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DE3033735A1 - Opto-electronic value measurement with ageing and temp. compensation - by comparing reference and measurement beams from common source - Google Patents

Opto-electronic value measurement with ageing and temp. compensation - by comparing reference and measurement beams from common source

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Publication number
DE3033735A1
DE3033735A1 DE19803033735 DE3033735A DE3033735A1 DE 3033735 A1 DE3033735 A1 DE 3033735A1 DE 19803033735 DE19803033735 DE 19803033735 DE 3033735 A DE3033735 A DE 3033735A DE 3033735 A1 DE3033735 A1 DE 3033735A1
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DE
Germany
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receiver
quotient
measuring
measurement
output
Prior art date
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Ceased
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DE19803033735
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German (de)
Inventor
Martin-Ulrich Prof. Dr. 5270 Gummersbach Reißland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mannesmann VDO AG
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
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Publication date
Application filed by Mannesmann VDO AG filed Critical Mannesmann VDO AG
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Publication of DE3033735A1 publication Critical patent/DE3033735A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01D3/028Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • GPHYSICS
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells

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Abstract

Receiver signals corresp. to a reference light beam are compared with a beam whose intensity varies with the value being measured. Light source brightness fluctuations are also compensated for as are receiver variables tending to reduce accuracy. The light from the source (1) is alternately deflected along measurement (4) and reference (5) beam paths. Both beams are deflected onto a common optoelectronic receiver (10). The receiver output is changed over between the two inputs of a divider (15) in synchronism with the deflection of the light beams. Each divider input is connected to a storage device (16,17). The beam is defected using an electrically controlled mirror (6) switched between reflection and transmission.

Description

Einrichtung zur alterungs- und temperaturkompensiertenDevice for aging and temperature compensated

optoelektronischen Messung einer Grösse Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur alterungs- und temperaturkompensierten optoelektronischen Messung einer Grösse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.optoelectronic measurement of a quantity The invention relates to a Device for age- and temperature-compensated optoelectronic measurement a size according to the preamble of claim 1.

Bei einer derartigen bekannten Einrichtung wird ein von der Lichtquelle ausgehendes Strahlenbündel gleichzeitig in ein Meßstrahlenbündel und in ein Referenzstrahlenbündel aufgeteilt. Das durch die Grösse beeinflusste Meßstrahlenbündel und das durch die Grösse nicht beeinflusste Referenzstrahlenbündel werden gleichzeitig von Je einem optoelektronischen Empfänger empfangen, der ein dem Lichtstrom proportionales elektrisches Ausgangssignal liefert. Zur Kompensation einer schwankenden Helligkeit der Lichtquelle werden die elektrischen Ausgangsgrössen beider Empfänger miteinander verglichen, so dass sich Helligkeitsschwankungen im Meßergebnis aufheben. Bei dieser Einrichtung kann das Meßergebnis aber noch in unerwünschter Weise durch Änderungen der Empfängerparameter schwanken, wenn sich diese Parameter beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur oder dem Alter beider Empfänger nicht in gleichem Betrag und in gleicher Richtung ändern.In such a known device, one of the light source outgoing beam at the same time in a measuring beam and in a reference beam divided up. The measuring beam influenced by the size and that by the The size of the reference beam that is not influenced is generated by one at the same time receive an optoelectronic receiver, which is an electrical proportional to the luminous flux Output signal supplies. To compensate for a fluctuating brightness of the light source the electrical output values of both receivers are compared with each other, so that brightness fluctuations cancel each other out in the measurement result. At this facility but the measurement result can still be undesired by changes in the Receiver parameters if these parameters fluctuate, for example, depending on the temperature or the age of both recipients not in the same amount and in the same direction change.

Zu der vorliegenden Erfindung gehört demgemäss die Aufgabe, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Einrichtungen zur optoelektronischen Messung nicht nur auf Störgrössen zurückgehende Schwankungen der Helligkeit der Lichtquelle zu kompensieren, sondern auch einen genauigkeitsmindernden Einfluss von Änderungen der Empfängerparameter möglichst auszuschalten.The present invention accordingly includes the object below Avoidance of the disadvantages of the known devices for optoelectronic measurement Fluctuations in the brightness of the light source that are not only due to disturbance variables to compensate, but also an accuracy-reducing influence of changes switch off the receiver parameters if possible.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.This task is carried out by the characterizing part of the claim 1 marked invention solved.

Hierbei wird von dem Prinzip ausgegangen, dass nicht zum Empfang des Meßstrahlenbündels und des ReferenzstrahlenbUndels gesonderte optoelektronische Empfänger vorgesehen sind, sondern dass nur ein einziger Empfänger abwechselnd mit dem Meßstrahlenbündel und dem Referenzstrahlenbündel beaufschlagt wird und die Ausgangsgrösse des Empfängers in geeigneter Weise ausgewertet wird, um die zeitlich aufeinander folgenden Ausgangsgrössen des Empfängers miteinander derart in Beziehung zu setzen, dass sich die Störeinflüsse sowohl auf die Lichtquelle als auch auf den Empfänger aufheben. So wird mit verhältnismässig geringem Aufwand eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.This is based on the principle that the reception of the The measuring beam and the reference beam are separate optoelectronic Recipients are provided, but that only a single recipient alternates with the measuring beam and the reference beam is applied and the output variable of the receiver is evaluated in a suitable manner in order to ensure the chronological sequence to relate the following output variables of the recipient to one another in such a way that that the interference affects both the light source and the receiver lift. In this way, a high level of measurement accuracy is achieved with relatively little effort enables.

Im einzelnen wird zweckmässig ein Quotientenbilder als an den Ausgang des Empfängers angeschlossene Vergleichseinrichtung verwendet , von dem Jeweils ein Eingang abwechselnd mit dem Ausgang des Empfängers in Verbindung steht, und zwar synchronisiert zu der abwechselnden Beaufschlagung des Empfängers mit dem Meßstrahlenbündel und dem Referenzstrahlenbündel.In detail, a quotient image is expediently used as the output of the receiver connected comparison device used by the respective an input is alternately connected to the output of the receiver, and although synchronized to the alternating exposure of the receiver with the Measuring beam and the reference beam.

Insbesondere kann als Quotientenbilder ein Kreuzspulmeßwerk vorgesehen sein.In particular, a cross-coil measuring mechanism can be provided as the quotient image be.

Zur Bildung einer der Meßgrösse proportionalen Ausgangsgrösse des Quotientenbilders bzw. Anzeige des Kreuzspulmeßwerks ist vorzusehen, dass bei der periodischen Umschaltung Je eines Eingangs des Quotientenbilders die Eingangsgrösse an Jedem Eingang lange genug gespeichert wird, um jeweils mit der Eingangsgrösse an dem anderen Eingang verglichen werden zu können. Jede Eingangsgrösse muss dabei huber einen längeren Zeitraum als die Pause gespeichert werden, die zwischen Jeweils zwei aufeinander folgenden Beaufschlagungen des Eingangs mit der Ausgangsgrösse des Empfängers auftritt.To generate an output variable proportional to the measured variable Quotient image or display of the cross-coil measuring mechanism is to be provided that with the periodic switchover the input variable for each input of the quotient image is saved at each input long enough to keep up with the input variable to be compared at the other input. Every input variable must be included over a longer period of time than the break that will be saved between each two successive applications of the input with the output variable of the recipient occurs.

In dem Falle, in dem als Quotientenbilder ein Quotientenmeßwerk, und zwar ein Kreuzspulmeßwerk verwendet wird, kann zur Speicherung Jeder Eingangsgrösse Jede der beiden Spulen mit Je einem Kondensator verbunden sein.In the case in which a quotient measuring mechanism, and Although a cross-coil measuring mechanism is used, each input variable can be stored Each of the two coils can be connected to a capacitor.

Das Umlenken des von der Lichtquelle ausgehenden Strahlenbündels in den Meßstrahlengang und in den Referenzstrahlengang in zeitlich und periodisch aufeinander folgender Weise kann mit verschiedenen Mitteln realisiert werden: Zweckmässig ist zum Umlenken des Strahlenbündels in den Meßstrahlengang und in den Referenzstrahlengang ein elektrisch steuerbarer Spiegel vorgesehen, der auf Reflexion oder Transmission steuerbar ist. Beispielsweise kann bei dem Vorliegen eines Steuersignals das Strahlenbündel in den Meßstrahlengang reflektiert werden und bei einem anderen Steuersignal in den Referenzstrahlengang.The deflection of the beam emanating from the light source in the measuring beam path and in the reference beam path in temporal and periodic relation to each other The following way can be realized with different means: Is expedient for deflecting the beam into the measuring beam path and into the reference beam path an electrically controllable mirror is provided, which is based on reflection or transmission is controllable. For example, when a control signal is present, the beam can are reflected in the measuring beam path and with another Control signal in the reference beam path.

Da der Spiegel elektrisch verhältnismässig schnell umsteuerbar ist, genügen entsprechend kleine Speicherkapazitäten an den Eingängen des Quotientenbilders, um eine annähernd fehlerfreie Kompensation zu ermöglichen und die Ausgangsgrösse des Quotientenbilders durch den getakteten Betrieb nicht schwanken zu lassen.Since the mirror can be reversed relatively quickly electrically, Correspondingly small storage capacities at the inputs of the quotient generator are sufficient, to enable an almost error-free compensation and the output variable of the quotient diagram not to allow fluctuations due to the clocked operation.

In einer anderen Ausführungsform kann zum Umlenken des Strahlenbündels eine Faradayzelle mit zwei Polarisationsfildern vorgesehen sein.In another embodiment, the beam can be deflected a Faraday cell with two polarization fields can be provided.

Eine weitere Ausführungsform zum Umlenken des Strahlenbündels macht von einem teilweise reflektierenden Lochblendenrad Gebrauch.Makes another embodiment for deflecting the beam use of a partially reflective pinhole wheel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Es zeigt: Fig. 1 Die Einrichtung in einer prinzipiellen Darstellung; Fig. 2a ein Impulsdiagramm der Ausgangsgrösse des Empfängers in einem ersten Schaltzustand und Fig. 2b ein Impulsdiagramm der Ausgangsgrösse des Empfängers in einem zweiten Schaltzustand.The invention is explained below with reference to a drawing with two figures explained. It shows: FIG. 1 the device in a basic representation; 2a shows a pulse diagram of the output variable of the receiver in a first switching state and FIG. 2b shows a pulse diagram of the output variable of the receiver in a second Switching status.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Lichtquelle bezeichnet, die ein durch eine Linse 2 gebündeltes Strahlenbündel 3 mit dem Lichtstrom 0 aussendet.In Fig. 1, 1 denotes a light source which is a through a Lens 2 bundles bundled rays 3 with the luminous flux 0 emits.

Zur gesteuerten Umlenkung des Strahlenbündels 3 in einen Meßstrahlengang, in dem er ein Meßstrahlenbün- del 4 darstellt oder in einen Referenzstrahlengang, in dem er ein Referenzstrahlenbündel 5 bildet, ist ein elektrisch umsteuerbarer Spiegel 6 vorgesehen.For the controlled deflection of the beam 3 into a measuring beam path, in which he has a measuring beam del 4 or in a reference beam path, in which it forms a reference beam 5 is an electrically reversible one Mirror 6 is provided.

Der Spiegel wird von einem Taktgenerator 7 mit Steuersignalen beaufschlagt, um Je nach dem Steuersignal reflektierend oder transmittierend zu wirken.The mirror receives control signals from a clock generator 7, to have a reflecting or transmitting effect depending on the control signal.

Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, wie eine Blende 8 in dem Meßstrahlengang entsprechend der Meßgrösse m mehr oder weniger tief eingreift, um einen Teil des Meßstrahlenbündels abzublenden.From Fig. 1 it can also be seen how a diaphragm 8 in the measuring beam path according to the measured variable m engages more or less deeply to a part of the To mask the measuring beam.

Das Meßstrahlenbündel und das Referenzstrahlenbündel werden über eine weitere Linse 9 auf einen optoelektronischen Empfänger 10 geleitet.The measuring beam and the reference beam are via a further lens 9 passed to an optoelectronic receiver 10.

Ein Ausgang 11 des Empfängers ist mit einem gesteuerten Schalter 12 auf eine der beiden Kreuzspulen 13, 14 eines Ouotientenmeßgeräts 15 umschaltbar. Der gesteuerte Schalter wird ebenfalls von dem Taktgenerator 7 umgesteuert, und zwar synchron zu dem elektrisch steuerbaren Spiegel 6.An output 11 of the receiver is connected to a controlled switch 12 can be switched to one of the two cross-wound bobbins 13, 14 of an ouotient measuring device 15. The controlled switch is also reversed by the clock generator 7, and although synchronously with the electrically controllable mirror 6.

Parallel zu jeder der Kreuzspulen 13 und 14 ist ein Kondensator 16 bzw. 17 zur Speicherung der Ausgangsgrösse angeordnet, mit der Jeweils eine Kreuzspule 13 bzw. 14 beaufschlagt wird.A capacitor 16 is parallel to each of the cross-wound coils 13 and 14 or 17 arranged to store the output variable, each with a cheese 13 or 14 is applied.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung wird auch auf die Figuren 2a und 2b Bezug genommen.To explain how the device works, refer to the Reference is made to Figures 2a and 2b.

Während der Zeitdauer t1 innerhalb der Taktdauer T wird der steuerbare Spiegel 6 so gesteuert, dass er das auf ihn-treffende Strahlenbündel 3 über einen Hilfsspiegel 6a zur Bildung des Meßstrahlenbündels reflektiert, der durch die Blende 8 entsprechend der Meßgrösse m mehr oder weniger abgeschattet wird.During the period t1 within the clock period T, the controllable Mirror 6 controlled so that he the beam 3 striking him on a Auxiliary mirror 6a for forming the measuring beam reflected, which is more or less shaded by the diaphragm 8 according to the measured variable m will.

ueber die Linse 9 wird daher ein Meßstrahlenbündel mit dem Lichtstrom mrenkt, wobei ist: = # Lichtstrom des Strahlenbündels 3 r = Reflexionsgrad des Spiegels 6 m = Einfluss der Meßgrösse.A measuring beam with the luminous flux is therefore via the lens 9 mrenkt, where: = # luminous flux of the beam 3 r = reflectance of the mirror 6 m = influence of the measured variable.

Am Ausgang 11 des Empfängers 10 erscheint daher eine Ausgangsgrösse mit dem Betrag pmrÇ , wobei p den Verstärkungsfaktor des Empfängers bedeutet.An output variable therefore appears at the output 11 of the receiver 10 with the amount pmrÇ, where p is the gain factor of the receiver.

Diese Ausgangsgrösse wird in der gezeichneten Schaltstellung des Schalters 12 in die Kreuzspule 13 des Quotlentenmeßgeräts 15 eingeleitet und in dem Kondensator 16 gespeichert.This output variable is in the switch position shown on the switch 12 introduced into the cross-coil 13 of the Quotlentenmeßgeräts 15 and in the capacitor 16 saved.

In dem darauf folgenden Zeitabschnitt t2 innerhalb der Taktdauer T wird der steuerbare Spiegel 6 so umgeschaltet, dass er das Strahlenbündel 3 durchlässt, welches über einen Hilfsspiegel 6b als Referenzstrahlenbündel 5 umgelenkt wird, welches wiederum über die Linse 9 in den optoelektronischen Empfänger 10 eingeleitet wird. Da das Referenzstrahlenbündel einen Lichtstrom mit dem Betrag /r enthält, wobei r gleich dem Transmissionsgrad des Spiegels 6 ist, hat die Ausgangsgrösse des Empfängers den Betrag e. t . # . Diese Ausgangsgrösse wird während des Zeitabschnitts t2 der zweiten Kreuzspule 14 beaufschlagt, wobei die Ausgangsgrösse wiederum in dem Kondensator 17 gespeichert wird.In the following time segment t2 within the cycle duration T the controllable mirror 6 is switched so that it allows the beam 3 to pass through, which is deflected as a reference beam 5 via an auxiliary mirror 6b, which in turn is introduced into the optoelectronic receiver 10 via the lens 9 will. Since the reference beam contains a luminous flux with the amount / r, where r is equal to the transmittance of the mirror 6, has the output variable the recipient the amount e. t. #. This output variable becomes during the time segment t2 of the second cheese 14 is applied, the output variable in turn in the capacitor 17 is stored.

Das Quotientenmeßwerk wird um einen Winkel DC ausgelenkt, der dem Quotienten der Eingangsgrößen proportional ist. Durch die Quotientenbildung heben sich die Empfängerparameter p und der Lichtstrom ¢ auf, und der WinkeloC ist proportional der Meßgrösse m. Wenn der Reflexionsgrad und der Transmissionsgrad in den verschiedenen Schaltphasen des steuerbaren Spiegels 6 gleich sind, heben sich auch die Einflüsse des Reflexionsgrades und des Transmissionsgrades auf.The quotient measuring mechanism is deflected by an angle DC that corresponds to the Quotient of the input quantities is proportional. Raise by forming the quotient the receiver parameters p and the luminous flux ¢, and the angle oC is proportional the measurand m. If the reflectance and the transmittance in the different Switching phases of the controllable mirror 6 are the same, the influences also cancel each other out the reflectance and the transmittance.

Infolge der Quotientenbildung sind also die Eigenschaften der Lichtquelle 1 und des Empfängerstohne Einfluss auf die durch das Quotientenmesswerk 15 angezeigte Meßgrösse m.As a result of the formation of the quotient are the properties of the light source 1 and of the receiver without any influence on that indicated by the quotient measuring mechanism 15 Measured variable m.

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Claims (6)

Patentansprüche 9 Einrichtung zur alterungs- und temperaturkompensierten optoelektronischen Messung einer Grösse mit einem von einer Lichtquelle ausgehenden Meßstrahlenbündel, dessen Lichtstrom durch die Größe veränderbar ist, und mit einem von ihr ausgehenden Referenzstrahlenbündel, sowie mindestens einem mit dem Meßstrahlenbündel und/oder dem Referenzstrahlenbündel beaufschlagbaren optoelektronischen Empfänger, dessen Ausgang mit einer Vergleichseinrichtung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Lichtquelle (1) ausgehendes Strahlenbündel abwechselnd in einen Meßstrahlengang (zu 4) und einen Referenzstrahlengang (zu 5) umlenkbar wird, die beiden Strahlengänge auf einen gemeinsamen optoelektronischen Empfänger (10) gerichtet sind, dass ein Ausgang (11) des Empfängers auf je einen von zwei Eingängen eines Quotientenbilders (Quotientenmesswerk 15) synchronisiert mit dem Umlenken des Strahlenbündels umschaltbar ist. Claims 9 device for aging and temperature compensated optoelectronic measurement of a variable with one emanating from a light source Measuring beam, the luminous flux of which can be changed by the size, and with a reference beam emanating from it, as well as at least one with the measuring beam and / or optoelectronic receiver that can be acted upon by the reference beam, the output of which is connected to a comparison device, characterized in that that a bundle of rays emanating from the light source (1) alternately into one Measuring beam path (to 4) and a reference beam path (to 5) is deflectable, the two beam paths directed to a common optoelectronic receiver (10) are that an output (11) of the receiver to one of two inputs of a Quotient image (quotient measuring mechanism 15) synchronized with the deflection of the beam is switchable. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Eingang des Quotientenbilders ein Speicher (16 bzw. 17) angeschlossen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that at each A memory (16 or 17) is connected to the input of the quotient generator. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umlenken des Strahlenbündels in den Meßstrahlengang und in den Referenzstrahlengang ein elektrisch steuerbarer Spiegel (6) vorgesehen ist, der auf Reflexion oder Transmission steuerbar ist.3. Device according to claim 1 or claim 2, characterized in that that for deflecting the beam in the measuring beam path and in the reference beam path an electrically controllable mirror (6) is provided, which is based on reflection or transmission is controllable. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umlenken des Strahlenbündels eine Faradayzelle mit zwei Polarisationsfiltern vorgesehen ist.4. Device according to claim 1 or claim 2, characterized in that that a Faraday cell with two polarization filters is used to deflect the beam is provided. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umlenken des Strahlenbündels ein teilweise reflektierendes Lochblendenrad vorgesehen ist.5. Device according to claim 1 or claim 2, characterized in that that a partially reflective pinhole wheel is used to deflect the beam is provided. 6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Quotientenbilder ein Quotientenmesswerk (15) verwendet wird, dessen beide Spulen (13, 14) mit Je einem Kondensator (16, 17-) als Speicher verbunden sind.6. Device according to claim 2, characterized in that as quotient images a quotient measuring mechanism (15) is used, the two coils (13, 14) with each a capacitor (16, 17-) are connected as a memory.
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