DE3830520A1 - Vorrichtung zur erzeugung von steuerspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Steu­ erspannungen mit Hilfe eines in mindestens einer Koordinate bewegbaren Steuerhebels.

Solche Vorrichtungen sind als Sollwert­ geber bekannt und dienen z. B. zur Fernsteuerung von mechani­ schen und/oder elektronischen Funktionen, die je nach manueller Verstellung des Steuerhebels ausgeführt werden. Zu diesen Zweck sind derartige Vorrichtungen über den Steuerhebel z. B. mit Potentiometern verbunden, deren Einstellung ein Maß für die Steuerspannungen ist, die an den Klemmen der Potentiometer abgreifbar sind. Es ist bekannt, den Steuerhebel über ein Ge­ lenk mit zwei orthogonal aufeinander stehenden Achsen zu verbin­ den, welche mit je einem Potentiometer verbunden sind. So ist es möglich, die Potentiometer durch einzelnes oder auch gleich­ zeitiges Verdrehen der Achsen zu verstellen. Es können dabei entweder beide Ausgangsspannungen der Potentiometer verändert werden oder nur eine, wenn der Steuerhebel nur eine der beiden Achsen dreht, wobei die andere unbeeinflußt bleibt. Die be­ schriebene Vorrichtung hat insbesondere dann Nachteile, wenn sie in einer Umgebung eingesetzt wird, in der die Kontaktbahnen der Potentiometer einer Korosion unterworfen sind. Auch eine mechanische Abnutzung der Potentiometerbahnen wirkt sich nach­ teilig auf die Erzeugung der Steuerspannungen aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für Sollwertgeber für Fernsteuer- und Regeleinrichtungen derart auszubilden, daß sie weder korrosionsempfindlich ist noch einer mechanischen Abnutzung unterliegt. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst. Weitere Ausge­ staltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt eine an die Vorrichtung nach Fig. 1 anschießbare Auswerteschaltung.

In Fig. 1 ist ein Steuerhebel 1 gezeigt, der in einem Kugella­ ger 2 derart gehalten wird, daß er in der positiven und negati­ ven X-Richtung sowie in der positiven und negativen Y-Richtung verstellbar ist. Am Ende des Hebels 1 ist eine Lichtquelle 3, z. B. eine Lampe angeordnet. Die Lichtquelle 3 kann aber auch durch das Ende eines Lichtleiters ausgebildet sein, an dessen anderem Ende eine Lampe angeordnet ist. Die Lichtquelle 3 sen­ det einen gebündelten Lichtstrahl 4 auf einen positionssempfind­ lichen Detekor 5, welcher Elektrodenanschlüsse X 1, X 2, Y 1, Y 2 z. B. an seinen vier Ecken besitzt. Ein derartiger positionssen­ sitiver Detektor (PSD) ist unter dem Begriff "Two-Dimensional-PSD" (Pin-Cushion-Type) bekannt und in der Applikations-Schrift der Firma Hamamatsu beschrieben. Ein sol­ cher Detektor ist z. B. in Optiken einsetzbar. Man kann damit die Positionen eines Lichtflecks bestimmen oder man kann ein solches Element auch in einem optischen Distanzmeßgerät einset­ zen.

Die Erfindung wird darin gesehen, dieses an sich bekannte Bau­ teil PSD in einer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen Vorrichtung einzusetzen, mit dem damit verbunde­ nen Vorteil, daß die Erzeugung der Steuerspannungen berührungs­ los erfolgt und damit Abnutzungserscheinungen vermieden werden.

Nachfolgend wird die an die Vorrichtung nach Fig. 1 anschließ­ bare elektronische Auswerteschaltung mit Hilfe der Fig. 2 beschrieben.

Die an den Anschlüssen X 1, X 2, Y 1 und Y 2 entstehenden Photoströ­ me werden über Verstärker V 1, V 2, V 3 und V 4 zu Steuerspannun­ gen X und Y umgeformt. Zur Erzeugung der Spannung X sind der X 1- und Y 2-Anschluß mit dem nichtinvertierenden Eingang und der Y 1- und der X 2-Anschluß mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers V 5 verbunden, an dessen Ausgang die Spannung X abnehmbar ist. Zur Erzeugung der Spannung Y sind der X 1- und der Y 1-Anschluß mit dem invertierenden Eingang und der X 2- und der Y 2-Anschluß mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Ver­ stärkers V 6 verbunden, an dessen Ausgang die Spannung Y abnehm­ bar ist. Die Verteilung der Anschlüsse X 1, X 2, Y 1 und Y 2 auf die Eingänge der Verstärker V 5 und V 6 ergibt sich aus vorgegebe­ nen Formeln, die in der Applikations-Schrift für die Koordina­ ten X und Y angegeben sind, gelten auch für die erzeugten Span­ nungen X und Y.

Diese bekannten Formeln lauten:

2L ist die Seitenlänge des quadratförmigen des Elementes.

Bei der bekannten Schaltung ist zur Bildung des Quotienten in der Formel noch je ein Dividierer notwendig. Bei der Schaltung nach Fig. 2 können diese Dividierer entfallen, da durch eine besondere Schaltungsmaßnahme die Summe der Spannungen auf den X 1-, X 2-, Y 1- und Y 2-Anschlüssen konstant gehalten wird. Dazu werden diese auf einen Summationsverstärker V 7 geschaltet. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers V 7 gelangt über eine Regel­ stufe 6, z. B. einen PID-Regler, an die Stromversorgung 7 für die Lichtquelle 3, der über einen Sollwertgeber 8 den Licht­ strom der Lichtquelle 3 konstant hält. Der PID-Regler ist an sich bekannt und z. B. in dem Buch von Tietze-Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik", Siebte Auflage, Seite 809 be­ schrieben. Der Sollwertgeber 8 kann z. B. ein Bauteil mit der Bezeichnung REF 02 der Firma Maxim sein.

Zur Absicherung gegen Störungen des elektronischen Systems, z. B. infolge eines Ausfalls der Lichtquelle 3 oder der Regelstu­ fe 6 ist ein Fensterkomparator 9 vorgesehen. Ein derartiger Fensterkomparator ist z. B. in dem gleichen Buch, Tietze-Schenk Seite 180 beschrieben. Sobald der aus dem Summationsverstärker V 7 entnommene Spannungswert nicht mehr innerhalb der vom Fen­ sterdiskriminator 9 vorgegebenen Grenzen liegt, werden Schalt­ stufen 10 und 11 umgeschaltet, die die Ausgangsspannungen für X und Y auf einem festen Referenzwert U _ref schalten.

Bei Anwendung der Schaltung z. B. auf die Steuerung eines Kra­ nes, werden diese Referenzspannungen auf den Wert Null ge­ bracht, damit sämtliche Steuermotoren stromlos werden.

Bei Anwendung der Schaltung auf eine Fernsteuerung von anderen Objekten kann es auch darauf ankommen, die Spannungen für X und Y auf einen von Null abweichenden definierten festen Wert zu legen.

Die beschriebene Vorrichtung kann in der Weise arbeiten, daß eine oder mehrere Funktionen so lange ausgeführt werden, wie der Hebel aus einer Nullstellung ausgelenkt wird. Die Vorrich­ tung kann auch in der Weise arbeiten, daß eine oder mehrere Funktionen des gesteuerten Objektes auf den durch die Auslen­ kung des Hebels vorgegebenen Wert eingestellt werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Steuerspannungen (X, Y) mit Hilfe eines in mindestens einer Koordinate bewegbaren Steuerhebels, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Steuerhebel (1) eine Lichtquelle (3) verbunden ist, die auf einen positionssensitiven Detektor (5) ein­ wirkt, welcher an seine Ausgangsklemmen (X 1, X 2, Y 1, Y 2) Ströme in Abhängigkeit vom Auftreffpunkt des Lichtstrahls (4) auf dem Detektor (5) liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen (X 1, X 2, Y 1, Y 2) des Detektors (5) mit einer Schaltungsanord­ nung verbunden sind, die den wirksamen Lichtstrom (4) der Lichtquelle (3) konstant hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Anord­ nung (9, 10, 11) vorgesehen ist, die beim Ausfall der Lichtquelle (3) oder einer diese regelnden Schaltung (6) die Steuerspannungen (X, Y) auf einen vorgebbaren Wert (U _ref) einstellt.