DE19812304A1 - Elektronische Sende- und Empfangsvorrichtung - Google Patents
Elektronische Sende- und EmpfangsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsvorrichtung der im Oberbegriff
von Anspruch 1 genannten Art.
Unter dem Begriff "elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung" sollen da
bei sowohl Lichtschranken, die beim Durchgang eines Körpers auf die Unterbre
chung des Nutzlichtbündels mit der Erzeugung und Abgabe eines Schaltsignals
reagieren, als auch Lichttaster bzw. Näherungssensoren verstanden werden, bei
denen das vom Sender emittierte Licht nur dann auf den Empfänger trifft und ein
Schaltsignal auslöst, wenn sich ein Körper genügend weit genähert hat, um als
Reflektor zu dienen. Der Einfachheit halber werden im Folgenden beide Arten
von elektrooptischen Sende- und Empfangsvorrichtungen kurz als "Lichtschran
ken" bezeichnet.
Ein grundsätzliches Problem bei Lichtschranken besteht darin, daß auf den
Empfänger treffendes Fremdlicht die eindeutige Identifizierung eines Ereignisses,
das einen Schaltvorgang auslösen soll, außerordentlich erschweren und im Ex
tremfall sogar unmöglich machen kann.
Die Hauptursache ist, daß Gleichlicht, das auf das optoelektrische Empfangs-
Bauelement fällt, dessen Arbeitspunkt in eine ungünstige Richtung verschiebt,
d. h. bei Phototransistoren in den nichtlinearen Kennlinienbereich, in dem die
Ausgangssignalamplitude bei gleicher Nutzlichtstärke erheblich vermindert ist,
oder bei Photodioden, die eine nahezu durchgehend lineare Kennlinie besitzen,
an die Grenze des Arbeitsbereiches, an der die Amplitude des Ausgangssignals
durch einen Beschneidungseffekt reduziert wird. Dies erfolgt unabhängig davon,
ob es sich um eine mit Gleichlicht oder mit Lichtimpulsen arbeitende Licht
schranke handelt.
Nach dem Stand der Technik versucht man dieser Schwierigkeit dadurch zu be
gegnen, daß man am Empfänger eine Linse verwendet, die den Sichtwinkel in
Richtung zum Sender hin einschränkt, und/oder daß man Empfänger einsetzt,
die eine auf den Sender abgestimmte Spektralcharakteristik aufweisen.
Beide Vorgehensweisen führen jedoch zu Nachteilen. So ist der Einbau einer
Linse häufig aus Platzgründen schwierig oder unmöglich. Auch werden zur Ver
meidung von Verschmutzung und aus konstruktiven Gründen möglichst ebene
Oberflächen gefordert. Die Verwendung eines optischen Filters mit engem spek
tralen Durchlaßbereich verbietet sich häufig aus Kostengründen. Kostengünstige
Filter weisen dagegen eine große Durchlaßbandbreite auf, so daß der Spek
tralanteil des Fremdlichtes, der im Empfindlichkeitsbereich des Empfängers liegt,
immer noch eine beträchtliche Intensität besitzt und somit zu Störungen führen
kann.
Um in seiner Intensität gleichbleibendes oder sich nur langsam bzw. mit niederer
Frequenz änderndes Fremdlicht unschädlich zu machen, ist es aus dem Stand
der Technik, beispielsweise der DE-OS 31 40 865 bekannt einen gepulsten Sen
der zu verwenden und das somit impulsförmige Nutzsignal am Empfängeraus
gang mit Hilfe eines auf die Impulsfolgefrequenz abgestimmten Hochpaßfilters
von den störenden Gleich- und Niederfrequenz-Spannungsanteilen zu trennen.
Um auch noch die dieses Filter überwindenden Fremdlichtanteile unschädlich zu
machen, wird ein die Lichtintensität in der Übertragungsstrecke darstellendes Si
gnal mit Hilfe von zwei vom Oszillator angesteuerten Schaltern alternierend so in
zwei Verarbeitungskanäle eingespeist, daß der erste der beiden Kanäle ein die
Summe der Intensitäten von Nutz- und Wechselfremdlicht repräsentierendes Sig
nal und der zweite ein die Intensität nur des Wechselfremdlichtes darstellendes
Signal erhält und verarbeitet. Mit Hilfe eines als Differenzverstärker ausgebildeten
Komparators wird dann die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden
Kanäle ausgewertet. Das Ausgangssignal des Komparators muß mit einem von
einem Flip-Flop gebildeten logischen Element gespeichert werden, das in der an
sonsten analog arbeitenden Schaltung einen Fremdkörper bildet und die Ver
wendung eines zusätzlichen integrierten Bausteins erforderlich macht.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrooptische
Sende- und Empfangsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß der für die Verminderung der Fremdlichtempfindlichkeit erforderliche Schal
tungsaufwand verringert werden werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammenge
faßten Merkmale vor.
Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck nicht das den Wechselfremdlicht
anteil darstellende Signal unmittelbar als Referenzpegel verwendet, bei dessen
Unter- bzw. Überschreiten durch das Summensignal ein Schaltvorgang ausgelöst
wird, sondern ein vom erstgenannten Signal in veränderbarer Weise abgeleitetes
Referenzsignal.
Die in unterschiedlichen Phasen des Betriebsablaufes der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung unterschiedliche Ankoppelung des Referenzsignals an
das den Wechselfremdlichtanteil allein darstellende Signal erfolgt vorzugsweise
derart, daß immer dann, wenn ein Überschreiten des regulären Referenzpegels
durch das Summensignal erkannt wird, der Referenzpegel für eine vorgebbare
Totzeit so verschoben wird, daß durch die ausgelösten Schaltvorgänge erzeugte
Störspannungen, die auf das Summensignal aufgekoppelt werden, nicht dazu
führen, daß letzteres den Referenzpegel wieder in der entgegengesetzten Rich
tung überschreitet und somit ein Hin- und Herschalten (Rattern) des Ausgangs
signals der Lichtschranke auftritt.
Auch nach Ende dieser Totzeit wird der Referenzpegel gegen den Wert, den er
vor dem Schaltvorgang hatte im Sinne einer Schalthysterese verschoben gehal
ten, so daß das Summensignal sich um einen größeren Betrag ändern muß, um
ein Zurückschalten der Lichtschranke zu bewirken. Erst wenn dies geschehen ist,
wird der Referenzpegel wieder in der ursprünglichen Weise an das Wechsel
fremdlichtsignal gekoppelt. Diese dynamische Hysterese bietet den Vorteil, daß
bei langsamem Eintreten eines Körpers in eine Lichtschranke oder bei nur teil
weiser Unterbrechung des Lichtbündels durch einen kleinen bzw. dünnen Ge
genstand, die bei einem solchen mechanischen Vorgang immer auftretenden
Schwingungen und Zitterbewegungen die extrem schnelle Elektronik nicht zu ei
nem Hin- und Herschalten veranlassen, ohne daß es zu dem Empfindlichkeits
verlust kommt, der mit einer starren Hysterese verbunden wäre.
Überdies läßt sich diese dynamische Hysterese mit einfacheren und kostengün
stigeren Bauelementen verwirklichen, als dies bei dem gleichen Zweck dienen
den Flipflop-Schaltungen der Fall ist, wie sie beim Stand der Technik verwendet
werden.
Ein weiteres Problem kann sich aus der Tatsache ergeben, daß die elektroopti
schen Sende- und/oder Empfangsbauelemente zwar ein zylindrisches, zur Licht
austritts- bzw. Lichteintrittsseite hin jedoch halbsphärisches Gehäuse besitzen.
Beim Einbau in die Wand eines Lichtschrankengehäuses mußte bisher der
halbsphärische Gehäuseteil des Bauelementes über die Wandaußenfläche vor
stehen, um die Ausbildung einer ringförmigen, das Bauelement umgebenden
Vertiefung zu vermeiden, in der sich Schmutz ansammeln könnte. Dies hat aber
für das Empfangs-Bauelement den Nachteil zur Folge, daß es aus der Umge
bung viel Fremdlicht aufnehmen kann.
Um dies zu vermeiden ist vorzugsweise zumindest für das Empfangs-Bauele
ment ein im wesentlichen zylindrischer Einbauadapter aus lichtdurchlässigem
Material vorgesehen, der einen an der in Einbaulage hinteren Stirnseite offenen
Innenhohlraum aufweist, dessen Innenmaße den Außenmaßen des Bauelemen
tes entsprechen und der an seiner in Einbaulage vorderen Seite eine ebene, ge
schlossene Stirnfläche besitzt.
Dadurch wird es möglich, den Einbauadapter, in den das Empfangs-Bauelement
von hinten her eingesetzt ist, so in das Lichtschrankengehäuse einzubauen, daß
seine ebene Stirnfläche mit der Außenwand des Lichtschrankengehäuses bündig
abschließt. Somit wird eine ebene Außenfläche erzielt, an der sich keine eine
Schmutzablagerung begünstigenden Strukturen befinden. Gleichzeitig wird das
Empfangs-Bauelement so weit nach hinten versetzt positioniert, daß die Öffnung
im Lichtschrankengehäuse als Blende dient, die den Öffnungswinkel, durch den
Licht einfallen muß, damit es auf die lichtempfindliche Oberfläche des Bauele
mentes trifft, erheblich einschränkt und somit die Fremdlichtempfindlichkeit der
Lichtschranke stark vermindert.
Diese und andere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfin
dungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen niederge
legt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Be
zugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
Fig. 1a und 1b in stark schematisierter Weise das Funktionsprinzip einer als
Lichtschranke bzw. Lichttaster aufgebauten elektrooptischen
Sende- und Empfangsvorrichtung, die gemäß der Erfindung
ausgebildet werden kann,
Fig. 2 ein stark vereinfachtes Schaltungsdiagramm einer erfin
dungsgemäßen, als Lichtschranke oder Lichttaster verwend
baren elektrooptischen Sende- und Empfangsvorrichtung,
Fig. 3 ein Diagramm, das verschiedene Spannungs- und Impulsformen
der Schaltungsanordnung aus Fig. 2 wiedergibt, und
Fig. 4a und 4b ein in herkömmlicher Weise und ein unter Verwendung eines
Einbauadapters in die Wand eines Lichtschrankengehäuses
eingebautes elektrooptisches Bauelement.
In den Fig. 1a und 1b ist das Grundprinzip von zwei elektrooptischen Sende- und
Empfangsvorrichtungen wiedergegeben, die als Unterbrechungslichtschranke
bzw. Näherungssensor aufgebaut sind und die gemäß der Erfindung ausgestaltet
werden können.
Die beiden elektrooptischen Sende- und Empfangsvorrichtungen 1, 1' in den Fig. 1a
und 1b umfassen jeweils einen elektrooptischen Sender 2, 2', der von einem
Oszillator 3, 3' zur Abgabe von Lichtimpulsen angesteuert wird, deren Folgefre
quenz in der Größenordnung von 20 kHz liegen kann. Die Lichtimpulse werden in
eine Übertragungsstrecke 4, 4' gesandt.
Im Falle der in Fig. 1a gezeigten Unterbrechungslichtschranke ist die Übertra
gungsstrecke 4 direkt auf einen elektrooptischen Empfänger 5 gerichtet, während
bei dem Näherungssensor 1' aus Fig. 1b die Übertragungsstrecke 4' gegen den
elektrooptischen Empfänger 5, durch einen Schirm 6' so abgedeckt ist, daß der
Empfänger 5' das Licht des Senders 2' nur dann empfangen kann, wenn sich ein
Gegenstand 7', dessen Bewegung erfaßt werden soll, soweit nähert, daß er das
vom Sender 2' auf ihn fallende Licht zum Empfänger 5, reflektiert, wie dies durch
den Pfeil 4'' symbolisiert ist.
Demgegenüber unterbricht bei der Unterbrechungslichtschranke aus Fig. 1a ein
Körper 7 die Übertragungsstrecke 4 oder vermindert zumindest die Intensität des
in ihr übertragenen Lichts, wenn er sich in Richtung des Pfeiles F entsprechend
weit in die Übertragungsstrecke 4 hineinbewegt.
In beiden Fällen kann die durch den sich bewegenden Gegenstand 7, 7' bewirkte
Modulation der Intensität der vom Sender 2, 2' in die Übertragungsstrecke 4, 4'
ausgesandten Lichtimpulse vom elektrooptischen Empfänger 5, 5' erfaßt und in
ein elektrisches Signal umgesetzt werden, das in einer elektronischen Schal
tungsanordnung 8, 8' in der Weise ausgewertet wird, daß sie an ihrem Ausgang
A, A' ein Schaltsignal abgibt, wenn ein Gegenstand 7 weit genug in die Übertra
gungsstrecke 4 eingedrungen ist bzw. sich ein Gegenstand 7' weit genug an den
Näherungssensor 1' angenähert hat, um die Übertragungsstrecke 4' durch den
Zweig 4'' zu ergänzen.
Um den Einfluß des durch die Pfeile 9, 9' angedeuteten Fremdlichts, das in den
meisten Anwendungsfällen unvermeidlicherweise auf den elektrooptischen
Empfänger 5, 5' fällt, zu vermindern, wie dies im Folgenden noch genauer be
schrieben wird, wird der elektronischen Schaltungsanordnung 8, 8' auch das Impulssignal
des Oszillators 3, 3' zugeführt, wie dies durch die Pfeile 1, 1' symboli
siert ist.
Das stark vereinfachte Schaltungsdiagramm der Fig. 2 zeigt die erfindungsge
mäße Ausgestaltung einer elektrooptischen Sende- und Empfangsvorrichtung,
die, obwohl im Folgenden überwiegend auf eine Durchgangslichtschranke Bezug
genommen wird, in gleicher Weise als Näherungssensor bzw. Lichttaster ver
wendet werden kann.
In Fig. 2 ist wieder der Oszillator 3 dargestellt, der das in Fig. 3 in der obersten
Zeile gezeigte Impulssignal an einen Sender 2 abgibt, von dem in Fig. 2 nur die
Licht emittierende Diode 10 wiedergegeben ist, die ein entsprechendes impuls
förmiges Lichtsignal in die Übertragungsstrecke 4 sendet, an deren anderem
Ende sich der Empfänger 5 befindet, der ein elektrooptisches Empfangs-Bau
element 11 umfaßt.
Das Ausgangssignal dieses Empfangs-Bauelements 11 wird über ein von einem
Kondensator 14 und einem Widerstand 15 gebildetes Hochpaßfilter, das die nie
derfrequenten Fremdlichtanteile unterdrückt, dem Eingang eines Verstärkers V1
zugeführt.
Der Ausgang des Verstärkers V1 ist durch zwei steuerbare Schalter 17, 18 mit
zwei Verarbeitungskanälen 19, 20 verbindbar, von denen der Kanal 19 ein von
einem Widerstand 22 und einem Kondensator 23 gebildetes Tiefpaßfilter umfaßt,
während der Kanal 20 ein aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator 25
bestehendes Tiefpaßfilter und einen Impedanzverstärker 26 aufweist, dessen
Ausgangssignal über den Widerstand 27 eines zwischen den Ausgang des Impedanzverstärkers
26 und Masse gelegten Spannungsteilers 27, 28 einem
Strom-Summationspunkt 29 zugeführt wird, an dem das Ausgangssignal dieses
Verarbeitungskanals 20 erscheint.
Die Ausgangssignale der beiden Verarbeitungskanäle 19, 20 werden den beiden
Eingängen eines als Komparator arbeitenden Differenzverstärkers 30 zugeführt,
dessen Ausgangssignal sowohl das am Ausgang der Schaltungsanordnung 8 er
scheinende Schaltsignal bildet als auch über einen Hysteresewiderstand 31 an
den Strom-Summationspunkt 29 gelegt wird. Außerdem wird es einer Totzeit-
Schaltung 32 zugeführt, deren Ausgangssignal die Ladespannung des Konden
sators 25 des Tiefpaßfilters 24, 25 verändern kann, wie dies unten noch genauer
erläutert wird.
Die steuerbaren Schalter 17, 18 werden durch ein Verzögerungsglied VZ1 bzw.
VZ2 mit Impulsen angesteuert, die aus den Oszillatorimpulsen abgeleitet sind, die
auch der Sender 2 erhält.
Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet zur Unterdrückung des Einflus
ses von Fremdlicht folgendermaßen:
Durch die als solche bekannte Maßnahme, den Sender 2 durch einen Oszillator 3 zu pulsen und das somit impulsförmige elektrische Signal des Empfangs-Bau elements 11 mit Hilfe eines Hochpaßfilters 14, 15 zu filtern, werden störende Gleichlichtanteile völlig unterdrückt und der Einfluß von niederfrequentem Fremd licht stark vermindert. Wegen der endlichen Bandbreite des Filters verbleibende bzw. wegen ihrer hohen Frequenz durch das Filter nicht unterdrückbare Wech selfremdlichtkomponenten werden schließlich dadurch eliminiert, daß zeitlich nacheinander erscheinende Teile des durch den Verstärker V1 verstärkten Aus gangssignals des Hochpaßfilters 14, 15 vermittels der steuerbaren Schalter 17, 18 so in die beiden Kanäle 19, 20 eingespeist werden, daß der eine Kanal 19 ei nen die Summe aus Nutz- und Wechselfremdlicht darstellenden Signalanteil ver arbeitet, während der andere Kanal 20 Signalanteile erhält, die im wesentlichen nur das Wechselfremdlicht repräsentieren und durch die mit Hilfe des nachfol genden Differenzverstärkers 30 durchgeführte Differenzbildung eliminiert werden können.
Durch die als solche bekannte Maßnahme, den Sender 2 durch einen Oszillator 3 zu pulsen und das somit impulsförmige elektrische Signal des Empfangs-Bau elements 11 mit Hilfe eines Hochpaßfilters 14, 15 zu filtern, werden störende Gleichlichtanteile völlig unterdrückt und der Einfluß von niederfrequentem Fremd licht stark vermindert. Wegen der endlichen Bandbreite des Filters verbleibende bzw. wegen ihrer hohen Frequenz durch das Filter nicht unterdrückbare Wech selfremdlichtkomponenten werden schließlich dadurch eliminiert, daß zeitlich nacheinander erscheinende Teile des durch den Verstärker V1 verstärkten Aus gangssignals des Hochpaßfilters 14, 15 vermittels der steuerbaren Schalter 17, 18 so in die beiden Kanäle 19, 20 eingespeist werden, daß der eine Kanal 19 ei nen die Summe aus Nutz- und Wechselfremdlicht darstellenden Signalanteil ver arbeitet, während der andere Kanal 20 Signalanteile erhält, die im wesentlichen nur das Wechselfremdlicht repräsentieren und durch die mit Hilfe des nachfol genden Differenzverstärkers 30 durchgeführte Differenzbildung eliminiert werden können.
Um die optimalen Teile des Ausgangssignals des Verstärkers V1 in die Kanäle
19 und 20 einzuspeisen, werden die steuerbaren Schalter 17, 18 mit Impulsen
des Oszillators 3 angesteuert, die jedoch durch die Verzögerungsglieder VZ1
bzw. VZ2 gegen die dem Sender 2 zugeführten Impulse so verzögert und in ihrer
zeitlichen Länge so bemessen sind, daß, wie in Fig. 3 gezeigt, durch die Aus
gangsimpulse des Verzögerungsgliedes VZ1 der steuerbare Schalter 17 immer
dann geschlossen wird, wenn am Ausgang des Verstärkers V1 der Maximalwert
der Nutzlichtimpulse auftritt (bzw. bei einem Näherungssensor auftreten kann),
und durch die Ausgangssignale des Verzögerungsgliedes VZ2 der steuerbare
Schalter 18 immer dann geschlossen wird, wenn nach einem solchen Nutzlicht
impuls die Ausgangsspannung des Verstärkers V1 einen Minimalwert durchläuft,
der aufgrund eines durch die differenzierende Wirkung des Kondensators 14 be
dingten Unterschwingers US besonders niedrig ist.
Durch das Verzögerungsglied VZ1 werden somit im wesentlichen die Reaktions
zeiten der elektrooptischen Sende- und Empfangsbauelemente und die Laufzeit
in der Übertragungsstrecke 4 kompensiert, während das Verzögerungsglied VZ2
darüber hinaus noch für eine Verschiebung auf die dem Abfallen des jeweiligen
Signalimpulses unmittelbar folgende Zeitspanne sorgt.
Somit werden die Kondensatoren 23, 25 der beiden Tiefpaßfilter 22, 23 bzw. 24,
25 auf die in Fig. 3 gezeigten Gleichspannungswerte TP1 bzw. TP2 aufgeladen,
von denen der letztere das bis dahin noch nicht eliminierte Wechselfremdlicht FL
und der erstgenannte die Summe aus diesem Wechselfremdlicht und dem Nutz
licht darstellt.
Der Impedanzwandler 26 sorgt dafür, daß der Tiefpaß 24, 25 trotz des nachfol
genden Spannungsteilers 27, 28 nicht stärker belastet wird, als der Tiefpaß 22,
23, der unmittelbar und ausschließlich mit dem hochohmigen Eingang des Diffe
renzverstärkers 30 verbunden ist.
Der Spannungsteiler 27, 28 leitet aus dem Ausgangs-Spannungswert TP2 des
Tiefpasses 26, 27 einen Referenzpegel RF ab, der mit TP2 in steuerbarer Weise
gekoppelt ist.
Die Steuerung dieser Koppelung erfolgt in der Weise, daß der Referenzpegel RF
im Ruhezustand, d. h. also solange kein Gegenstand genügend weit in die Licht
schranke eingetreten ist (bzw. sich genügend weit an den Lichttaster angenähert
hat), auf einem Wert gehalten wird, der deutlich unter dem Gleichspannungswert
TP1 des Tiefpasses 22, 23 liegt, wie dies in Fig. 3 in der zweiten Zeile von oben
für die drei ersten Signalimpulse von links dargestellt ist.
Tritt dann ein Gegenstand in die Übertragungsstrecke ein, so sinken die Schei
telwerte der Signalimpulse ab, so daß der Spannungswert TP1 am Kondensator
23 nach einer kurzen Zeitspanne, deren größter Teil in Fig. 3 durch eine Auslas
sung übersprungen ist, unter den Referenzpegel RF abfällt. In diesem Moment
erscheint am Ausgang des Differenzverstärkers 30 und damit auch am Ausgang
A der Schaltungsanordnung ein Schaltsignal, das die Schaltungseinheit 32 dazu
veranlaßt, die Spannung am Kondensator 25 und damit auch den Referenzpegel
RF am +-Eingang des Differenzverstärkers 30 um einen Wert TS für eine Totzeit
nach oben zu ziehen, die ausreichend lang ist, um sicherzustellen, daß nach ih
rem Ende alle Störspannungsspitzen verschwunden sind, die von den ausgelö
sten Schaltvorgängen erzeugt und in die Schaltungsanordnung eingekoppelt
werden. Dabei ist der Wert TS so groß gewählt, daß die eingekoppelten Stör
spannungen nicht in der Lage sind, den Differenzverstärker 30 zu einem Hin- und
Herschalten zu veranlassen. Die Schaltungseinheit 32 legt an den Kondensator
25 nur einen kurzen Impuls an, so daß seine Ladespannung innerhalb einiger
Impulsperioden auf den durch das Wechselfremdlicht vorgegebenen Wert TP2
abfallen kann.
Obwohl die Spannung am Kondensator 25 am Ende dieses Zeitraumes auf den
Wechselfremdlichtwert TP2 abgesunken ist, bleibt der Referenzpegel auf einem
um eine Hysteresespannung HS erhöhten Wert RF', weil das Ausgangssignal
des Differenzverstärkers 30 über den Hysteresewiderstand 31 auf den Strom-
Summationspunkt 29 rückgekoppelt wird. Diese erzwungene Hysterese bewirkt,
daß die Amplitude der Signalimpulse, die ein Zurückschalten auslösen kann,
deutlich größer sein muß als die das Schalten auslösende Amplitude. Somit wird
ohne Verlust an Empfindlichkeit ein ansonsten beim langsamen oder nur teil
weise erfolgenden Abdunkeln der Lichtimpulse durch einen Gegenstand in der
Übertragungsstrecke auftretendes Hin- und Herschalten des Schaltsignales ver
hindert, ohne daß auf Flipflop-Schaltungen zurückgegriffen werden muß. Dies ist
mit einem erheblichen Vorteil hinsichtlich der Kosten für die benötigten Bauele
mente verbunden.
Für einen Näherungssensor bzw. Lichttaster gilt entsprechendes mit umgekehrter
Schaltlogik.
In Fig. 4a ist in schematischer Weise ein Schnitt durch einen Teil der Wand 35
eines Lichtschrankengehäuses mit einer Bohrung 36 wiedergegeben, in die ein
elektrooptisches Empfangs-Bauelement 38 in herkömmlicher Weise so einge
setzt ist, daß die halbkugelige Stirnseite 39 des ansonsten zylindrischen Bauele
mentgehäuses 40 vollständig über die Außenfläche 42 der Wand 35 vorsteht, um
die Ausbildung einer Vertiefung zu vermeiden, die eine Ablagerung von Schmutz
begünstigen würde.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß in vielen Fällen das Vorstehen des halb
kugeligen Gehäuseteils über die Wandaußenfläche 42 unerwünscht oder sogar
inakzeptabel ist, daß das Empfang-Bauelement durch nicht dargestellte Mittel in
seiner axialen Lage positioniert werden muß, um nicht noch weiter nach außen
vorzuragen, und daß beim Vergießen der Lichtschranke die Bohrung 36 mit dem
Empfangs-Bauelement 38 erst abgedichtet werden muß, weil sonst das dünn
flüssige Vergußmaterial ausläuft.
Alle diese Nachteile werden durch die in Fig. 4b gezeigte Verwendung eines Ein
bauadapters 45 vermieden, der aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff herge
stellt ist und eine im wesentlichen zylindrische Form dergestalt besitzt, daß sich in
axialer Richtung zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Außendurchmesser an
einander anschließen.
Der Außendurchmesser des in Einbaurichtung hinteren Abschnitts 46 ist dabei so
groß gewählt, daß in ihm ein Innenhohlraum 48 ausgebildet sein kann, dessen
Maße den Außenabmessungen des Bauelementgehäuses 39, 40 so entspre
chen, daß das Bauelement durch die an der hinteren Stirnseite 49 des Ein
bauadapters vorgesehene Zugangsöffnung zum Innenhohlraum 48 bequem ein
geführt werden kann und im Einbauadapter 45 stabil gehalten wird.
Der Außendurchmesser des vorderen Abschnittes 50 ist demgegenüber deutlich
vermindert und entspricht in etwa dem Außendurchmesser des zylindrischen
Teils 40 des Bauelementgehäuses.
Im Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten 46, 50 ist eine sich über
den ganzen Umfang des Einbauadapters 45 erstreckende, sich vom kleinen
Durchmesser des vorderen Abschnitts 50 ausgehend nach hinten erweiternde,
stumpfkegelige Ringfläche 52 vorgesehen, die sich im eingebauten Zustand an
der Innenkante der Bohrung 36 abstützt. Auf diese Weise wird das Bauelement
ohne weiter Hilfsmittel in seiner axialen Lage exakt positioniert und gleichzeitig
die Bohrung 36 für den Vergußvorgang dicht verschlossen.
Wichtig ist, daß die axiale Länge des vorderen Abschnittes 50 des Einbauadap
ters 45 so gewählt ist, daß im eingebauten Zustand seine vordere, ebene Stirn
fläche 55 mit der Außenfläche 42 der Wand 35 fluchtet, also keinerlei Teile des
Bauelementes oder des Adapters vorstehen. Der Spalt zwischen der Außenwand
des vorderen Abschnittes 50 und der Innenwand der Bohrung 36 ist in Fig. 4b der
Deutlichkeit halber übertrieben groß dargestellt und ist in der Praxis so klein, daß
in ihm keine merkliche Schmutzablagerung erfolgen kann.
Ein wesentlicher Vorteil der in Fig. 4b gezeigten Anordnung besteht darin, daß
der Lichteintrittsbereich des Empfangs-Bauelementes 38 so weit nach hinten
verlagert ist, daß die Bohrung 36 als Eintrittspupille wirkt und den seitlichen
Lichteinfall, der in Fig. 4a durch die Pfeile F dargestellt ist, erheblich einschränkt.
Somit wird durch die Verwendung des beschriebenen Einbauadapters 45 zumin
dest für das Empfangsbauelement die Fremdlichtempfindlichkeit der Licht
schranke weiter beträchtlich vermindert.
Claims (7)
1. Elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung (1, 1') zum Erfassen von sich bewe
genden Gegenständen (7, 7') mit
- - einem elektrooptischen Sende-Bauelement (10), das von einem Oszillator (3,3') zum Aussenden von Lichtimpulsen in eine Übertragungsstrecke (4; 4', 4'') ange steuert wird,
- - einem elektrooptischen Empfangs-Bauelement (11), das dazu dient, das Licht aus der Übertragungsstrecke (4; 4', 4''), dessen Intensität durch die zu erfassenden Ge genstände (7, 7') moduliert wird, zu empfangen und in ein elektrisches Signal um zusetzen, dessen Amplitude der Intensität des empfangenen Lichtes entspricht, und
- - mit einer elektronischen Schaltungsanordnung (8, 8'), die
- - zwei Verarbeitungskanäle (19, 20), in die vom Ausgangssignal des Empfangs- Bauelements (11) abgeleitetes Signal mit Hilfe von zwei vom Oszillator (3) an gesteuerten Schaltern (17, 18) alternierend so eingespeist wird, daß der erste Verarbeitungskanal (19) ein die Intensität von Nutz- und Wechselfremdlicht repräsentierendes Signal und der zweite Verarbeitungskanal (20) ein die Intensität nur des Wechselfremdlichtes repräsentierendes Signal erhält und verarbeitet, sowie
- - eine zur Eliminierung des Wechselfremdlichtanteils die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Verarbeitungskanäle (19, 20) auswertende Schaltungseinheit (30) umfaßt, die dann, wenn die Intensität des aus der Übertragungsstrecke (4, 4') empfangenen Nutzlichtes aufgrund der durch einen sich bewegenden Gegenstand (7, 7') bewirkten Modulation einen vom Aus gangssignal des zweiten der beiden Verarbeitungskanäle (20) abgeleiteten Referenzpegel (RF) durchläuft, ein Schaltsignal erzeugt,
- dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schaltungseinheit (32) vorgesehen ist, durch die der Referenzpegel (RZ) dann, wenn ihn das Ausgangssignal des ersten Verarbeitungskanals (19) aufgrund des Erfassens eines sich bewegenden Gegenstandes (7, 7') in einer ersten Richtung durchlaufen hat, entgegen der Änderungsrichtung des Ausgangssignals des ersten Verarbeitungskanals (19) kurzzeitig um einen vorgebbaren Totzeit- Spannungswert (TS) verschoben wird.
2. Elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Schaltungsanordnung (29, 31) vorgesehen ist, durch die der Refe
renzpegel (RF) dann, wenn ihn das Ausgangssignal des ersten Verarbeitungskanals
(19) aufgrund des Erfassens eines sich bewegenden Gegenstandes (7, 7') in einer er
sten Richtung durchlaufen hat, um einen vorgebbaren Hysterese-Spannungswert
(HS), solange entgegen der Änderungsrichtung des Ausgangssignals des ersten Ver
arbeitungskanals (19) verschoben gehalten wird, bis das Ausgangssignal des ersten
Verarbeitungskanals (19) den verschobenen Referenzpegel (RF') wieder in der ent
gegengesetzten Richtung durchläuft.
3. Elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kanäle (19, 20) ein Tiefpaßfilter (22, 23; 24, 25)
enthält.
4. Elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das den Schalter (17) des ersten Kanals (19) schließende Impulssignal
den das Sende-Bauelement (10) zur Lichtabgabe ansteuernden Oszillatorimpulsen
entspricht, gegen diese aber durch eine Verzögerungsschaltung (VZ1) zur Kompen
sation von Reaktions- und Laufzeiteffekten beim Senden, Durchlaufen der Übertra
gungsstrecke (4, 4') und Empfangen der Nutzlichtimpulse so verzögert wird, daß der
zugehörige Schalter (17) zum Speichern des Spannungs-Maximalwertes eines die
Intensität von Nutz- und Fremdlicht repräsentierenden Signals im Kondensator (23)
des folgenden Tiefpaßfilters (22, 23) geschlossen wird.
5. Elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das den Schalter (18) des zweiten Kanals (20) schließende Im
pulssignal den das Sende-Bauelement (10) zur Lichtabgabe ansteuernden Oszillator
impulsen entspricht, gegen diese aber durch eine Verzögerungsschaltung (VZ2) so
verzögert wird, daß der zugehörige Schalter (18) zum Speichern des Spannungs-Mi
nimalwertes eines nur das Wechselfremdlicht repräsentierenden Signals im Konden
sator (25) des folgenden Tiefpaßfilters (24, 25) geschlossen wird.
6. Elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (22, 23) des er
sten Kanals (19) dem einen Eingang eines Differenzverstärkers (31) zugeführt wird,
an dessen anderen Eingang der vom Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (23, 24) des
zweiten Kanals (20) abgeleitete Referenzpegel (RF, RF') angelegt wird und der die
Erzeugung des Schaltsignals dann auslöst, wenn das Ausgangssignal des Tiefpaß
filters (22, 23) des ersten Kanals (19) den Referenzpegel (RF) durchläuft.
7. Elektrooptische Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für das Empfangs-Bauelement
(38) ein Einbauadapter (45) aus lichtdurchlässigem Material vorgesehen ist, der einen
an der in Einbaulage hinteren Seite offenen Innenhohlraum (48) aufweist, dessen In
nenmaße im wesentlichen den Außenmaßen des elektrooptischen Bauelements (38)
entsprechen und der an seiner in Einbaulage vorderen Seite eine ebene, geschlos
sene Stirnfläche (55) besitzt.
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