator (4) verbunden sind 4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, à a d u r c h g e k e n r. z e n c h n e t , dass die Blende (23) auf einem der physikalischen Grösse entsprechend bewegbaren Prisma (22) gehalten ist und dass die Licht leiterenden (10, 11 ,; 15, )6) einer Seite des Prismas (22) gegenüberliegen. 5. Einrichtung nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Prisma (22) und den Lichtleiterenden (10, 1n; 15, 16) eine weitere Blende (26) räumlich fest angeordnet ist, die diametral einander gegenüberliegende, lichtundurchlässige Bereiche (27, 28) aufweist, und dass F. tewegungsbereich der beweg lichen Blende (23) die beiden Lichtdurchtrittsöffnungen (29, 30) liegen. 6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die einen Lichtleiterenden der beiden Lichtleiter einen kleineren Aperturwinkel als die anderen Lichtleiterenden aufweisen. 7.. Einrichtung nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass alle Lichtleiterenden der Lichtleiter optisch gleich ausgebildet sind und dass den einen Lichtleiterenden jeweils eine Sammellinse und den anderen Lichtleiterenden jeweils eine Zerstreuungs linse vorgeordnet ist. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die einen Lichtleiterenden der beiden Lichtleiter einen kleineren Durchmesser als die anderen Lichtleiterenden der Lichtleiter aufweisen und in einem kürzeren Abstand von der jeweiligen Sammellinsenanordnung als die anderen #1Lichtleiterenden angeordnet sind. 9. Anwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 zum Messen eines Druckes oder einer Druckdifferenz, d a d u r c h g e k e n n z e i c n n e t > dass eine über zwei einen Innenraum begrenzende Trennmernbranen gegen eine Messfeder (76) dem Druck oder der Druckdiffe renz entsprechend verstellte Koppelstange (75) das Prisma (78J trägt und dass der Innenraum im Bereich des Prismas (78) nach aussen durch eine druckfeste Glasdurchführung (79) abgeschlossen ist, bis an die die Lichtleiterenden von aussen herangeführt sind.

Inventors: SCHULZ, WINFRIED, DR. ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: G01D5
IPC codes: G08C23, G01L9, G01D5, G08C25