DE10211387B4

DE10211387B4 - Strahlungsimpulse verwendender Sensor

Info

Publication number: DE10211387B4
Application number: DE10211387.4A
Authority: DE
Inventors: Susumu Mizuhara; Arata Nakamura; Hiroaki Nakanishi
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: CN1384608A; CN1183675C; DE10211387A1; CN1300941C; US20020149396A1; CN1555132A; US6759644B2

Abstract

Ein Strahlungsimpulse verwendender Sensor, aufweisend:eine Sendevorrichtung (1) zur wiederholten Aussendung von Strahlungsimpulsen; undeine Empfangsvorrichtung (2) für den Empfang von Strahlungsimpulsen, wobei die Empfangsvorrichtung (2) Umwandlungsmittel (21), die eine Ausgabeleitung aufweisen, zur Umwandlung von empfangenen Strahlungsimpulsen in elektrische Impulse aufweist;wobei die Empfangsvorrichtung (2) Impulsbeurteilungsmittel (22) zur Beurteilung, ob ein elektrischer Impuls, der auf der Ausgabeleitung der Umwandlungsmittel (21) auftritt, ein elektrischer Impuls ist, der durch den Empfang der Strahlungsimpulse hervorgerufen wird, die von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurden, oder nicht, auf der Grundlage einer bekannten Wellenformcharakteristik eines elektrischen Impulses, welcher durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde, aufweist, wobei die bekannte Wellenformcharakteristik vorbestimmte Standardwerte an mindestens zwei vorbestimmten Standardzeiten auf einer Wellenform aufweist, die durch Differenzieren der Wellenform des elektrischen Impulses, der durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der durch die Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde, erhalten wird,wobei die Empfangsvorrichtung (2) eingerichtet ist, ein Ausgabesignal auf der Grundlage des Ergebnisses der Beurteilung durch die Impulsbeurteilungsmittel (22) zu erzeugen.

Description

Diese Erfindung betrifft Strahlungsimpulse verwendende Sensoren, wie z.B. photoelektrische Sensoren, Ultraschallsensoren, Mikrowellensensoren und ein Impulsradar. Insbesondere betrifft diese Erfindung einen solchen Sensor, der Mittel einschließt, Fehlbeurteilungen auch dort wirksam zu verhindern, wo ein Störimpuls periodisch auftritt und wo die zeitliche Abfolge des Auftretens der Störung nahe bei der zeitlichen Abfolge des Sampling liegt.
Derartige Sensoren, die Strahlungsimpulse verwenden, zur berührungslosen Feststellung der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Zielobjektes, seines Abstands und seiner Form zu verwenden, ist bekannt. Beispiele von Strahlungsimpulsen umfassen Lichtimpulse, Ultraschallimpulse, Mikrowellenimpulse und impulssartige elektromagnetische Wellen.
Im Allgemeinen umfasst ein derartiger Sensor mit Verwendung von Strahlungsimpulsen eine Sendevorrichtung zum Senden von Strahlungsimpulsen an einen Zielbereich (auch Lichtemitter oder Wellensender genannt) und eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von Strahlungsimpulsen, die aus dem Zielbereich kommen (auch Lichtempfänger oder Wellenempfänger genannt). Ein derartiger Sensor kann vom Transmissionstyp oder Reflexionstyp sein. Strahlungsimpulse, die von einem Sensor vom Transmissionstyp gesendet werden, erreichen ihren Empfänger nicht, wenn sie von einem Zielobjekt, das nachgewiesen werden soll, abgeschirmt werden. Strahlungsimpulse, die von einem Sensor des Reflexionstyps gesendet werden, erreichen den Empfänger, indem sie vom Zielobjekt reflektiert werden.
Die Sender- und die Empfängervorrichtungen können in einem einzigen Behälter oder in getrennten Gehäusen enthalten sein. Die Art, bei der die Vorrichtungen in einem einzigen Behälter integriert sind, ist insofern vorteilhaft, als die beiden Vorrichtungen leicht miteinander korreliert (oder synchronisiert) werden können. Viele Sensoren des Reflexionstyps und viele Sensoren des Transmissionstyps mit getrennten Köpfen (etwa diejenigen, die Glasfasern verwenden) sind mit integrierten Sender- und die Empfängervorrichtungen ausgebildet. Viele Sensoren des Transmissionstyps anderer als den vorgenannten Arten sind mit getrennten Sender- und Empfängervorrichtungen ausgebildet.
Dort, wo ein Sensor, der Strahlungsimpulse verwendet, angebracht ist, sind gewöhnlich alle Arten von Störungen wie z.B. Licht-, Schall- und elektromagnetische Wellen vorhanden, zusätzlich zu den normalen Strahlungsimpulsen. Beinflusst von solchen Störungen aller Art erscheinen Störimpulse auf der Ausgabeleitung, die durch den Kopplungskondensator eines Nachweisumwandlers (wie z.B. eines photoelektrischen Umwandlungselementes, eines ultraschallelektrischen Umwandlungselementes, eines magnetischelektrischen Umwandlungselementes usw.) führt, in der Empfängervorrichtung entweder über den Umwandler oder die Stromversorgungsleitung. Einige Störimpulse treten periodisch auf, während andere regellos auftreten.
Es wurden Maßnahmen verschiedener Art ergriffen, um ein fehlerhaftes Arbeiten der Empfangsvorrichtung, verursacht durch Störimpulse, zu verhindern. Eines der Beispiele derartiger Maßnahmen hängt an der Technologie des synchronisierten Wellennachweises. Mit einem Sensor, der diese Technologie verwendet, werden das Senden von Impulsen von der Sendevorrichtung und das Sampling durch die Empfängervorrichtung synchronisiert. Ein anderes Verfahren beruht auf der kontinuierlichen Natur der empfangenen Anordnung von Impulsen. Die Ausgabe eines Sensors, der diese Technologie übernimmt, wird nicht eingeschaltet, wenn nicht mehr als eine spezifizierte Anzahl von Impulsen ununterbrochen empfangen wird. Sobald die Sensorenausgabe eingeschaltet ist, wird sie nicht abgeschaltet, bis eine spezifizierte Anzahl von ununterbrochenen Impulsen nicht mehr empfangen wird. Mit anderen Worten gibt es eine Hysteresecharakteristik an den Punkten des Ein- und Ausschaltens. Noch ein weiteres Verfahren, Fehler zu vermeiden, besteht darin, sowohl die Synchronisierungstechnologie als auch die Impulsanordnung zu verwenden. Durch dieses Verfahren werden Störimpulse, die außerhalb der zeitlichen Abfolge des Sampling liegen, zunächst durch die Synchronisierungstechnologie beseitigt, und dann wird das Impulsreihenverfahren dazu verwendet, die Störimpulse zu beseitigen, die zufällig mit der Samplingzeit zusammenfallen.
Diese Verfahren nach dem Stand der Technik sind gegen regellos auftretende Störimpulse verhältnismäßig wirksam, aber sie sind fast unwirksam gegen Störimpulse, die periodisch auftreten, besonders, wenn die zeitliche Abfolge ihres Auftretens mit der zeitlichen Abfolge des Sampling zusammenfällt. Eine derartige Situation tritt häufig dann auf, wenn ein photoelektrischer Sensor innerhalb einer Fabrik oder eines Lagerhauses mit einer Leuchtstofflampe entweder der gewöhnlichen Frequenzart oder der Umpolerart angebracht ist, oder wenn ein Strahlungsimpulse verwendender Sensor verschiedener Arten innerhalb einer Fabrik angebracht ist, in der eine Schweißmaschine oder eine Ultraschallwaschmaschine, die eine periodische elektromagnetische Störung erzeugen, vorhanden ist. Da die zeitliche Abfolge des Sampling für einen derartigen Sensor angesichts der Antwortzeit, die vom Sensor gefordert wird, eingeschränkt ist, kann sie nicht frei verändert werden, um die Störsimpulse zu vermeiden.
Weiterer Stand der Technik ist durch die Druckschriften DE 198 32 673 A1 , DE 198 33 353 A1 , US 5,291,262 A , DE 44 05 238 A1 , DE 196 25 667 A1 , DE 199 17 509 C1 , DE 195 10 304 C1 , EP 1 059 576 A2 , US 3,958,118 A , DE 24 31 010 A1 , DE 198 35 986 A1 , US 5,902,998 A , DE 41 41 468 A1 , DE 31 19 876 A1 und DE 100 46 136 A1 bekannt.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Strahlungsimpulse verwendenden Sensor zu schaffen, der auch in einer Umgebung, in der ein Störimpuls periodisch auftritt und die zeitliche Abfolge seines Auftretens mit der zeitlichen Abfolge des Sampling des Sensors zusammentrifft, korrekt funktionieren kann. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Aspekte der Erfindung sind nachfolgend aufgeführt.
Es ist eine weitere Zielsetzung dieser Erfindung, verschiedene Technologien für einen derartigen Sensor zu entwickeln.
Ein Sensor, der einen Aspekt dieser Erfindung verkörpert, kann dadurch gekennzeichnet sein, dass er nicht nur eine Sendevorrichtung zum wiederholten Senden von Strahlungsimpulsen und eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen dieser Strahlungsimpulse umfasst, sondern auch dadurch, dass die Empfangsvorrichtung Umwandlungsmittel zum Umwandeln der erhaltenen Strahlungsimpulse in elektrische Impulse umfasst, wobei die Empfangsvorrichtung Impulsbeurteilungsmittel zur Beurteilung, ob ein elektrischer Impuls, der auf der Ausgabeleitung der Umwandlungsmittel erscheint, ein „echter“ elektrischer Impuls ist, der durch den Empfang des von der Sendevorrichtung ausgesendeten Strahlungsimpulses hervorgerufen wurde oder ein „falscher“ elektrischer Impuls, der von einer Störung hervorgerufen wurde, auf der Grundlage einer bekannten Wellenformcharakteristik (oder Wellenformcharakteristiken) des „echten“ elektrischen Impulses umfasst, und wobei die Empfangsvorrichtung ein Ausgabesignal auf der Grundlage des Ergebnisses der Beurteilung durch diese Impulsbeurteilungsmittel erzeugt. Mit einem Sensor, der so aufgebaut ist, ist es möglich, zwischen „echten“ und „falschen“ elektrischen Impulsen nicht nur dann zu unterscheiden, wenn der Störimpuls regellos auftritt, sondern auch dann, wenn der Störimpuls periodisch erzeugt wird, wobei die zeitliche Abfolge der Erzeugung mit der zeitlichen Abfolge des Sampling zusammenfällt.
In Obigem kann die „bekannte Wellenformcharakteristik“ eines „echten“ elektrischen Impulses als Werte der Wellenform an zwei oder mehr Standartzeitpunkten wie z.B. Zeiten, die den Spitzen bzw. Extrema der Wellenform entsprechen, ausgewählt werden. Es wird bevorzugt, dass diese Spitzen sowohl Spitzen mit positiven als auch mit negativen Polaritäten umfassen. Alternativ kann die bekannte Wellencharakteristik ein Wert der Wellenform sein, der durch Differenzieren des „echten“ elektrischen Impulses, der aufgetreten ist, erhalten wird.
Die oben erwähnten Impulsbeurteilungsmittel zur Unterscheidung zwischen „echten“ und „falschen“ elektrischen Impulsen können zwei oder mehr Vergleicher jeweils für den Vergleich des Signalniveaus, das auf der Ausgabeleitung der Umformungsmittel auftritt, mit einem Standardwert, der dem „echten“ elektrischen Impuls entspricht, Verzögerungsmittel zur Verzögerung einer Ausgabe eines der Vergleicher, so dass die Ausgaben der Vergleicher im zeitlichen Ablauf so angepasst werden, dass die Standardzeiten, die mit den Ausgaben verbunden sind, übereinstimmen, und logische Berechnungsmittel zur Durchführung einer logischen Berechnung auf den zeitangepassten Ausgaben der Vergleicher umfasst.
Ein Sensor gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass er eine Sendevorrichtung zum wiederholten Senden von Strahlungsimpulsen und eine Empfangsvorrichtung zum Empfang dieser Strahlungsimpulse umfasst, wobei aber seine Sendevorrichtung Impulssendemittel zum Senden der Strahlungsimpulse gemäß einem spezifizierten Bitmuster aufweist, und seine Empfangsvorrichtung nicht nur Impulsbeurteilungsmittel, wie oben erklärt, sondern auch Bitmusterbeurteilungsmittel zur Durchführung eines Vergleichs zwischen dem Bitmuster von elektrischen Impulsen, die von den Impulsbeurteilungsmitteln als ein „echter“ elektrischer Impuls beurteilt wurden, und einem Standardbitmuster und zur Beurteilung gemäß dem Ergebnis dieses Vergleiches, ob der Strahlungsimpuls normal empfangen wurde, aufweist. In der obigen Darstellung braucht das „Standardbitmuster“, das von den Bitmusterbeurteilungsmitteln für den Vergleich verwendet wird, nicht dasselbe wie das „spezifizierte Bitmuster“ zu sein, das von der Sendevorrichtung verwendet wird, solange sie korreliert sind. Mit einem derart aufgebauten Sensor kann die Unterscheidung zwischen „echten“ und „falschen“ elektrischen Impulsen noch genauer vorgenommen werden, da das Übereinstimmen auch bezüglich ihrer Bitmuster erfolgt.
Es ist bevorzugt, dass die Bitmusterbeurteilungsmittel das Bitmuster der elektrischen Impulse, die auf der Ausgabeleitung der Umformungsmittel erscheinen, mit zwei oder mehr vorher ausgewählten Standardbitmustern gleichzeitig vergleichen, die verschiedene Phasen aufweisen, so dass der Sensor von den Ergebnissen dieser Vergleiche zur Beurteilung, ob die Strahlungsimpulse normal erhalten wurden oder nicht, abhängen kann.
Der oben verwendete Ausdruck „verschiedene Phasen“ soll im weitesten Sinne ausgelegt werden, darin eingeschlossen Muster mit verschiedener Bitanordnung (der Anordnung von Bits, die Übertragung darstellen, und von Bits, die Nichtübertragung darstellen). Zum Beispiel, wenn zwei Muster A und B definiert sind, und wenn die Impulsübertragung als A → B → A → B ... ausgeführt wird, können sowohl A+B als auch B+A als Standardbitmuster verwendet werden. Wenn dies durchgeführt wird, wird eine Übereinstimmung gefunden, unabhängig davon, ob das Muster, das in der Ausgabeleitung auftritt, gerade mit A oder mit B beginnt. Somit kann die Bitmusterbeurteilung schneller und zuverlässiger durchgeführt werden, d.h. die Antwortzeit des Sensors wird verbessert.
Es ist auch bevorzugt, dass bei dem Vergleich, der durch Bitmusterbeurteilungsmittel durchgeführt wird, Redundanz vorgesehen wird, so dass auch, wenn einige der Bits im auftretenden Muster verschieden von dem sind, was sie normalerweise hätten sein sollen, z.B. infolge einer Störung irgendeiner Art, eine korrekte Beurteilung innerhalb einer durch die Redundanz zulässigen Grenze durchgeführt werden kann. Im Allgemeinen kommt es selten vor, dass ein Bit, das die Anwesenheit eines Impulses angeben soll, dies nicht so angibt. Es können häufiger Situationen auftreten, in denen ein Bit, das die Abwesenheit eines Impulses angeben soll, die Anwesenheit eines Impulses angibt, aber diese Art von Fehler kann wirksam vermieden werden, indem in den Bitmusterbeurteilungsmitteln Redundanz vorgesehen wird.
Ein photoelektrischer Sensor gemäß noch einem weiteren Aspekt dieser Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Sendevorrichtung Impulssendemittel zum Senden von Lichtimpulsen gemäß einem Sendebitmuster auf der Grundlage einer Anordnung von Bits umfasst, die jeweils die Sendung beziehungsweise die Nichtsendung von Licht angeben, und dass die Empfangsvorrichtung Biterzeugungsmittel für die Erzeugung von Lichtanzeigebits, die jeweils anzeigen, ob ein elektrischer Impuls in der Ausgabeleitung der Umformungsmittel aufgetreten ist oder nicht, und Bitmusterbeurteilungsmittel zur Durchführung eines Vergleichs zwischen einem empfangenen Bitmuster auf der Grundlage der Lichtangabebits, und einem Standardbitmuster auf der Grundlage des Sendebitmusters umfasst. Der Sensor beurteilt anhand des Ergebnisses dieses Vergleichs, ob Lichtimpulse, die von der Sendevorrichtung gesendet wurden, normal empfangen wurden, und erzeugt ein Ausgabesignal auf der Grundlage des Ergebnisses der Beurteilung durch die Bitmusterbeurteilungsmittel.
Hier muss das „Standardbitmuster“ ebenfalls nicht dasselbe wie das „Sendebitmuster“ sein, solange sie korreliert sind. Ein photoelektrischer Sensor dieser Art kann korrekt zwischen „echten“ und „falschen“ elektrischen Impulsen unterscheiden, auch wenn ein Störimpuls auf der Ausgabeleitung mit derselben zeitlichen Abfolge wie der zeitlichen Abfolge des Sampling erscheint. Bei dieser Anwendung wird bevorzugt, vorbereitend eine Vielzahl von derartigen Sendebitmustern bereitzustellen, wobei jedes eine andere Anordnung der Bits aufweist, die die Sendung und Nichtsendung des Lichtes anzeigen, so dass die Beurteilung sogar noch genauer durchgeführt werden kann. Mittel zur regellosen Erzeugung von Sendebitmustern können ebenfalls vorgesehen werden. In einem derartigen Fall müssen auch Mittel zur Kommunikation von Daten zwischen Lichtsende- und Empfängervorrichtungen vorgesehen werden. Das Sendebitmuster kann die Bits, die die Sendung und die Nichtsendung von Licht anzeigen, in Gruppierungen anordnen.
Es wird auch bei diesem Beispiel bevorzugt, vorbereitend zwei oder mehr Standardbitmuster mit verschiedenen Anordnungen der Bits vorzusehen, die die Sendung und Nichtsendung von Licht anzeigen, so dass die Bitmusterbeurteilungsmittel Vergleiche mit der Vielzahl von Standardbitmustern durchführen können. Wie oben erklärt, können, wenn zwei Muster A und B definiert werden, und wenn die Impulsübertragung gemäß dem Muster A → B → A → B ... durchgeführt wird, sowohl A+B als auch B+A als Standardbitmuster verwendet werden. Wenn dies durchgeführt wird, wird eine Übereinstimmung gefunden, ob das Muster, das in der Ausgabeleitung auftritt, nun mit A oder mit B beginnt. Somit kann die Bitmusterbeurteilung schneller und zuverlässiger durchgeführt werden, d.h. die Antwortzeit des Sensors wird verbessert. Es ist auch bevorzugt, für das Verfahren des Vergleichens in diesem Beispiel Redundanz vorzusehen.
Es wird außerdem bevorzugt, dass mindestens zwei Bits zur Anzeige der Lichtsendung in einer Reihe im Sendebitmuster enthalten sind. Eine kurze Störung wie z.B. eine sogenannte Kurzstörung mit einer Dauer von weniger als 2 Bit kann auch identifiziert werden, wenn die Bitmusterbeurteilungsmittel dazu programmiert sind, eine Sendung nur zu identifizieren, wenn zwei aufeinanderfolgende Bits Lichtemission anzeigen. Die Anzahl von Bits und das Sendebitmuster, ebenso wie die Bitlänge im Sendebitmuster, können variabel gemacht werden.

1 ist ein Blockdiagramm eines Sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
2 und 3 sind Zeitdiagramme, um das Prinzip des Betriebes des Sensors, der in 1 gezeigt ist, zu zeigen;
4 ist ein Blockdiagramm eines Sensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung mit integrierten Lichtsende- und -empfangsteilen;
5 ist ein Blockdiagramm eines Sensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
6 ist ein Zeitdiagramm eines elektrischen Impulses, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers erscheint;
7 ist ein Blockdiagramm eines Sensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
8 zeigt Wellenformdiagramme, um Beispiele von „bekannten“ Wellenformmerkmalen eines elektrischen Impulses zu zeigen;
9 ist ein Blockdiagramm eines Sensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
10 und 11 sind Blockdiagramme von Sensoren zweier bevorzugter Arten gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
12 ist ein Blockdiagramm eines Sensors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
13 und 14 sind Diagramme zur Erklärung verschiedener Gesichtspunkte von Bitmustern;
15 ist ein Diagramm zur Erklärung der Wirkungen von Störungen auf ein Bitmuster, wenn Licht mit einem Bitmuster gesendet und empfangen wird.

Hier werden vergleichbare oder zumindest ähnliche Komponenten der Einfachheit der Offenbarung wegen durchgängig durch dieselben Symbole oder Bezugszeichen angegeben und nicht notwendigerweise wiederholt erklärt, auch wenn diese Komponenten die Komponenten von verschiedenen Sensoren sind.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen erklärt. 1 zeigt einen Sensor, der diese Erfindung verkörpert, umfassend eine Lichtsendevorrichtung 1 und eine Lichtempfangsvorrichtung 2, die aus Gründen der Zweckmäßigkeit der Offenbarung nebeneinander gezeigt werden.
Die Lichtsendevorrichtung 1 umfasst einen Impulsgenerator 11 zur Ausgabe eines Treiberimpulses mit einer spezifizierten Frequenz zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Lichtemission, eine Treiberschaltung 12 (gezeigt als Transistor mit geerdetem Emitter, mit Emitterwiderstand 12a), die mit dem Impuls vom Impulsgenerator 11 betrieben wird, und ein Lichtemissionselement 13 (gezeigt als eine LED zur Abgabe von infrarotem oder sichtbarem Licht), das von dieser Treiberschaltung 12 angesteuert wird. Gepulstes Licht mit einer festen Periode wird vom Lichtemissionselement 13 synchron mit dem Treiberimpuls vom Impulsgenerator 11 in einen Zielbereich gesendet.
Die Lichtempfangsvorrichtung 2 umfasst einen photoelektrischen Wandler 21 zur Umwandlung des aus dem Zielbereich empfangenen Lichtimpulses in einen elektrischen Impuls, eine Impulsbeurteilungsschaltung 22 zur Bestimmung, ob der elektrische Impuls, der auf der Ausgabeleitung dieses photoelektrischen Wandlers 21 auftritt, ein „echter“ elektrischer Impuls oder ein „falscher“ elektrischer Impuls ist, und ein Tiefpassfilter 23 zur Filterung des von der Impulsbeurteilungsschaltung 22 ausgegebenen Impulses.
In diesem Beispiel ist der photoelektrische Wandler 21 als einen Widerstand 211, der in Reihe zwischen einer Spannungsquelle und Masse angeschlossen ist, eine Photodiode 212, einen Kondensator 213, um die Spannungsänderung, die an ihrer Verbindung auftritt, zu extrahieren und eine Verstärkerschaltung (AMP) 214 zur Verstärkung des vom Kondensator 213 extrahierten Wechselspannungssignals enthaltend dargestellt.
Die Impulsberuteilungsschaltung 22 umfasst ein Paar von Vergleichern (CMP1 und CMP2) 221 und 222, die parallel auf der Ausgangsseite des photoelektrischen Wandlers 21 angebracht sind, eine Verzögerungsschaltung (D) 223, zur Verzögerung der Ausgabe eines aus dem Paar von Vergleichern (CMP1), und eine UND-Schaltung 224 zur Gewinnung eines logischen Produkts der Ausgaben der beiden Vergleicher, nachdem die Ausgabe des Vergleichers CMP1 verzögert worden ist.
8A ist ein Graph, um ein Beispiel einer Ausgabewellenform Ws eines „echten“ elektrischen Impulses (eines elektrischen Impulses beruhend auf einem Lichtimpuls, der von der Lichtsendevorrichtung ausgegeben wurde) zu zeigen, der auf der Ausgangsleitung des photoelektrischen Wandlers 21 (oder AMP 214) erscheint, und dadurch charakterisiert ist, dass er Spitzen P1 und P2 aufweist, die der Vorderflanke und Hinterflanke (oder dem Überschwingen) des eingestrahlten Lichtimpulses entspricht. Im Graphen sind Vthl und Vth2 Schwellenwerte des ersten Vergleichers 221 (mit positiver Polarität) und des zweiten Vergleichers 222 (mit negativer Polarität), die den Ausgangsspannungswert ACO zwischen sich haben. Vthl ist etwas niedriger als die erste Spitze bzw. das erste Extremum P1 der Wellenform Ws eingestellt und Vth2 etwas höher als die zweite Spitze bzw. das zweite Extremum P2 der Wellenform Ws eingestellt. Die Verhältnisse der Schwellenwerte Vthl und Vth2 bezüglich den Spitzen bzw. der Extrema P1 und P2 können in Hinblick auf Überlegungen wie z.B. die Einstellungsbedingung des Sensors verändert werden.
Die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 ist „H“ (oder „1“), wenn das Ausgabeniveau des Verstärkers 214 höher als Vthl ist, und ist „L“ (oder „0“), wenn es niedriger als Vthl ist. Die Ausgabe des zweiten Vergleichers 222 ist „L“, wenn das Ausgabeniveau des Verstärkers 214 höher als Vth2 ist, und ist „H“, wenn es niedriger als Vth2 ist. In 8A gibt τ die Verzögerungszeit an, die für die Verzögerungsschaltung 223 eingestellt ist. Diese Verzögerung kann als der Unterschied zwischen Referenzzeiten (oder Standardzeiten) T1 und T2 erhalten werden, zu denen die zwei Spitzen P1 und P2 der „echten“ Wellenform Ws auftreten. Mit anderen Worten gibt die Verzögerungsschaltung 223 das Ergebnis des Vergleiches durch den ersten Vergleicher 221 mit einer Verzögerung von τ aus. Somit werden die Vergleichsergebnisse bei den Referenzzeiten T1 und T2 auf der Eingangsseite der UND-Schaltung auf der Zeitachse angepasst. Die Ausgabe der UND-Schaltung 224 ist nur dann „H“, wenn seine beiden Eingaben „H“ sind, und „L“ in allen anderen Situationen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst das (digitale) Tiefpassfilter 23 ein n-stufiges Schieberegister 231, einen Impulsgenerator 232, einen ersten Flipflop 233 und eine UND-Schaltung 234, eine NICHT-ODER-Schaltung 235 und einen zweiten Flipflop 236. Das Schieberegister 231 umfasst einen Dateneingang IN und einen Takteingang CLK. Der Impulsgenerator 232 dient zur Ausgabe eines Treiberimpulses bei einer spezifizierten Frequenz zur Steuerung des zeitlichen Ablaufes des Empfangs von Daten in das Schieberegister 231. Der erste Flipflop 233 ist so eingerichtet, dass er durch die Ausgabe der UND-Schaltung 224 gesetzt und durch den Impuls des Impulsgenerators 232 zurückgesetzt wird. Die UND-Schaltung 234 dient zur Gewinnung des logischen Produktes von Ausgaben der einzelnen Stufen des Schieberegisters 231, und die NICHT-ODER-Schaltung 235 dient zur Gewinnung der logischen inversen Summe der Ausgaben der einzelnen Stufen des Schieberegisters 231. Der zweite Flipflop 236 ist so eingerichtet, dass er durch die Ausgabe der UND-Schaltung 234 gesetzt und durch die Ausgabe der NICHT-ODER-Schaltung 235 zurückgesetzt wird.
In diesem Beispiel ist der zeitliche Ablauf für den Impulsgenerator 232 vorbereitend in Korrelation mit dem zeitlichen Ablauf für die Lichtemission der Lichtemissionsvorrichtung 1 und der Anzahl der Stufen des Schieberegisters 231 eingestellt. Auf der Grundlage des Taktimpulses des Impulsgenerators 232 werden die Ergebnisse der von der UND-Schaltung 224 ausgegebenen „Echt-Falsch“-Beurteilung sequenziell in die einzelnen Stufen des Schieberegisters 231 eingegeben. Da der Zeitpunkt der Eingabe des Impulses vom Impulsgenerator 232 in den ersten Flipflop 233 (oder die Rücksetzzeit des ersten Flipflop 233) gegenüber dem Zeitpunkt der Eingabe des Impulses des Impulsgenerators 232 in den Takteingang CLK des Schieberegisters 231 (oder der Zeitpunkt des Datenabrufes an das Schieberegister) verzögert werden soll, gibt es tatsächlich eine weitere Verzögerungsschaltung oder ähnliches zwischen dem Impulsgenerator 232 und dem ersten Flipflop 233; diese Verzögerungsschaltung ist jedoch in der Figur nicht gezeigt.
Wenn jede Stufe (1-n) des Schieberegisters 231 „H“ (oder „1“) ist, wird die Ausgabe der UND-Schaltung 234 „H“, und der zweite Flipflop 236 wird gesetzt, wobei seine Ausgabe „H“ ist und angibt, dass der Lichtimpuls, der von der Lichtsendevorrichtung 1 übertragen wurde, durch die Lichtempfangsvorrichtung 2 normal empfangen wurde. Wenn jede Stufe (1-n) des Schieberegisters 231 „L“ (oder „0“) ist, sind die Ausgaben der NICHT-ODER-Schaltung 235 und der UND-Schaltung „H“ beziehungsweise „L“, und der zweite Flipflop 236 wird zurückgesetzt. Die Ausgabe des zweiten Flipflop 236 bleibt „L“, bis wieder eine Eingabe von der UND-Schaltung 234 vorliegt.
Zusammenfassend gibt die Lichtempfangsvorrichtung 2 „H“ nur aus, wenn ein Lichtimpuls, der von der Lichtemissionsvorrichtung 1 abgegeben wird, für eine spezifizierte Anzahl von Malen sequenziell empfangen wird. Da diese Ausgabe von „H“ andauert, bis jede Stufe des Schieberegisters 231 „0“ wird, kann die Hysteresecharakteristik dadurch beibehalten werden.
Das Prinzip für den Nachweis durch den Sensor, der in 1 gezeigt ist, wird nun mit Bezug auf das Zeitdiagramm von 2 erklärt. Die Graphen (a)-(h) der 2 zeigen jeweils den Ausgabezustand bei den entsprechenden durch (a)-(h) in 1 angegebenen Positionen. Somit zeigt der Graph (a) der 2 die zeitliche Abfolge der Lichtemission durch die Lichtemissionsvorrichtung 1 (oder die zeitliche Abfolge der Impulserzeugung des Impulsgenerators 11); Graph (b) zeigt die Ausgabe eines „echten“ elektrischen Impulses, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 (oder des Verstärkers 214) erscheint bzw. die Wellenform Ws; Graph (c) zeigt die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 mit der Schwelle Vthl; Graph (d) zeigt die Ausgabe der Verzögerungsschaltung 223 (oder die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 nach der Verzögerung); Graph (e) zeigt die Ausgabe des zweiten Vergleichers 222 mit der Schwelle Vth2; Graph (f) zeigt die Ausgabe der UND-Schaltung 224; Graph (g) zeigt den zeitlichen Ablauf der Impulserzeugung durch den Impulsgenerator 232; und Graph (h) zeigt die Ausgabe des ersten Flipflop 233 (oder die Eingabe in das Schieberegister). Es ist in 2 angenommen, dass Lichtimpulse von der Lichtemissionsvorrichtung 1 alle von der Lichtempfangsvorrichtung 2 empfangen wurden.
Detaillierter erläutert, erscheint, wenn ein Lichtimpuls mit einer spezifizierten Frequenz von der Lichtemissionsvorrichtung 1 gesendet wird, wie in Graph (a) gezeigt, ein elektrischer Impuls mit Wellenform Ws, mit den Spitzen bzw. Extrema P1 und P2, wie in Graph (b) gezeigt, auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 immer dann, wenn der gesendete Impuls empfangen wird. Die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 bleibt „H“, wie in Graph (c) gezeigt, solange der Ausgabewert des elektrischen Impulses Vthl übersteigt. Die Ausgabe des zweiten Vergleichers 222 ist „H“, wie in Graph (e) gezeigt, solange der Absolutwert des elektrischen Impulses den absoluten Wert von Vth2 übersteigt. Wie in Graph (d) gezeigt, erhält die Verzögerungsschaltung 223 die Ausgabe „H“ des ersten Vergleichers 221 und gibt sie an die UND-Schaltung 224 mit einer Verzögerung τ aus.
Wie oben erläutert, wird die Verzögerungszeit τ als der Unterschied zwischen den Zeiten des Auftretens der Spitzen P1 und P2 der Wellenform Ws festgelegt. Wenn ein Impuls von der Lichtsendevorrichtung 1 empfangen wird, sind die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 nach der Verzögerung und die Ausgabe des zweiten Vergleichers 222 beide „H“. Somit wird die Ausgabe der UND-Schaltung 224 „H“, wie in Graph (f) gezeigt, in Synchronisierung mit dem „H“-Werden der Ausgabe des zweiten Vergleichers 222. Der erste Flipflop 233 wird synchron mit der Änderung der Ausgabe der UND-Schaltung 224 auf „H“ gesetzt, wie in Graph (h) gezeigt, und wird synchron mit dem Zeitpunkt der Erzeugung (Eingabe) eines Impulses des Impulsgenerators 232 zurückgesetzt, wie in Graph (g) gezeigt. Da der Impuls des Impulsgenerators 232 auch auf den Taktanschluss CLK des Schieberegisters 231 gegeben wird, wird der Ausgabezustand des ersten Flipflop 233 unmittelbar davor sequenziell in die Stufen des Schieberegisters 231 genommen, und der erste Flipflop 233 wird zurückgesetzt. Graph (g) zeigt „H“ fünfmal hintereinander.
In diesem Beispiel werden der Impulsgenerator 11, die Lichtemissionsvorrichtung 1 und der Impulsgenerator der Lichtempfangsvorrichtung 2 so eingestellt, dass sie Impulse mit etwas verschiedenen Frequenzen erzeugen, wobei die Periode für letztere geringfügig länger ist. Somit ist es nicht so, dass die Veränderung der Ausgabe der UND-Schaltung 224 (und der Impulsberuteilungsschaltung 22) in jede Stufe des Schieberegisters 231 genommen wird. Es ist der Ausgabezustand des ersten Flipflop 233 zwischen dem vorhergehenden Zeitpunkt der Impulserzeugung und dem gegenwärtigen Zeitpunkt der Impulserzeugung, der sequenziell in jede Stufe des Schieberegisters 231 genommen wird. Auf diese Weise kann der Nachweis zuverlässig durchgeführt werden, auch im Fall eines photoelektrischen Sensors, bei dem die Lichtemission und der Lichtempfang nicht notwendigerweise synchronisiert sind.
3 zeigt den zeitlichen Ablauf von Vorgängen des Sensors, die oben beschrieben wurden, wenn ein Störimpuls (wie z.B. von externem Licht einer Leuchtstofflampe) vorliegt, der sich in die Lichtempfangsvorrichtung 2 mischt. Graphen (a)-(h) aus 3, wie Graphen (a)-(h) aus 2, zeigen jeweils den Ausgabezustand an der entsprechenden der durch (a)-(h) in 1 angegebenen Positionen. Somit zeigt Graph (a) aus 3, wie Graph (a) aus 2, den Zeitpunkt der Lichtemission durch die Lichtemissionsvorrichtung 1, aber Graph (b) aus 3 zeigt die Ausgabe von elektrischen Impulsen (mit verschiedener Wellenform Wn, mit den Spitzen bzw. Extrema Pn1 und Pn2), die auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 (bzw. seines Verstärkers 214) aufgrund von Störimpulsen erscheinen. Die Graphen (c)-(h) aus 3 entsprechen den Graphen (c)-(h) aus 2 und werden somit nicht wiederholt beschrieben.
Es wird in der folgenden Erläuterung angenommen, dass die Lichtimpulse von der Lichtemissionsvorrichtung 1 nicht von der Lichtempfangsvorrichtung 2 empfangen werden (d.h., die Lichtempfangsvorrichtung 2 empfängt nur die Störung). Es ist häufig der Fall, dass der Störimpuls nicht stark genug ist, die Ausgabe des „echten“ Impulses aufzuheben oder die Ausgabe des echten Impulses wesentlich zu beeinflussen. Andere Situationen, in denen wegen der Störung, die eingemischt wurde, fälschlicherweise darauf geschlossen werden könnte, dass ein Lichtimpuls der Lichtemissionsvorrichtung gerade empfangen wird, werden später erörtert.
3 stellt eine „ungünstigste“ Situation dar, wie sie in Graphen (a) und (b) gezeigt ist, wo die Frequenz der Lichtimpulse der Lichtemissionsvorrichtung 1 und diejenige der Störimpulse zusammenpassen. Wie in Graph (c) gezeigt, ist die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 „H“, solange die Ausgabe des Störimpulses Vthl übersteigt, und diese Ausgabe wird von der Verzögerungsschaltung 223 auf die UND-Schaltung 224 mit einer Verzögerung τ übertragen, wie in Graph (d) gezeigt. Die Ausgabe des zweiten Vergleichers 222 ist „H“, wie in Graph (e) gezeigt, solange der Absolutwert des elektrischen Impulses den absoluten Wert von Vth2 übersteigt.
In diesem Beispiel ist, wie in Graph (b) zu sehen, das Zeitintervall (λ) zwischen dem Auftreten der Spitzen Pn1 und Pn2 der Störwellenform Wn viel größer als die Verzögerungszeit τ. Somit passen die verzögerte Ausgabe des ersten Vergleichers 221 und der Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Vergleichers 222 nicht zusammen. Somit bleibt, wie in Graph (f) gezeigt, die Ausgabe der UND-Schaltung 224 „L“, trotz der Störwellenform Wn, außer es wird ein erwarteter Lichtimpuls von der Lichtemissionsvorrichtung 1 empfangen. Aus diesem Grund bleibt die Ausgabe des ersten Flipflop 233 „L“, wie in Graph (h) gezeigt, da die Ausgabe der UND-Schaltung 224 „L“ ist, unabhängig vom Zeitpunkt der Impulseingabe vom Impulsgenerator 232, wie in Graph (g) gezeigt.
Zusammenfassend unterscheidet die Impulsbeurteilungsschaltung 22 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein „falsches“ Signal von einem „echten“ Signal durch Verwendung des ersten und des zweiten Vergleichers und eines Referenzwertes gemäß dem „echten“ Signal. Als nächstes werden die Ausgaben der Vergleicher unter Verwendung einer Verzögerungsschaltung aufeinander abgestimmt, so dass ihre Referenzzeiten übereinstimmen. Nachdem ihre Zeitachsen in Übereinstimmung gebracht wurden, werden ihre Ausgaben einer logischen Berechnung unterzogen, um eine „Echt-Falsch“-Bestimmung bezüglich des elektrischen Impulses durchzuführen, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Umwandlers 21 erscheint. Somit kann eine fehlerhafte Beurteilung, dass Licht empfangen wurde, vermieden werden, wenn der Lichtimpuls der Lichtemissionsvorrichtung nicht zurückreflektiert und von der Lichtempfangsvorrichtung empfangen wird, obwohl ein Störimpuls vorhanden sein kann.
4 zeigt einen Sensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsende- und die Lichtempfangsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels kombiniert werden. Viele der Komponenten des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels sind ähnlich oder gleich wie denjenigen, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurden. Der Einfachheit wegen werden diejenigen Komponenten, die ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht notwendigerweise wiederholt erklärt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der in 1 gezeigte Impulsgenerator 232 für die Lichtempfangsvorrichtung 2 nicht erforderlich, da eine Synchronisierung zwischen der Lichtemission und dem Lichtempfang mit diesem Sensor möglich ist. Stattdessen wird der Impuls des Impulsgenerators 11 für die Lichtemissionsvorrichtung 1 auf den Rücksetzeingang des ersten Flipflop 233 und den Takteingang des Schieberegisters 231 gegeben. Mit anderen Worten erscheint der den zeitlichen Ablauf, der durch Graph (g) in 2 wiedergegeben wird, erzeugende Impuls, in diesem Fall synchron mit dem zeitlichen Ablauf der Lichtemission der Lichtemissionsvorrichtung 1. Auf diese Weise kann eine Änderung der Ausgabe der UND-Schaltung 224 (oder der Impulsbeurteilungsschaltung 22) in jede Stufe des Schieberegisters 231 genommen werden, und ein genauerer Filtervorgang kann durch das digitale Tiefpassfilter 23 durchgeführt werden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine weitere UND-Schaltung 225 eingefügt, um das logische Produkt der Ausgabe des ersten Vergleichers 221 und der Impulsausgabe des Impulsgenerators 11 zu erhalten. Somit ist ihre Ausgabe „H“, wenn die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 „H“ ist, wenn der Impuls des Impulsgenerators 11 eingegeben wird. Mit anderen Worten kann der Zeitpunkt für den Spitzenwert P1 eines „echten“ elektrischen Impulses am ersten Vergleicher 221 mit Hilfe dieser UND-Schaltung 225 genau erhalten werden. Als Ergebnis können „echte“ und „falsche“ elektrische Impulse genauer unterschieden werden.
5 zeigt einen weiteren photoelektrischen Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass er einen „echten“ Impuls differenziert, um eine Anzahl (drei im unten gezeigten Beispiel) von Standardwerten zur Wellenform zu erhalten, die den vorherbestimmten Standardzeiten entsprechen, und zwischen „echten“ und „falschen“ Impulsen, die auf der Ausgabeleitung eines Umwandlers erscheinen, auf der Grundlage dieser Standardwerte unterscheiden.
Wie in 5 gezeigt, handelt es sich um einen photoelektrischen Sensor einer Art, die eine Lichtemissionsvorrichtung 1 und eine Lichtempfangsvorrichtung 2 als getrennte Einheiten aufweist. Er ist vom ersten Ausführungsbeispiel durch den Aufbau der Impulsbeurteilungsschaltung 22 verschieden. Die Impulsbeurteilungsschaltung 22 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Differenzierschaltung und enthält ein Hochpassfilter (HPF) 215 für den Empfang der Ausgabe des Verstärkers 214, ein Paar von Vergleichern (den ersten Vergleicher CMP1 2211 und den zweiten Vergleicher CMP2 2221), ein Paar von Verzögerungsschaltungen 2231 und 2232 und eine UND-Schaltung 2241. Das Paar von Vergleichern 2211 und 2221 ist parallel zur Ausgabeseite des Hochpassfilters 215 angeschlossen, und jede der beiden Verzögerungsschaltungen (die erste Verzögerungsschaltung 2231 und die zweite Verzögerungsschaltung 2232) dient dazu, die Ausgabe eines entsprechenden der Vergleicher 2211 und 2221 zu verzögern. Die UND-Schaltung 2241 dient dazu, das logische Produkt der verzögerten Ausgaben des ersten und zweiten Vergleichers 2211 und 2221 und der Ausgabe des ersten Vergleichers 2211 vor der Verzögerung zu nehmen.
8B zeigt eine Ausgabewellenform Ws2 mit der Wellencharakteristik eines elektrischen Impulses, die gewonnen wird, indem ein „echter“ elektrischer Impuls, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers erscheint, durch das Hochpassfilter 215 geleitet wird. Durch dieses Beispiel umfasst die Wellencharakteristik die drei Spitzenwerte bzw. Extremwerte (P3 mit positiver Polarität, P4 mit negativer Polarität und P5 mit positiver Polarität), die der Wellenform Ws entsprechen, die mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel gezeigt worden ist. In 8B geben Vthl und Vth2, die den Ausgabespannungswert AC0 zwischen sich nehmen, den Schwellenwert (mit positiver Polarität) des ersten Vergleichers 2211 beziehungsweise den Schwellenwert (mit negativer Polarität) des zweiten Vergleichers an. Der erste Schwellenwert Vthl ist so eingestellt, dass er etwas niedriger als sowohl der erste als auch der dritte Spitzenwert P3 und P5 der Wellenform Ws2 ist, und der zweite Schwellenwert Vth2 ist so eingestellt, dass er etwas höher als der zweite Spitzenwert P4 der Wellenform Ws2 ist. Die Verhältnisse der Schwellenwerte Vthl und Vth2 bezüglich der entsprechenden Spitzen bzw. Extrema P3, P4 und P5 können verändert werden, in Abhängigkeit von Überlegungen wie z.B. der Einstellungsbedingung des Sensors.
Die Ausgabe des ersten Vergleichers 2211 ist „H“ oder „L“ in Abhängigkeit davon, ob das Ausgabeniveau des Hochpassfilters 215 höher oder niedriger als Vthl ist. Die Ausgabe vom zweiten Vergleicher 2221 ist „L“ oder „H“, in Abhängigkeit davon, ob das Ausgabeniveau des Hochpassfilters 215 höher oder niedriger als Vth2 ist. In 8B gibt τ2 die Verzögerungszeit an, die für die erste Verzögerungsschaltung 2231 eingestellt ist. Diese Verzögerungszeit τ2 kann als der Unterschied zwischen Referenzzeiten T3 und T5 erhalten werden, zu denen die zwei Spitzen bzw. Extrema P3 und P5 der echten Wellenform Ws2 erscheinen. Mit anderen Worten werden das Ergebnis des Vergleichs durch den ersten Vergleicher 2211 zu der Referenzzeit T5 und dasjenige zu der Referenzzeit T3 gleichzeitig in die UND-Schaltung 2241 eingegeben. Ähnlich gibt τ3 in 8B die Verzögerungszeit an, die für die zweite Verzögerungsschaltung 2231 eingestellt ist, die als die Differenz zwischen Referenzzeiten T4 und T5 erhalten werden kann, bei denen die beiden Spitzen bzw. Extrema P4 und P5 der „echten“ Wellenform Ws2 auftreten. Somit werden nicht nur die oben erwähnten Ergebnisse von Vergleichen durch den ersten Vergleicher 2211 bei Referenzzeiten T3 und T5, sondern auch das Ergebnis des Vergleichs durch den zweiten Vergleicher 2221 bei der Referenzzeit T4 gleichzeitig in der UND-Schaltung 2241 eingegeben.
Zusammenfassend werden die Ergebnisse von Niveauvergleichen bei verschiedenen Referenzzeiten T3, T4 und T5 auf der Wellenform Ws2 auf der zu vergleichenden Zeitachse in Übereinstimmung gebracht. Die Ausgabe der UND-Schaltung 2241 ist nur dann „H“, wenn alle drei ihrer Eingaben „H“ sind, und ist „L“ in allen anderen Situationen. Die Ausgabe der UND-Schaltung 2241 wird in ein digitales Tiefpassfilter 23 eingegeben, das so aufgebaut ist, wie oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel erklärt wurde.
Somit ist das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung zwischen „echten“ und „falschen“ elektrischen Impulsen, die auf der Ausgabeleitung des Wandlers auftreten, auf der Grundlage der Wellencharakteristik erfolgt, die durch Referenzwerte (Vthl, Vth2, Vthl) bei mehr als zwei (drei in diesem Beispiel) Referenzzeiten (T3, T4 T5) auf der vorherbestimmten Wellenform Ws2 gewonnen ist, die durch Differenzierung eines Impulses erhalten wird, von dem bekannt ist, dass er einen „echten“ Impuls darstellt. Als Ergebnis wird eine genauere Identifizierung eines „echten“ Impulses möglich.
Obwohl oben ein Beispiel gezeigt wurde, in dem der Schwellenwert Vthl des ersten Vergleichers 2211 als der Referenzwert bei beiden Referenzzeiten T3 und T5 verwendet wurde, wird eine noch genauere Unterscheidung zwischen „echten“ und „falschen“ Impulsen möglich, indem einzeln verschiedene Referenzwerte für verschiedene Referenzzeiten verwendet werden.
Obwohl das dritte Ausführungsbeispiel oben anhand eines Beispiels beschrieben wurde, das mit der Lichtemissions- und Lichtempfangsvorrichtungen als getrennte Einheiten aufgebaut ist, kann es ebenso auf einen Sensor angewandt werden, bei dem die Lichtemissions- und Lichtempfangsvorrichtungen zu einer einzigen Einheit integriert sind.
Wie oben kurz erwähnt, gibt es Situationen, in denen ein photoelektrischer Reflektionssensor dieser Art, der Strahlungsimpulse verwendet, sowohl eine erwartete Art von optischen Impulsen (gesendet von einer Lichtsendevorrichtung) als auch Störimpulse (z. B. mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz) empfängt, die so eingemischt werden, dass ein ausgegebener „echter“ elektrischer Impuls aufgehoben wird oder der Absolutwert seiner Ausgabe wesentlich verringert wird. 6 zeigt eine derartige Situation anhand eines Zeitdiagramms eines elektrischen Impulses, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung auftritt. In 6 zeigt Graph (a) den zeitlichen Ablauf von Licht, das von der Lichtemissionsvorrichtung 1 emittiert wird; Graph (b) zeigt die Wellenform Ws des ausgegebenen „echten“ elektrischen Impulses, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 in Abwesenheit der Störung auftritt; Graph (c) zeigt einen Störimpuls einer Wellenform Wn mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, der aus dem photoelektrischen Wandler 21 auftritt, wenn der Strahlungsimpuls der Lichtemissionsvorrichtung 1 nicht von der Lichtempfangsvorrichtung 2 empfangen wird; und Graph (d) zeigt den gemischten Impuls (mit der Wellenform Ws+n), der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 auftritt, wenn beide Impulse, die in den Graphen (b) und (c) gezeigt sind, vorhanden sind.
Wie im Graphen (d) von 6 gezeigt, enthält die Wellenform Ws+n bei der gemischten Anwesenheit eines Strahlungsimpulses von der Lichtemissionsvorrichtung 1 und einer Störung Flanken, die den Spitzen der Wellenform Ws des „echten“ Impulses entsprechen, sie sind aber nicht so scharf und fließender, so dass der erste und der zweite Vergleicher mit den Schwellenwerten Vthl und Vth2 in der Praxis kaum funktionieren können.
7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit dem möglich werden soll, zwischen „echten“ und „falschen“ elektrischen Impulsen, die auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 auftreten, auch bei der gemischten Anwesenheit von Störimpulsen mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz zu unterscheiden.
Das vierte Ausführungsbeispiel ist vom ersten und zweiten Ausführungsbeispiel nur bezüglich des Aufbaus der Impulsbeurteilungsschaltung 22 verschieden. Der Einfachheit der Offenbarung wegen zeigt daher 7 nur den photoelektrischen Wandler 21 und die Impulsbeurteilungsschaltung 22. Es sollte für einen Fachmann offensichtlich sein, dass das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung in das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung integriert werden kann, indem die Impulsbeurteilungsschaltung 22 durch eine andere gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ersetzt wird.
Wie in 7 gezeigt, enthält die Impulsbeurteilungsschaltung 22 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung auch, wie gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel, ein Paar von Vergleichern (den ersten Vergleicher CMP1 221 und den zweiten Vergleicher CMP2 222), eine Verzögerungsschaltung (D) 223 und eine UND-Schaltung 224. Die Verzögerungsschaltung 223 dient der Verzögerung der Ausgabe des ersten Vergleichers CMP1 221 um eine eingestellte Verzögerungszeit von τ5-τ4. Die UND-Schaltung 224 dient dazu, das logische Produkt der Ausgaben der ersten und zweiten Vergleichers 221 und 222 nach der oben erwähnten Verzögerung der Ausgabe der ersten Vergleichers 221 zu nehmen. Außerdem ist eine erste Subtraktionsschaltung 226, die zwischen dem ersten Vergleicher 221 und dem Verstärker 214 eingesetzt ist, und eine zweite Subtraktionsschaltung 227, die zwischen dem zweiten Vergleicher 222 und dem Verstärker 214 eingesetzt ist, vorhanden, wobei jede der Subtraktionsschaltungen 226 und 227 dazu dient, die Differenz zwischen den Eingaben über seinen nicht invertierenden Eingang (+) und seinen invertierenden Eingangskanal (-) auszugeben. Verzögerungsschaltungen (D) 228 und 229 sind jeweils zwischen dem invertierenden Eingang (-) der ersten und zweiten Subtraktionsschaltung 226 und 227 und dem Verstärker 214 eingefügt, um die Eingabe aus dem Verstärker 214 um eingestellte Verzögerungszeiten τ4 und τ5 zu verzögern. Die Ausgabe des Verstärkers 214 wird auf den nicht invertierenden Eingang (+) der Subtraktionsschaltung 226 und 227 ohne Verzögerung gegeben.
In 8C stellt Ws die bekannte Ausgabewellenform des „echten“ elektrischen Impulses, die oben erklärt wurde, dar. Die eingestellte Verzögerungszeit τ4 ist gezeigt als gewonnen als die Differenz zwischen der Referenzzeit T1, bei der der erste Spitzenwert bzw. Extremwert P1 der Wellenform Ws auftritt, und der Referenzzeit T6, die der Anstiegszeit der Ausgabewellenform Ws entspricht. Ähnlich wird die eingestellte Verzögerungszeit τ5 als die Differenz zwischen der Referenzzeit T2, bei der die zweite Spitze bzw. das zweite Extremum P2 der Wellenform Ws auftritt, und der oben erwähnten Anstiegszeit der Wellenform Ws erhalten.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient die erste Subtraktionsschaltung 226 dazu, die Änderung in der Ausgabe während des Zeitintervalls τ4 vom elektrischen Impuls, der auf der Ausgangsleitung des photoelektrischen Wandlers 21 auftritt, zu berechnen, und der erste Vergleicher 221 bestimmt daraus, ob dies dem ersten Spitzenwert P1 der echten Wellenform Ws entspricht. Ähnlich dient die zweite Subtraktionsschaltung 227 dazu, die Änderung der Ausgabe während des Zeitintervalls von τ5 vom elektrischen Impuls zu berechnen, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 auftritt, und der zweite Vergleicher 222 bestimmt daraus, ob dies dem zweiten Spitzenwert P2 der echten Wellenform Ws entspricht. Als nächstes wird die Ausgabe des ersten Vergleichers 221 um eine eingestellte Verzögerungszeit von τ5-τ4 durch die Verzögerungsschaltung verzögert. Somit vergleicht die UND-schaltung die Ausgaben des ersten und zweiten Vergleichers 221 und 222, indem sie auf der Zeitachse in Übereinstimmung gebracht werden.
Somit ist es möglich, auch wenn der gemischte Impuls Wn+s, wie in Graph (d) von 6 gezeigt, so ist, dass die Ausgabe des photoelektrischen Wandlers 21 wesentlich von der Ausgabe des „echten“ elektrischen Impulses verschieden ist, die Wellenform des „echten“ Impulses Ws von einem derartigen gemischten Impuls Ws+n zu unterscheiden. Mit anderen Worten macht es das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich, zwischen „echten“ und „falschen“ Impulsen zu unterscheiden, auch wenn Störimpulse mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz in „echte“ Impulse der Lichtemissionsvorrichtung so gemischt sind, dass die Ausgabe eines „echten“ Impulses durch die Störung nahezu aufgehoben wird.
9 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass es das erste oder das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, die oben beschrieben wurden, mit einer Bitmusterbeurteilungsfunktion versieht, um zu beurteilen, ob ein Lichtimpuls normal durch die Emission von Licht der Lichtemissionsvorrichtung 1 gemäß einem spezifizierten Bitmuster empfangen wurde oder nicht, und dass es die Lichtempfangsvorrichtung 2 verwendet, um das empfangene Bitmuster des elektrischen Impulses, der als ein „echter“ Impuls betrachtet wird, mit dem spezifizierten Bitmuster zu vergleichen. Es sollte für einen Fachmann jedoch offensichtlich sein, dass das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung ähnlich auch in das dritte oder vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung integriert werden kann.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in 9 gezeigt, ist die Lichtemissionsvorrichtung 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Impulsmustererzeuger 14 aufweist, der zwischen dem Impulsgenerator 11 und der Treiberschaltung 12 eingefügt ist. Dieser Impulsmustererzeuger 14 dient zur seriellen Erzeugung eines Lichtemissionsbits „1“ oder „0“ in Synchronisierung mit dem Treiberimpuls des Impulsgenerators 11, wie am oberen rechten Ende der Figur gezeigt ist. Gemäß dem in 9 gezeigten Beispiel wird ein Lichtimpuls von der Treiberschaltung 12 abgegeben, wenn das Bit des Impulsmustererzeugers 14 „1“ ist, kein Licht wird aber von der Treiberschaltung 12 abgegeben, wenn das Bit, das vom Impulsmustererzeuger 14 erzeugt wird, „0“ ist.
Das Beispiel in 9 zeigt auch, dass das Muster zyklisch mit 6 Bits pro Zyklus ist, wie durch die 6 Kästen im Impulsmustererzeuger 14, die mit „1“ -„6“ nummeriert sind, angegeben wird. Der Impulsmustererzeuger 14 dient dazu, in der vorherbestimmten Reihenfolge von „1"→"0 "→"0 →"1"→"1"→"0" Bits seriell zu erzeugen. Von den 6 Kästen des Impulsmustererzeugers 14, die in 9 gezeigt sind, geben die schraffierten Kästen Bits mit „1“ und die weißen Kästen Bits mit „0“ an. Die Anzahl der Bits in einem Zyklus und die Auftrittshäufigkeit jedes Bits mit „1“ oder „0“ kann frei gewählt werden.
Ähnlich ist die Lichtempfangsvorrichtung 2 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Schieberegister 2310 mit 6 Stufen entsprechend der Anzahl von Bits in einem Zyklus des Bitmusters umfasst. Die „H“- und „L“-Ausgaben, die „echte“ und „falsche“ Impulse anzeigen, werden sequenziell von den Stufen 1-6 dieses Schieberegisters 2310 durch den ersten Flipflop 233 gemäß der zeitlichen Abfolge des Impulsgenerators 232 empfangen. Die Frequenzen der Impulserzeugung durch den Impulsgenerator 11 und 232 werden vorbereitend so eingestellt, dass sie gleich sind.
Das digitale Tiefpassfilter 23 dient dazu, das empfangene Bitmuster von „H“ (oder „1“) und „L“ (oder „0“), das in die Stufen 1-6 des Schieberegisters 2310 genommen ist, mit dem Standardreferenzbitmuster zu vergleichen, das vorbereitend in einem Impulsmustererzeuger 237 gespeichert ist. Dieser Impulssmustererzeuger 237 dient dazu, parallel (oder gleichzeitig) dasselbe Bitmuster auszugeben, das im Mustererzeuger 14 auf der Seite der Lichtemissionsvorrichtung 1 gespeichert ist (wenngleich das Muster in 9 der Einfachheit der Darstellung wegen in umgekehrter Reihenfolge geschrieben ist).
Im Beispiel, das in 9 gezeigt wird, wird eine Logikschaltungsgruppe 238, die drei UND-Schaltungen und drei NICHT-ODER-Schaltungen enthält, dazu verwendet, Logikberechnungen auf den Ausgaben der Stufen 1-6 des Schieberegisters 2310 und den entsprechenden Bitausgaben 1-6 des Impulsgenerators 237 auszuführen. In diesem Beispiel werden alle Ausgaben der Logikschaltungsgruppe 238 „H“, wenn die Bits, die in die Stufen 1, 4 und 5 des Schieberegisters 2310 genommen werden, „1“ sind, und diejenigen, die in die Stufen 2,3 und 6 genommen werden, „0“ sind. Dies bewirkt, dass die Ausgabe der UND-Schaltung 234 auch „H“ ist und der zweite Flipflop 236 gelangt in den Setzzustand. In dieser Situation ist die Ausgabe des zweiten Flipflop 236 „H“, und gibt an, dass die Lichtempfangsvorrichtung 2 normal den Lichtimpuls, der von der Lichtemissionsvorrichtung abgegeben worden ist, empfängt.
Wenn jede der Stufen 1-6 des Schieberegisters 2310 „0“ ist, um „L“ anzuzeigen, ist die Ausgabe der NICHT-ODER-Schaltung 235 „H“ und diejenige der UND-Schaltung 234 „L“. Der zweite Flipflop 236 befindet sich dann im Rücksetzzustand, und seine Ausgabe bleibt „L“, bis von der UND-Schaltung 234 eine Eingabe empfangen wird.
Zusammenfassend ist das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bitmusterbeurteilungsfunktion zusätzlich zur Beurteilung aufweist, ob der elektrische Impuls, der auf der Ausgabeleitung des photoelektrischen Wandlers 21 erscheint, ein „echter“ oder ein „falscher“ Impuls ist, so dass das sichtbare Bitmuster des elektrischen Impulses, der als echt beurteilt wird, mit einem Standardmuster verglichen wird, um zu bestimmen, ob der Impuls, der von der Lichtemissionsvorrichtung abgegeben wurde, von der Lichtempfangsvorrichtung empfangen wurde. Somit kann das Eintreffen eines „echten“ Lichtimpuls noch genauer bestimmt werden.
10 zeigt eine bevorzugte Abwandlung des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, das oben mit Bezug auf 9 beschrieben wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich einen sogenannten redundanten Rechner 239 zwischen der UND-Schaltung 234 und den drei NICHT-ODER-Schaltungen der Logikschaltungsgruppe 238 vorsieht, um für das Bitvergleichsverfahren, das oben beschrieben wurde, Redundanz vorzusehen. Dieser redundante Rechner 239 dient dazu, eine Logikberechnung auf den Ausgaben der NICHT-ODER-Schaltung auf der Grundlage eines Redundanzbeurteilungsstandards durchzuführen und das Ergebnis als „H“ und „L“ an die UND-Schaltungen 234 auszugeben. In diesem Beispiel kann der Redundanzbeurteilungsstandard so eingestellt sein, dass die Ausgabe des redundanten Rechners 239 „H“ ist, auch wenn eine der Ausgaben der drei NICHT-ODER-Schaltungen „L“ ist (oder auch wenn nur eine der drei Stufen 2, 3 und 6 des Schieberegisters 2310, die Bit „0“ entsprechen, das vom Impulsmustererzeuger 237 erzeugt wird, „1“ ist), so dass in der Ausgabe der UND-Schaltung 234 Redundanz vorliegt.
10 zeigt ein Beispiel, bei dem ein weiterer redundanter Rechner 240 zwischen dem zweiten Flipflop 236 und dem Schieberegister 2310 eingefügt ist. Obwohl die Ausgabe der NICHT-ODER-Schaltung 235, die in 9 gezeigt ist, nicht „L“ wird, wenn nicht jede Stufe des Schieberegisters 2310 „0“ wird, kann die Ausgabe des zweiten Flipflop 236 wegen der Redundanz aufgrund dieses zusätzlichen redundanten Rechners 240 zu „H“ gemacht werden, auch wenn nicht jede Stufe „0“ wird. Somit kann, auch wenn „1“ aufgrund eines Störimpulses, der eingemischt wurde, in eine Stufe eingegeben wird, wenn das entsprechende Bit des Impulsmustererzeugers 14 „0“ ist, der Sensor gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, die in 10 gezeigt ist, eine derartige Situation innerhalb eines Bereiches, der eingestellt wurde, akzeptieren.
11 zeigt eine weitere bevorzugte Abwandlung des fünften Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Impulsmustererzeugern aufweist, die bei der Lichtempfangsvorrichtung 2 vorgesehen sind. Gemäß dem Beispiel, das in 11 gezeigt ist, umfasst die Lichtempfangvorrichtung 2 zwei Impulsmustererzeuger, wobei der erste Impulsmustererzeuger 2371 dazu eingerichtet ist, parallel das gleiche Bitmuster 1→2→3→4→5→6 auszugeben, das im Impulsmustererzeuger 14 der Lichtemissionsvorrichtung 1 gespeichert ist, und der zweite Impulsmustererzeuger 2327 dazu eingerichtet ist, parallel ein umgestelltes Bitmuster 4→5→6→1→2→3 auszugeben.
In diesem Beispiel hängen das umgestellte Bitmuster und das erste Bitmuster zusammen, so dass, wenn die erste Hälfte und die zweite Hälfte, von jeweils drei Bits, des ersten Musters als A beziehungsweise als B bezeichnet wird, wie innerhalb eines Rahmens in 11 gezeigt, das erste Muster als A+B geschrieben und das umgestellte Bitmuster als B+A umgeschrieben werden kann. Somit kann gesagt werden, dass zwei Standardbitmuster A+B und B+A gemäß diesem Beispiel erstellt werden, und diese zwei Muster gleichzeitig mit dem Muster verglichen werden, das auf den 6 Stufen des Schieberegisters 2310 erscheint. Somit kann, wenn das Muster A+B wiederholt von der Lichtemissionsvorrichtung 1 übertragen wird (angenommen A→B→C...), auch wenn das erste Bitmuster A z.B. aufgrund einer Störung fehlt, der Vergleich abgeschlossen werden, ohne auf das nächste Auftreten des Bitmusters A+B zu warten, sondern bereits wenn das Bitmuster B+A das nächstemal auftritt. Mit anderen Worten kann der Vergleich zwischen einem sichtbaren Bitmuster und einem Standardbitmuster schneller abgeschlossen werden, und somit wird die Antwortzeit des photoelektrischen Sensors verbessert.
12 zeigt einen photoelektrischen Sensor gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass es eine wie oben beschriebene Bitmusterbeurteilungsfunktion aufweist und beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist, deren Lichtsende- und Lichtempfangsvorrichtung zu einer einzigen Lichtsende- und -empfangsvorrichtjung integriert sind. 12 zeigt ein Beispiel mit zwei redundanten Rechnern 239 und 240 zur Schaffung von Redundanz bei der Anpassung von Bitmustern.
Bezugszeichen 15 gibt einen Impulsmustererzeuger an, der dazu dient, einen Lichtimpuls auf der Grundlage eines Treiberimpulses des Impulsgenerators 11 gemäß einem vorbereitend spezifizierten Bitmuster auszugeben. Um das Bitmuster in der Lichtempfangsvorrichtung 2 anzupassen, gibt der Impulsmustererzeuger 15 parallel ein vorbereitend spezifiziertes Bitmuster, so dass eine Anpassung mit dem Bitmuster durchgeführt wird, das in die Stufen 1-6 des Schieberegisters 2310 und auf die Treiberschaltung 12 genommen wird, aus. Somit kann die Bitmusterbeurteilungsfunktion auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung bereitgestellt werden.
Obwohl oben ein Beispiel für ein Vorsehen zweier Bitmusterkombinationen (A+B und B+A) gezeigt wurde, ist damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt. Ein Bitmuster kann z.B. in drei Kombinationen unterteilt werden, und es können drei Standardbitmuster erstellt werden. Obwohl oben nur ein Lichtsendebitmuster (A→B→A...) gezeigt wurde, ist dies ebenfalls als nicht den Umfang der Erfindung einzuschränkend gedacht. Eine Vielzahl von Bitmustern kann für die Lichtemission erstellt werden (wie z.B. A→B→C, D→E→F...), so dass die Lichtemissionsvorrichtung 1 frei eines von ihnen auswählen kann. Es ist auch möglich, ein vollständig regelloses Bitmuster für die Lichtemission zu erstellen. In einer derartigen Situation muss jedoch nicht erst erwähnt werden, dass es erforderlich ist, vorbereitend die Lichtempfangsvorrichtung 2 mit einem entsprechenden Standardbitmuster auszustatten, oder zu veranlassen, dass bitmusterbezogene Daten zwischen der Lichtemissionsvorrichtung 1 und der Lichtempfangsvorrichtung 2 ausgetauscht werden, so dass die Lichtempfangsvorrichtung 2 das sichtbare Bitmuster gemäß einem entsprechenden Standardbitmuster, das dem Bitmuster für die Lichtsendung entspricht, anpassen kann.
Wenn die Bitmusterbeurteilungsfunktion, wie oben erklärt, auf einen photoelektrischen Sensor angewandt wird, werden die folgenden Faktoren als wichtig erachtet: (1) eine kurze Sensorantwort; (2) eine begrenzte Anzahl von Grundfrequenzen für die Reihe von Sendeimpulsen; (3) eine begrenzte Grundeinschaltdauer der Reihe von Sendeimpulsen; und (4) getrennte Takte zwischen den Vorrichtungen. Es ist wünschenswert, eine Bitmusterbeurteilungsfunktion so auszulegen, so dass diese Bedingungen in geeignetem Maße erfüllt sind.
Wenn die Anzahl der Bits erhöht wird, um Störimpulse zu entfernen, wird es möglich, den Grad der Ähnlichkeit zu Störimpulsen zu verringern. Obwohl eine große Anzahl von Bits erzielt werden kann, ohne die Codelänge zu erhöhen, wenn die Bitlänge (das Intervall zwischen Impulsaussendungen) verkürzt wird, weisen die meisten photoelektrischen Sensoren Beschränkungsbedingungen bezüglich der Bitlänge auf, und es ist in der Praxis schwierig, die Anzahl der Bits ausreichend zu erhöhen. Experimentell wurde jedoch herausgefunden, dass eine Anzahl von Bits von ungefähr 30 erforderlich ist, um einen Störimpuls mit einer Frequenz von mehreren Zehn kHz wie z.B. einer Leuchtstofflampe oder einen regellos erzeugten Störimpuls vollständig zu beseitigen. Verfahren, um die 30 Bits zu gewinnen, während Beschränkungsbedingungen besonders zu photoelektrischen Sensoren (wie z.B. Empfindlichkeit und Antwortzeit) erfüllt werden, werden unten erörtert.
13B zeigt ein Beispiel einer Bitanordnung mit einer Bitlänge von 30, wobei die schraffierten Bits Lichtsendebits („1“) und die weißen Bits Nicht-Lichtsendebits („0“) angeben. In diesem Beispiel ist der gesamte Code in zwei Blöcke A und B unterteilt. 13B zeigt sowohl ein Beispiel, das mit A beginnt, als auch ein weiteres Beispiel, das mit B beginnt.
Die sogenannte Maximallängensequenz, die in der Nachrichtentechnik bekannt ist, kann in der Musteranordnung von Bits verwendet werden, die das Senden und Nicht-Senden von Licht anzeigen.
Der Störabstand (S/N) wird grob durch die Impulsbreite des gesendeten Lichtes und die Frequenzcharakteristik des Lichtempfängerverstärkers festgelegt. Wenn die Impulsbreite verringert wird, muss die Frequenzbandbreite des Lichtempfängerverstärkers erhöht werden, und dies hat einen nachteiligen Einfluss auf S/N. Wenn andererseits die Umwandlungszeit des Verstärkers schneller gemacht wird, um die Bitlänge zu verringern, muss der Niederfrequenzteil des Bandes für den Verstärker beschnitten werden, und dies hat auch einen nachteiligen Einfluss auf S/N. Angesichts dessen scheint es angemessen, die Bitlänge so auszuwählen, dass sie ungefähr 20µs beträgt und die Impulsbreite des gesendeten Lichts zu ungefähr 2,5 µs auszuwählen, obwohl dies nicht bei Anwendungen der Fall ist, bei denen eine Niveauempfindlichkeit für einen photoelektrischen Mehrzwecksensor nicht erforderlich ist.
Im Fall eines photoelektrischen Sensors, der einen Verstärker mit einer Antwortzeit von z.B. 1 ms umfasst, wird diese Antwortzeit zum größten Problem bei der Begrenzung der Bitanzahl. In einer derartigen Situation muss der Sensor alle Bitmuster des Codes lesen, die innerhalb von bis zu 1 ms gesendet wurden, darin eingeschlossen Abweichungen. Wenn 1 ms einfach durch die Bitlänge geteilt wird, die durch die oben erörterte Beschränkung aufgrund der Empfindlichkeit bestimmt wird, ist die maximale Bitanzahl 50. Im Fall eines photoelektrischen Sensors bedeutet die Antwortzeit jedoch die maximale Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem das Zielobjekt erkannt wird, bis zur Ausgabe eines Nachweissignals. Mit anderen Worten ist es nicht so, dass die Antwortzeit direkt durch die Bitlänge festgelegt wird. Faktoren, die die Antwortzeit steuern, werden als nächstes betrachtet.
Taktsignale für einen Sensor werden gewöhnlich innerhalb einer IC erzeugt. In einem derartigen Fall schwankt der Absolutwert des Taktsignals aufgrund der CR-Veränderungen innerhalb des IC um ungefähr ± 20%. In derartigen Situationen ist es ratsam, die Antwortzeit des Sensors selbst auf ungefähr 0,8 Mal einzustellen, so dass eine gewünschte Antwortzeit auch bei Taktsignalschwankungen von bis zu +20 % beibehalten wird. (Wenn die Antwortzeit 1 ms beträgt, wird die Sensorantwortzeit auf ungefähr 800µs eingestellt). Bei diesen Überlegungen beträgt die maximale Bitzahl 40. Wenn dies ein Problem darstellt (aus Gründen, die unten noch erörtert werden), kann ein Oszillator oder ähnliches extern vorgesehen werden, um ein genaues Taktsignal zu erzeugen.
Wenn der Impuls für die Lichtsendung kodifiziert wird (um ihn in ein Bitmuster umzuarbeiten), tritt das Problem auf, dass der Nachweis nicht abgeschlossen werden kann, bis alle Codes empfangen sind. Dies wird zu einem ernsthaften Problem, besonders bei einem photoelektrischen Sensor der Art mit getrennten Lichtsende- und Empfangsvorrichtungen, derart, dass die Lichtempfangsvorrichtung nicht darüber informiert wird, welcher zeitliche Ablauf des Codes gesendet wird.
Nun wird ein Problem erörtert, das auftritt, wenn ein Objekt in den Zielbereich eines photoelektrischen Sensors eintritt, während er kodifiziert wird. 14A zeigt eine Situation, in der das Zeitintervall ab dem Zeitpunkt, an dem ein Zielobjekt in den Zielbereich eintritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Beurteilung des Nachweises erfolgt, länger ist als die Codelänge, bis zu zweimal die Codelänge. Dadurch wird es erforderlich, die Codelänge auf weniger als die Hälfte der Antwortzeit zu verringern. Angesichts der maximalen Codelänge, die oben erörtert wurde, bedeutet dies, dass die Anzahl von Bits auf nur 25 festgelegt werden kann. Dies ist nicht ausreichend, um den Störimpuls zu entfernen.
Wenn die gesamte Codelänge in zwei Blöcke A und B unterteilt wird, wie in 14B gezeigt, kann der Empfang entweder A→B oder B→A sein. 13B zeigt, wenn die Codelänge 30 Bits beträgt und A→B (obere Zeile in 13B) und B→A (untere Zeile in 13B) empfangen wird.
In diesem Beispiel ist die maximale Zeit, die zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Zielobjekt in den Zielbereich eintritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem es nachgewiesen wird, 1,5 Mal die Codelänge. Somit kann die maximale Codelänge 33 Bits betragen. Wenn die Codelänge in drei Blöcke unterteilt wird, erreicht die maximale Codelänge 37.
Für den Fall eines photoelektrischen Sensors des Transmissionstyps, bei dem die Lichtsendevorrichtung und die Lichtempfangsvorrichtung getrennt sind, kann es wahrscheinlich werden, dass er beim Lesen der Bits zu einen Fehler kommt („Bitschlupf“), wenn die Taktsignale für die Lichtemission und den Lichtempfang wesentlich verschieden sind. Dieses Problem kann behoben werden, indem ein Fehlerkorrektursymbol in den Code gemischt wird.
Wenn die Anzahl der Bits, die für das Fehlerkorrektursymbol erforderlich sind, nicht erzielt werden kann, da die Codelänge begrenzt ist, kann das Auftreten eines Fehlers verhindert werden, indem der Taktfehler so verringert wird, dass der Bitschlupf innerhalb des Codes nicht auftritt. Wenn z.B. die Codelänge 800 µs und die Bitlänge 20 µs beträgt, wird der Taktfehler kleiner als ±1,25 % (20/80/2). Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass ein Keramikoszillator außerhalb der IC angebracht wird.
Obwohl oben angegeben wurde, dass eine Impulsbreite von ungefähr 2,5 µs für einen photoelektrischen Sensor wünschenswert ist, gibt es eine gewisse Beschränkung bezüglich der Impulseinschaltdauer. Um die aktuelle Spitze für die Lichtemission eines photoelektrisches Sensors so groß wie möglich zu machen, ist es wünschenswert, die Impulseinschaltdauer so klein wie möglich zu machen, so dass der gesamte durchschnittliche Stromverbrauch begrenzt werden kann. Wenn versucht wird, die Impulseinschaltdauer bei ungefähr 2,5 % zuhalten, bedeutet dies, dass das Licht nur einmal pro Bit mit der Immpulsbreite von 2,5 µs und der Bitlänge 20µs emittiert werden kann. Da die Lichtsendebits auf 6 begrenzt sind, wenn die Bitanzahl 30 beträgt, muss ein optimales Bitmuster innerhalb dieser Beschränkung ausgewählt werden. Somit wird eine Kombination ausgewählt, derart, dass die Impulsintervalle so weit wie möglich getrennt sind, oder das Spektrum so weit wie möglich ausgebreitet ist.
15A zeigt, wie eine Fehlbeurteilung durch eine Störung hervorgerufen werden kann. Die obere Zeile zeigt ein Beispiel, in dem ein Störimpuls einen „echten“ Impuls (einen Impuls, der vom Sensor selbst gesendet wurde) aufhebt. Dies ist jedoch ein seltener Fall. Dieses Problem kann durch einen photoelektrischen Sensor der Art vermieden werden, die einen empfangenen Impuls nur verwendet, während ein Impuls gesendet wird. Dieses Problem kann auch ignoriert werden, wenn ein Tiefpassfilter (Schieberegister) verwendet wird.
Die zweite Zeile von 15A zeigt ein Beispiel, in dem ein Störimpuls verursachen kann, dass ein Sensor falsch beurteilt und fälschlicherweise schließt, dass ein „echter“ Impuls empfangen wurde, obwohl das in Wirklichkeit nicht der Fall ist. Diese Situation kann häufiger eintreten und besonders aufgrund regellos erzeugter Störungen.
15B zeigt ein Verfahren, durch das nur dann gefolgert wird, dass ein „echter“ Impuls empfangen wurde, wenn zwei Bits in einer Reihe eine Lichtemission angeben. Eine kurze Störung wie z.B. eine sogenannte Kurzstörung mit einer Dauer von weniger als 2 Bits kann auch identifiziert werden, wenn die Bitmusterbeurteilungsmittel so programmiert sind, dass sie eine Emission nur dann identifizieren, wenn zwei aufeinanderfolgende Bits eine Lichtemission angeben.

Claims

Ein Strahlungsimpulse verwendender Sensor, aufweisend: eine Sendevorrichtung (1) zur wiederholten Aussendung von Strahlungsimpulsen; und eine Empfangsvorrichtung (2) für den Empfang von Strahlungsimpulsen, wobei die Empfangsvorrichtung (2) Umwandlungsmittel (21), die eine Ausgabeleitung aufweisen, zur Umwandlung von empfangenen Strahlungsimpulsen in elektrische Impulse aufweist; wobei die Empfangsvorrichtung (2) Impulsbeurteilungsmittel (22) zur Beurteilung, ob ein elektrischer Impuls, der auf der Ausgabeleitung der Umwandlungsmittel (21) auftritt, ein elektrischer Impuls ist, der durch den Empfang der Strahlungsimpulse hervorgerufen wird, die von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurden, oder nicht, auf der Grundlage einer bekannten Wellenformcharakteristik eines elektrischen Impulses, welcher durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde, aufweist, wobei die bekannte Wellenformcharakteristik vorbestimmte Standardwerte an mindestens zwei vorbestimmten Standardzeiten auf einer Wellenform aufweist, die durch Differenzieren der Wellenform des elektrischen Impulses, der durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der durch die Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde, erhalten wird, wobei die Empfangsvorrichtung (2) eingerichtet ist, ein Ausgabesignal auf der Grundlage des Ergebnisses der Beurteilung durch die Impulsbeurteilungsmittel (22) zu erzeugen.
Ein Strahlungsimpulse verwendender Sensor, aufweisend: eine Sendevorrichtung (1) zur wiederholten Aussendung von Strahlungsimpulsen; und eine Empfangsvorrichtung (2) für den Empfang von Strahlungsimpulsen, wobei die Empfangsvorrichtung (2) Umwandlungsmittel (21), die eine Ausgabeleitung aufweisen, zur Umwandlung von empfangenen Strahlungsimpulsen in elektrische Impulse aufweist; wobei die Empfangsvorrichtung (2) Impulsbeurteilungsmittel (22) zur Beurteilung, ob ein elektrischer Impuls, der auf der Ausgabeleitung der Umwandlungsmittel (21) auftritt, ein elektrischer Impuls ist, der durch den Empfang der Strahlungsimpulse hervorgerufen wird, die von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet werden, oder nicht, auf der Grundlage einer bekannten Wellenformcharakteristik eines elektrischen Impulses, welcher durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde, aufweist, wobei die bekannte Wellenformcharakteristik Standardwerte auf einer Wellenform des elektrischen Impulses, welcher durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde, an mindestens zwei vorbestimmten Standardzeiten aufweist, wobei die Empfangsvorrichtung (2) eingerichtet ist, ein Ausgabesignal auf der Grundlage des Ergebnisses der Beurteilung durch die Impulsbeurteilungsmittel (22) zu erzeugen.
Der Sensor nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmten Standardzeiten Spitzen auf der Wellenform des elektrischen Impulses, der durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde, entsprechen.
Der Sensor nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmten Standardzeiten sowohl eine Zeit, die einer Spitze mit einer positiven Polarität entspricht, als auch eine weitere Zeit, die einer Spitze mit einer negativen Polarität entspricht, enthalten.
Der Sensor nach Anspruch 2, wobei die Impulsbeurteilungsmittel (22) aufweisen: mindestens zwei Vergleicher (221, 222; 2211, 2221), jeden zum Vergleichen des Signalniveaus, das auf der Ausgabeleitung der Umwandlungsmittel (21) erscheint, mit einem vorbestimmten Standardwert, der dem elektrischen Impuls entspricht, welcher durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde; Verzögerungsmittel (223; 2231, 2232) zum Verzögern einer Ausgabe eines der Vergleicher (221; 2211, 2221), so dass die Ausgaben der Vergleicher (221; 2211, 2221) bezüglich der Zeit angepasst werden, so dass die vorbestimmten Standardzeiten, die den Ausgaben zugeordnet sind, zusammenpassen; und Logikrechenmittel (224; 2241) zur Durchführung einer Logikrechnung bezüglich der zeitangepassten Ausgaben der Vergleicher (221, 222; 2211, 2221).
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei der Strahlungsimpuls ein Lichtimpuls ist.
Strahlungsimpulse verwendender Sensor, wobei der Sensor aufweist: eine Sendevorrichtung (1) zur wiederholten Aussendung von Strahlungsimpulsen; und eine Empfangsvorrichtung (2) für den Empfang von Strahlungsimpulsen, wobei die Empfangsvorrichtung (2) Umwandlungsmittel (21), die eine Ausgabeleitung aufweisen, zur Umwandlung empfangener Strahlungsimpulse in elektrische Impulse aufweist; wobei die Sendevorrichtung (1) Impulssendemittel (14) zum Aussenden der Strahlungsimpulse gemäß einem vorbestimmten Bitmuster aufweist, wobei das Bitmuster eine Anordnung von Bits aufweist, wovon jedes Bit angibt, ob ein Strahlungsimpuls durch die Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde oder nicht; wobei die Empfangsvorrichtung (2) aufweist: Impulsbeurteilungsmittel (22) zur Beurteilung, ob ein elektrischer Impuls, der auf der Ausgabeleitung der Umwandlungsmittel (21) erscheint, ein elektrischer Impuls ist, der durch den Empfang des Strahlungsimpulses hervorgerufen wird, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde, oder nicht, auf der Grundlage einer bekannten Wellenformcharakteristik eines elektrischen Impulses, welcher durch den Empfang des Strahlungsimpulses, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde, in Abwesenheit eines Störsignals erhalten werden würde; und Bitmusterbeurteilungsmittel (23) zur Durchführung eines Vergleichs zwischen dem Bitmuster eines elektrischen Impulses, der von den Impulsbeurteilungsmitteln (22) als ein elektrischer Impuls, der durch den Empfang des Strahlungsimpulses hervorgerufen wird, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wird, beurteilt wurde, und einem vorbestimmten Standardbitmuster, und zur Beurteilung gemäß dem Ergebnis des Vergleichs, ob der Strahlungsimpuls, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde, empfangen wurde, wobei die Bitmusterbeurteilungsmittel (23) das Bitmuster des elektrischen Impulses, der auf der Ausgabeleitung der Umwandlungsmittel (21) erscheint, gleichzeitig mit mindestens zwei vorher ausgewählten vorbestimmten Standardbitmustern mit unterschiedlichen Phasen des vorbestimmten Bitmusters vergleichen, wobei der Sensor damit beurteilt, ob die Strahlungsimpulse, die von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurden, empfangen wurden oder nicht; wobei die Empfangsvorrichtung (2) eingerichtet ist, ein Ausgabesignal auf der Grundlage des Ergebnisses der Beurteilung durch die Bitmusterbeurteilungsmittel (23) zu erzeugen.
Der Sensor nach Anspruch 7, wobei die Bitmusterbeurteiltungsmittel (23) den Vergleich mit Redundanz durchführen.
Der Sensor nach Anspruch 7, wobei der Strahlungsimpuls ein Lichtimpuls ist.
Ein photoelektrischer Sensor, aufweisend: eine Sendevorrichtung (1) zur wiederholten Aussendung von Lichtimpulsen; und eine Empfangsvorrichtung (2) für den Empfang von Lichtimpulsen, wobei die Empfangsvorrichtung (2) Umwandlungsmittel (21), die eine Ausgabeleitung aufweisen, zur Umwandlung der empfangenen Lichtimpulse in elektrische Impulse aufweist; wobei die Sendevorrichtung (1) Impulssendemittel (14) zum Aussenden von Lichtimpulsen gemäß einem vorbestimmten Sendebitmuster, aufweisend eine Anordnung von Bits, von denen jedes angibt, ob ein Lichtimpuls durch die Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde oder nicht, aufweist; wobei die Empfangsvorrichtung (2) aufweist: Bitmustererzeugungsmittel (237; 2371, 2372) zur Erzeugung eines Bitmusters, aufweisend eine Anordnung von denen jedes angibt, ob ein elektrischer Impuls auf der Ausgabeleitung von Licht anzeigenden Bits, der Umwandlungsmittel (21) aufgetreten ist oder nicht; und Bitmusterbeurteilungsmittel (23) zur Durchführung eines Vergleichs zwischen dem Bitmuster, das durch die Bitmustererzeugungsmittel (237; 2371, 2372) erzeugt wurde, und einem vorbestimmten Standardbitmuster, das beruhend auf dem vorbestimmten Sendebitmuster erzeugt wird, und zur Beurteilung aus dem Ergebnis des Vergleichs, ob ein Lichtimpuls, der von der Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde, empfangen wurde oder nicht, wobei die Bitmusterbeurteilungsmittel das Bitmuster, das durch die Bitmustererzeugungsmittel erzeugt wird, gleichzeitig mit mindestens zwei vorbestimmten Standardbitmustern vergleicht, wobei der photoelektrische Sensor eingerichtet ist, ein Ausgabesignal auf der Grundlage des Ergebnisses der Beurteilung durch die Bitmusterbeurteilungsmittel (23) zu erzeugen.
Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 10, wobei das vorbestimmte Sendebitmuster eines einer Vielzahl von vorab vorbereiteten Sendebitmustern ist, von denen jedes eine andere Anordnung von Bits aufweist, von denen jedes einen Zustand angibt, ob ein Lichtimpuls durch die Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde oder nicht.
Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 10, wobei die Sendevorrichtung (1) ferner Mittel zur regellosen Erzeugung des vorbestimmten Sendebitmusters umfasst.
Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 10, wobei das vorbestimmte Sendebitmuster Bits, von denen jedes einen Zustand angibt, ob ein Lichtimpuls durch die Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde oder nicht, in eine Folge maximaler Länge anordnet.
Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 10, wobei die Bitmusterbeurteilungsmittel (23) den Vergleich mit Redundanz durchführen.
Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 10, wobei das vorbestimmte Sendebitmuster mindestens zwei Bits in einer Reihe enthält, die einen Zustand angeben, ob ein Lichtimpuls durch die Sendevorrichtung (1) ausgesendet wurde oder nicht.
Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 10, wobei die Anzahl von Bits in dem vorbestimmten Sendebitmuster veränderlich ist.
Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 10, wobei die Bitlänge in dem vorbestimmten Sendebitmuster veränderlich ist.