Nerfahren und Messanordnung zur Erfassung von Bestrahlungsstärken und der Strahldichten im UN-Bereich Ner driving and measuring arrangement for recording irradiance and radiance in the UN area
Die Erfindung betrifft ein Nerfahren und eine Messanordnung zur Erfassung von Bestrahlungsstärken und Strahldichten in der UN-Messtechnik, bei dem mit einem UN-Sensor ein elektrisches Signal erzeugt und in einer Auswcrtccinhcit verarbeitet wird.The invention relates to a ner driving and a measuring arrangement for detecting irradiance and radiance in UN measurement technology, in which an electrical signal is generated with a UN sensor and processed in a selection device.
In der UN-Messtechnik ist es bekannt, zur Messung von Bestrahlungsstärken und Strahldichten UN-empfindliche Sensoren, insbesondere in Form von Fotodioden, zu verwenden. Zur elektronischen Auswertung werden diese Sensoren in der Regel über eine Spannungs- oder Stromschnittstelle mit einer Auswertecinrich- tung gekoppelt.
Als Sensoren werden hierfür üblicherweise Si-, GaP- oder SiC-Fotodioden verwendet. Zur Messung von Absolutwerten in mW/m2 ist es erforderlich, die Sensoren auf den Endwert der zugehörigen Analogschnittstelle zu kalibrieren.In UN measurement technology, it is known to use UN-sensitive sensors, in particular in the form of photodiodes, to measure irradiance and radiance. For electronic evaluation, these sensors are usually coupled to an evaluation device via a voltage or current interface. Si, GaP or SiC photodiodes are usually used as sensors for this. To measure absolute values in mW / m 2 , it is necessary to calibrate the sensors to the final value of the associated analog interface.
Um für verschiedene Anwendungsfälle Messungen durchführen zu können, wird eine Vielzahl verschieden geeichter Sensoren benötigt. Nachteilig ist dabei, dass analoge Standardschnittstellen den gesamten linearen Bereich des Sensors nicht übertragen können.In order to be able to carry out measurements for different applications, a large number of differently calibrated sensors are required. The disadvantage here is that analog standard interfaces cannot transmit the entire linear range of the sensor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein möglichst großer Teil des linearen Arbeitsbereichs des Sensors mit nur einem Kalibriervorgang erfasst wird und das nur einen geringen Aufwand erfordert.The invention is based on the object of specifying a method and an arrangement of the type mentioned at the outset with which as large a part of the linear working range of the sensor as possible is detected with only one calibration process and which requires only little effort.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 und mit einer Anordnung, welche die in Anspruch 2 angegebenenAccording to the invention, the object is achieved by a method which is that in claim 1 and by an arrangement that is specified in claim 2
Merkmale enthält, gelöst.Features contains, solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:The solution according to the invention is characterized by a number of advantages. These include in particular:
1. Es erfolgt eine digitale Übertragung der Signale, so dass die für analoge Signale bestehende Begrenzung des Arbeitsbereichs nicht wirksam ist. Ferner gewährleistet die Digitalschnittstellc ein hohe Störfestigkeit. Da kein zu störendes Signal das Sensorgehäuse verlässt, besteht eine hohe
Analogstörfestigkeit. Es wird keinerlei Anpassung für Nachfolgesysteme benötigt. Der Abgleich der Messanordnung ist in einfacher Weise mittels Computer möglich und kann gegebenenfalls auch automatisiert erfolgen.1. The signals are digitally transmitted so that the limitation of the working area for analog signals is not effective. The digital interface also ensures high immunity to interference. Since no signal to be disturbed leaves the sensor housing, there is a high one Analogstörfestigkeit. No adaptation is required for successor systems. The measurement arrangement can be adjusted in a simple manner by means of a computer and can also be automated if necessary.
2. Der Messverstärker kann in die Messanordnung oder direkt am Sensor integriert werden. Ferner können zur Signalwandlung und Aufbereitung AD-Wandler und Mikroprozessor integriert werden.2. The measuring amplifier can be integrated in the measuring arrangement or directly on the sensor. AD converters and microprocessors can also be integrated for signal conversion and processing.
3. Der Messverstärker kann umschaltbar ausgeführt werden, so dass der gesamte lineare Arbeitsbereich der Fotodiode überdeckt werden kann.3. The measuring amplifier can be made switchable, so that the entire linear working range of the photodiode can be covered.
Dadurch ist es auch nicht erforderlich, für jeden Anwendungsfall eine gesonderte Kalibrierung durchzuführen, so dass der Material- und Kostenaufwand für die Lagerhaltung erheblich reduziert werden kann. Es kann ein Sensor für alle Anwendungsfälle verwendet werden, so dass keine Sensorvariationen erforderlich sind.As a result, it is also not necessary to carry out a separate calibration for each application, so that the cost of materials and costs for warehousing can be considerably reduced. One sensor can be used for all applications, so that no sensor variations are required.
4. Es kann eine Standardschnittstelle verwendet werden, z. B. RS 485, RS 232, RS 422 oder Feldbussysteme.4. A standard interface can be used, e.g. B. RS 485, RS 232, RS 422 or fieldbus systems.
5. Es ist möglich, nicht flüchtige Speicher zum Speichern von Kalibrierwerten zu integrieren.5. It is possible to integrate non-volatile memories for storing calibration values.
6. Zum Betrieb der Anordnung kann eine einheitliche Software erstellt werden.6. A uniform software can be created to operate the arrangement.
7. Die gemessenen Bestrahlungs werte können in geeigneten Protokollen (z.B. ASCII ) ausgegeben werden.7. The measured radiation values can be output in suitable protocols (e.g. ASCII).
8. Eine größere Anzahl von Sensoren lassen sich bei Verwendung eines geeigneten Bus-Systems parallel schalten.
Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:8. A larger number of sensors can be connected in parallel if a suitable bus system is used. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing:
Figur 1 ein Blockschaltbild der SchaltungsanordnungFigure 1 is a block diagram of the circuit arrangement
undand
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren Sensoranordnungen.Figure 2 is a schematic representation of an arrangement with several sensor arrangements.
Figur 1 erläutert die Funktionsweise der Messanordnung. Ein von der Fotodiode FD erzeugtes Signal mittels eines Strom/Spannungswandlers I/U verstärkt und gewandelt, wobei die Verstärkung von einem Mikroprozessor μPC verändert werden kann. Das verstärkte analoge Signal wird durch einen Analog-Digital- Wandler ADW digitalisiert, im Mikroprozessor μPC verarbeitet und schließlich in die gewünschte Protokollform gebracht. Die Verarbeitung im Mikroprozessor μPC berücksichtigt die Kalibrierung des Systems sowie die eingestellteFigure 1 explains the operation of the measuring arrangement. A signal generated by the photodiode FD is amplified and converted by means of a current / voltage converter I / U, the amplification being able to be changed by a microprocessor μPC. The amplified analog signal is digitized by an analog-digital converter ADW, processed in the microprocessor μPC and finally brought into the desired protocol form. The processing in the microprocessor μPC takes into account the calibration of the system and the set one
Verstärkung.Gain.
Die Anordnung ist mit einem Bussystem verbunden, mit dem ein angeschlossenes Gerät über die Schnittstelle SS die ermittelten Daten anfordern kann. Als Schnittstelle SS kann eine handelsübliche Schnittstelle, z.B. RS 485, verwendet werden.The arrangement is connected to a bus system with which a connected device can request the determined data via the SS interface. A commercially available interface, e.g. RS 485 can be used.
Die variable Verstärkung des I/U-Wandlers ermöglicht es, das der Analog-Digital- Wandlers ADW immer im optimalen Arbeitsbereich betrieben wird, was eine hohe Genauigkeit gewährleistet. Relevante Informationen, wie Kalibrierdaten, Seriennummern, Produktionsdaten, Qualitätsdaten, Adressen etc. können in einem an den Mikroprozessor μPC angeschlossenen EEPROM gespeichert werden.
In Figur 2 ist ein Beispiel für eine Anlage dargestellt, bei der die Bestrahlungsstärke einer strömenden Flüssigkeit mit einer Vielzahl von parallel geschalten Sensoranordnungen Sl ... Sn überwacht wird. Als Sensoranordnungen Sl ... Sn dienen die in Figur 1 erläuterten Messanordnungen. Jeder Einzel sensoranordnung Si ist dabei eine Adresse zugeordnet. Die Überwachung, z.B. der Durchflussmenge der strömenden Flüssigkeit, erfolgt mit einem inkrementalen Durchflussmesser IDM. Alle Informationen werden einer Überwachungseinheit ÜE zugeführt. Die einzelnen Elemente sind über Datenleitungen sowie die Stromversorgungsleitungen Un und M miteinder gekoppelt. Die Datenleitungen bestehen im dargestellten Beispiel aus einer Leitung A und Leitung B. Die Anlage kann mit einer Anzeigeeinrichtung AE einer speicherprogrammierbaren Steuerung SPS, einer Personalcomputer PC und einer kundenspezifischen Steuerung St verbunden werden.
The variable amplification of the I / U converter enables the analog-digital converter ADW to always be operated in the optimal working range, which ensures high accuracy. Relevant information such as calibration data, serial numbers, production data, quality data, addresses etc. can be stored in an EEPROM connected to the microprocessor μPC. FIG. 2 shows an example of a system in which the irradiance of a flowing liquid is monitored with a large number of sensor arrangements S1 ... Sn connected in parallel. The measuring arrangements explained in FIG. 1 serve as sensor arrangements S1 ... Sn. An address is assigned to each individual sensor arrangement Si. Monitoring, eg the flow rate of the flowing liquid, is carried out with an incremental flow meter IDM. All information is fed to a monitoring unit ÜE. The individual elements are coupled to one another via data lines and the power supply lines Un and M. In the example shown, the data lines consist of a line A and line B. The system can be connected to a display device AE of a programmable logic controller PLC, a personal computer PC and a customer-specific controller St.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
FD FotodiodeFD photodiode
I/U I/U-WandlerI / U I / U converter
ADW Analog-Digital-Wandler μPC MikroprozessorADW analog-digital converter μPC microprocessor
SS SchnittstelleSS interface
IDM inkrementaler DurchflussmesserIDM incremental flow meter
SPS speicherprogrammierbare SteuerungPLC programmable logic controller
PC P ersonalcomputerPC Personal computer
A,B DatenleitungA, B data line
Un BetriebsspannungsleitungUn operating voltage line
M MasseleitungM ground line
ÜE ÜberwachungseinheitÜE monitoring unit
AE AnzeigeAE display
St kundenspezifischc SteuerungSt customized control
Sl ... Sn S ensoranordnung
Sl ... Sn sensor arrangement