DE2735245A1 - Anordnung zur erzeugung einer konstanten signalamplitude bei einem optoelektronischen abtastsystem - Google Patents
Anordnung zur erzeugung einer konstanten signalamplitude bei einem optoelektronischen abtastsystemInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München £ VPA 77 P 2367 BRD
Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Signalamplitude bei einem optoelektronischen Abtastsystem.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung einer konstanten Signalamplitude bei einem optoelektronischen Abtastsystem,
beispielsweise bei einem inkrementalen Winkelgeber, wobei zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger Blenden
zeitweise zwischengeschoben sind und wobei die Helligkeit der Lichtquelle durch einen diese abtastenden Lichtempfänger regelbar
ist.
Neben magnetischen oder kapazitiven Abtastsystemen sind optoelektronische
Abtastsysteme zur Lagebestimmung bzw. ZustandsbeStimmung von Elementen, insbesondere von bewegten Teilen weit verbreitet.
So werden beispielsweise Taktscheiben, welche auf Antriebswellen angeordnet sind und welche abwechselrxi Durchbrüche
und Abblendbereiche aufweisen, zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger des optoelektronischen Abtastsystems hindurchgeführt,
wodurch Signale abgeleitet werden können, die zur Lagebestimmung der Antriebswelle heranziehbar sind. Die Lichtempfänger,
z.B. Fototransistoren oder Fotowiderstände und deren nachgeschaltete Verstärker- und Auswerteschaltungseinheiten arbeiten bevorzugt
gut unter für diese Einheiten charakteristischen Bedingungen, was zu der Erkenntnis führt, daß die Leuchtstärke der Lichtquelle
insbesondere auch im Hinblick auf die allgemeine Umgebungslichtstärke und das erzeugte Streulicht optimal ausgelegt werden kann.
Die Auslegung der Lichtquelle für eine optimale Leuchtstärke wird
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demnach angestrebt.-Durch Schwankungen in der Versorgungsspannung
aber auch durch sonstige Umwelteinflüsse ändert sich sowohl die Charakteristik der Leuchtstärke der Lichtquelle als auch die
Charakteristik des Lichtempfängers. Durch Nachregulierung der
Leuchtstärke der Lichtquelle können wieder optimale Charakteristiken erzielt werden.
Diese Nachregulierung der Leuchtstärke der Lichtquelle kann automatisiert
dadurch erfolgen, daß durch einen weiteren Lichtempfänger diese Lichtquelle dauernd abgetastet wird und der empfangene
Wert zur Regelung der Leuchtstärke der Lichtquelle herangezogen wird. Diese Maßnahme bedingt zusätzlichen Aufwand und setzt voraus,
daß die Lichtquelle derart großflächig ist, daß ein zusätzlicher Lichtempfänger gleichwertig erfaßt wird.
Die Verwendung des Lichtempfängers des optoelektronischen Abtastsystems
selbst zur Regelung der Leuchtstärke der Lichtquelle bereitet aus dem Grund Schwierigkeiten, da beim Abdunkeln des
Lichtempfängers durch zwischen diesen und die Lichtquelle zum Zwecke der Abtastung vorgeschobene Blenden eine Übersteuerung
der Lichtquelle die Folge wäre. Trotzdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung bereitzustellen, mittels der
dem optoelektronischen Abtastsystem eigene Lichtempfänger zur Regelung der Leuchtstärke der Lichtquelle herangezogen wird. Vornehmlich
dient das optoelektronische Abtastsystem zur Erzeugung digitaler Abtastergebnisse.
Eine Anordnung, die diesen Forderungen gerecht wird, ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß vom Lichtempfänger des optoelektronischen Abtastsystems beim Gegenüberliegen einer
Blendenlücke der empfangene Wert des Lichtstroms einer diesen Wert für die Dauer einer durch die Blende hervorgerufenen Dunkelphase
speichernden Speichervorrichtung zugeführt ist und daß dieser Wert des Lichtstroms an einer Regelschaltung für die
Leuchtstärke der Lichtquelle anliegt.
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Durch die Anordnung gemäß den erfindungsgemäßen Merkmalen wird erreicht, daß der Lichtempfänger des optoelektronischen Abtastsystems
selbst für die Regelung der Leuchtstärke der Lichtquelle heranziehbar ist. Es ist also nicht mehr erforderlich, zusätzliehe
Lichtempfänger anzuordnen, die dauernd von der Lichtquelle beleuchtet werden. Zusätzliche Lichtempfänger führen nämlich
häufig bezüglich ihrer räumlichen Anordnung zu Problemen. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen führen dazu, daß während
der funktionell bedingten Dunkelphasen am Lichtempfänger, die durch ein zeitlich begrenztes Vorschieben eines Blendenelements
vor diesen Lichtempfänger auftreten, eine Übersteuerung der Lichtquelle nicht auftritt. Somit wird durch einfache Maßnahmen, die
durch hochintegrierbare elektronische Schaltungselemente realisierbar sind, eine Regelung der Leuchtstärke der Lichtquelle erreicht,
womit sichergestellt wird, daß für das optoelektronische Abtastsystem gleichbleibende optimale Abtastbedingungen vorliegen,
die für ein einwandfreies Arbeiten zum Erkennen des Zustandes bzw. der Lage des abzutastenden Elements erforderlich sind.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß an der Auswerteleitung des
Lichtempfängers des optoelektronischen Abtastsystems über eine Gleichrichterstrecke ein Speicher angekoppelt ist, der den dem
bis zum maximal gemessenen Lichtstrom entsprechenden Spannungswert flüchtig speichert und dessen gespeicherter Spannungswert
als Regelgröße für die Lichtquelle des optoelektronischen Abtastsystems einem Regelverstärker zugeführt ist.
Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist bevorzugterweise
dahingehend weiter gebildet, daß der flüchtig speichernde Speicher aufgebaut ist aus einer über die Gleichrichterstrecke
an die Auswerteleitung des optoelektronischen Abtastsystems angekoppelten Kondensator-Widerstands-Strecke.
Aus den die erfindungsgemäße Anordnung weiterbildenden Merkmalen ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung unter Anwen-
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dung und Ausnutzung äußerst einfacher elektronischer Schaltungsmaßnahmen realisierbar ist. Wesentlich bei der Realisierung des
flüchtig speichernden Speichers sind die auftretenden Zeiten der Dunkelphasen. Entsprechend dieser Zeiten sind die Zeitkonstanten
des flüchtig speichernden Speichers, nämlich die Werte für die Kondensator-Widerstands-Strecke zu wählen. Für die Verwendung
der erfindungsgemäßen Anordnung ist es zweckmäßig, das optoelektronische Abtastsystem derart auszulegen, daß die durch die Blenden
erzielten Dunkelphasen möglichst gleich lang und relativ kurz sind, wogegen die Hellphasen beliebig lang ausdehnbar gewählt
werden können. Dies bedeutet, daß Stillstandsphasen der abzutastenden Blenden im Hellbereich liegen sollten.
Da das optoelektronische Abtastsystem durch vorgeschobene Blenden
hervorgerufene Dunkelphasen als solche erkennen soll und auswertet, bietet sich eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung
dadurch an, daß in der Speicherschaltung ein durch die Auswerteschaltung gesteuertes, die Zeitkonstante des Speichers
veränderndes Schaltelement angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, den im Speicher gespeicherten Wert während der funktionell auftretenden
Dunkelphase länger zu speichern und dadurch den Regelwert für die Leuchtstärke der Lichtquelle für diese Zeit konstant
zu halten.
Bei einer Mehrzahl von optoelektronischen Abtastsystemen mit einer gemeinsamen Lichtquelle ist es selbstverständlich ausreichend,
daß die erfindungsgemäße Anordnung lediglich von einem der Lichtempfänger angesteuert wird. In diesem Fall ist es zweckmäßig,
einen Lichtempfänger auszuwählen, bei welchem die wenigsten, die kürzesten und/oder die gleichmäßigsten Dunkelphasen
erwartungsgemäß auftreten.
Ein nach den Merkmalen der Erfindung ausgestaltetes Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Regelschaltung und Fig. 2 eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung.
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Beim Ausführungsbeispiel finden Operationsverstärker Anwendung, wie sie beispielsweise in U. Tietze - Ch. Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik",
Zweite erweiterte Auflage, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, Seiten 49 ff. und Seiten 160 ff. beschrieben
sind.
Gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 1 liefert das optoelektronische
Abtastsystem 1 einen Abtastwert 0 an einen Operationsverstärker V1, welcher diesen Wert invertiert und verstärkt an eine
digitale Auswerteschaltung über die Auswerteleitung 2 zur Verfügung
stellt. Parallel dazu wird ein weiterer Operationsverstärker V2 angesteuert, welcher einen Wert, welcher dem Spitzenwert
der empfangenen Leuchtstärke entspricht, einem flüchtig speichernden Speicher 3 zuführt, der aus einer Gleichrichterstrecke
D2 und einer Kondensator-Widerstands-Strecke R8C1 aufgebaut ist. Von diesem den Spitzenwert der Beleuchtungsstärke für den Bereich
der Dunkelphasen speichernden Speicher 3 wird ein Operationsverstärker V3 parallel zu einem über die Leitung 4 angelegten
Sollwert angesteuert. Von diesem Operationsverstärker 3 aus wird die Leuchtstärke der Leuchtdiode D1 geregelt.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die in Fig. 1 angedeutete Taktscheibe als Schlitzblende 5 ausgestaltet. Die Versorgungsspannungen U1 und U2 sind entsprechend den Erfordernissen für
die verwendeten Schaltungselemente dimensioniert.
Befindet sich eine Blendenlücke der Schlitzblende 5 zwischen der als Lichtquelle dienenden Leuchtdiode D1 und dem als Lichtempfänger
dienenden Fototransistor T, so wird an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V1 über den Vorwiderstand R2
ein Potential angelegt, welches von diesem Operationsverstärker V1 verstärkt und invertiert an der Auswerteleitung 2 zur weiteren
Auswertung zur Verfügung gestellt wird, über einen Widerstand R6 wird dieser Wert einem weiteren Operationsverstärker V2
zugeleitet, welcher über eine Gleichrichterstrecke G2 einen Kondensator
C1 auf einen der durch den Transistor T empfangenen Leuchtstärke entsprechenden maximalen Wert auflädt. Eine stän-
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dige Entladiang dieses Wertes findet über den Widerstand R10
statt. Die Werte für den Kondensator C1 und den Widerstand R10
sind derart bemessen, daß kurzfristige durch den Fototransistor T erkannte Helligkeitsschwankungen insbesondere durch funktionell
bedingte Abblendungen durch die Schlitzblende 5 keinen wesentlichen Einfluß auf das Regelverhalten haben, daß aber langer andauernde,
durch die über die Leuchtdiode D1 verursachte Änderungen der Leuchtstärke erkannt und zur Nachregulierung dieser
Leuchtstärke herangezogen werden.
Die Invertierung des Wertes0 der durch den Transistor T empfangenen
Leuchtstärke durch den Operationsverstärker V1 wird durch eine weitere Invertierung am Operationsverstärker V3 wieder aufgehoben,
so daß zur Ansteuerung der Leuchtdiode D1 ein der bei durchlässiger Schlitzblende empfangener analoger Wert zur Verfügung
steht.
Die Gleichrichterstrecke G3 dient lediglich zum Schütze des
Elektrolytkondensators C1,während der Kondensator C2 und die
nicht im einzelnen beschriebenen Widerstände gebräuchliche Schaltungsmaßnahmen in Verbindung mit Operationsverstärkern
und der Leuchtdiode D1 darstellen.
4 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Leerseite
Claims (4)
1. Anordnung zur Steuerung einer konstanten Signalamplitude bei
einem optoelektronischen Abtastsystem, beispielsweise bei einem inkrementalen Winkelgeber, wobei zwischen einer Lichtquelle und
einem Lichtempfänger Blenden zeitweise zwischengeschoben sind und wobei.die Helligkeit der Lichtquelle durch einen diese abtastenden
Lichtempfänger regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß vom Lichtempfänger (T) des optoelektronischen Abtastsystems (1) beim Gegenüberliegen einer
Blendenlücke der empfangene Wert des Lichtstroms einer diesen Wert für die Dauer einer durch die Blende (5) hervorgerufenen
Dunkelphase speichernden Speichervorrichtung (3) zugeführt ist und daß dieser Wert des Lichtstroms an einer Regelschaltung (V3)
für die Leuchtstärke der Lichtquelle (D1) anliegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Auswerteleitung (2) des Lichtempfängers (T) des optoelektronischen
Abtastsystems (1) über eine Gleichrichterstrecke (D2) ein Speicher angekoppelt ist, der den dem bis zum maximal gemessenen
Lichtstrom entsprechenden Spannungswert flüchtig speichert und dessen gespeicherter Spannungswert als Regelgröße für die Lichtquelle
(D1) des optoelektronischen Abtastsystems (1) einem Regelverstärker (V3) zugeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüchtig speichernde Speicher aufgebaut ist aus einer über die
Gleichrichterstrecke (D2) an die Auswerteleitung (4) des optoelektronischen Abtastsystems (1) angekoppelten Kondensator-Widerstands-Strecke
(R8C1).
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Speicherschaltung (3) ein durch die Auswerteschaltung gesteuertes, die Zeitkonstante des Speichers veränderndes
Schaltelement angeordnet ist.
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