DE9017631U1 - Light barrier system - Google Patents
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Description
G H * 2 OEG H * 2 OE
Siemens AktiengesellschaftSiemens AG
Lichtschrankensystem
5Light barrier system
5
Die Erfindung betrifft ein Lichtschrankensystem mit einer Lichtsendeeinrichtung, einem Mittel zur Unterbrechung des von der Lichtsendeeinrichtung ausgehenden Lichtstrahls, einer Lichtempfangseinrichtung zur Umsetzung des einfallenden Licht-Strahls in ein elektrisches Ausgangssignal und mit einem der Lichtempfangseinrichtung nachgeschalteten Komparator, an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal der Lichtempfangseinrichtung und an dessen zweitem Eingang eine Referenzspannung anliegt.The invention relates to a light barrier system with a light emitting device, a means for interrupting the light beam emanating from the light emitting device, a light receiving device for converting the incident light beam into an electrical output signal and with a comparator connected downstream of the light receiving device, at whose first input the output signal of the light receiving device is applied and at whose second input a reference voltage is applied.
Solche Lichtschrankensysteme können absolute Winkel- und Längen-Meßsysteme, inkrementale Winkel- und Längen-Meßsysteme oder auch generell Lichtschranken sein.Such light barrier systems can be absolute angle and length measuring systems, incremental angle and length measuring systems or even light barriers in general.
Aus der DE 34 41 429 C2 ist bereits ein optischer Drehkodierer bekannt, bei dem das Ausgangssignal der Lichtempfangseinrichtung mittels eines, als Schmitt-Trigger ausgeführten Komparators mit einer von außen zugeführten Referenzspannung verglichen wird. Die Referenzspannung muß dabei so gewählt werden, daß sie größer als der Minimalwert und kleiner als der Maximalwert des Ausgangssignals der Lichtempfangseinrichtung ist, damit die Aufgabe der Schaltung, an ihrem Ausgang ein Rechtecksignal zu erzeugen, erfüllt werden kann. Sinkt der Maximalwert des Aus gangssignals der Lichtempfangseinrichtung unter den Wert der Referenzspannung, so kann der Komparator keine Rechteckspannung mehr erzeugen und somit seine Aufgabe nicht erfüllen.An optical rotary encoder is already known from DE 34 41 429 C2, in which the output signal of the light receiving device is compared with an externally supplied reference voltage by means of a comparator designed as a Schmitt trigger. The reference voltage must be selected so that it is greater than the minimum value and less than the maximum value of the output signal of the light receiving device so that the circuit's task of generating a square-wave signal at its output can be fulfilled. If the maximum value of the output signal of the light receiving device falls below the value of the reference voltage, the comparator can no longer generate a square-wave voltage and thus cannot fulfill its task.
In Lichtschrankensystemen ist die Intensität des von dem Lichtsendeelement der Lichtsendeeinrichtung abgestrahlten Lichts häufig alterungs- und temperaturabhängigen Schwankungen unterworfen. In der Regel wird die Lichtintensität mit zunehmendem Alter und steigender Temperatur abnehmen. Das kann dazu führen, daß eine Schaltung, wie sie aus der DE 34 41 429 C2 bekanntIn light barrier systems, the intensity of the light emitted by the light emitting element of the light emitting device is often subject to age- and temperature-dependent fluctuations. As a rule, the light intensity decreases with increasing age and rising temperature. This can lead to a circuit as known from DE 34 41 429 C2
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ist, nicht mehr funktioniert, da das Ausgangssignal der Lichtempfangseinrichtung proportional der Intensität des einfallenden Lichts ist.no longer works because the output signal of the light receiving device is proportional to the intensity of the incident light.
Als Lösung dieses Problems ist es bekannt, den Lichtsendeelementestrom nachzuregeln. Dadurch wird jedoch das Lichtsendeelement thermisch belastet, wodurch die Lichtintensität wieder abnimmt und diese Abnahme durch ein Nachregeln des Stromes wieder kompensiert werden muß. Diesem positiven Regelkreis muß durch Betrieb des Lichtsendeelements mit niedrigerem Nennstrom entgegengewirkt werden, wodurch allerdings Lichtintensität verschenkt wird. Das Nachregeln des Stromes und die damit verbundene Temperaturzunahme führt auch zu einer Abnahme der Lebensdauer des Lichtsendeelements.A known solution to this problem is to adjust the light emitting element current. However, this places thermal stress on the light emitting element, which causes the light intensity to decrease again, and this decrease must be compensated for by adjusting the current. This positive control loop must be counteracted by operating the light emitting element with a lower nominal current, which, however, means that light intensity is wasted. Adjusting the current and the associated increase in temperature also leads to a reduction in the service life of the light emitting element.
Eine weitere Lösungsmöglichkeit besteht in der Gegentaktabtastung des einfallenden Lichtstrahls. Eine dafür mögliche Schaltung ist in der EP 0 102 2Al Bl beschrieben. Es sind dort zwei Lichtempfangselemente vorgesehen, deren Ausgangssignale bei gleicher Amplitude eine Phasendifferenz von 180* aufweisen. Durch Vergleich dieser Signale mittels eines Komparators läßt sich eine rechteckförmige Ausgangsspannung erzeugen, die unabhängig vom Pegel dieser Ausgangssignale ist. Eine solche Schaltung zur Gegentaktabtastung bedingt jedoch eine größere Anzahl von Schaltungselementen. Außerdem ist ein aufwendigerer Abgleich nötig.Another possible solution is push-pull scanning of the incident light beam. A possible circuit for this is described in EP 0 102 2Al Bl. Two light receiving elements are provided there, the output signals of which have a phase difference of 180* at the same amplitude. By comparing these signals using a comparator, a rectangular output voltage can be generated that is independent of the level of these output signals. However, such a circuit for push-pull scanning requires a larger number of circuit elements. In addition, more complex adjustment is necessary.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lichtschrankensystem zu schaffen, dessen Ausgangssignal in weiten Grenzen unabhängig von Alterung und Temperaturgang der Lichtsendeelemente ist, ohne die oben aufgeführten Nachteile zu haben.The object of the invention is therefore to create a light barrier system whose output signal is largely independent of aging and temperature variation of the light emitting elements, without having the disadvantages listed above.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Referenzspannung aus dem Ausgangssignal der Lichtempfangseinrichtung gebildet wird. 35The task is solved by forming the reference voltage from the output signal of the light receiving device. 35
Damit läßt sich sicherstellen, daß die Referenzspannung immer kleiner als der Maximalwert des Ausgangssignals der Lichtempfangseinrichtung bleibt, da sich die Referenzspannung proportional zu diesem Maximalwert ändert. Erreicht wird es dadurch,This ensures that the reference voltage always remains smaller than the maximum value of the output signal of the light receiving device, since the reference voltage changes proportionally to this maximum value. This is achieved by
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daß zwischen dem Ausgang der Lichtempfangseinrichtung und dem zweiten Eingang des Komparators eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode und zwischen dem zweiten Eingang des Komparators und Masse ein aus der Parallelschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand gebildetes RC-Glied vorgesehen ist.that a forward-biased diode is provided between the output of the light receiving device and the second input of the comparator, and an RC element formed by a parallel connection of a capacitor with a resistor is provided between the second input of the comparator and ground.
Das Ausgangssignal der Lichtempfangseinrichtung lädt über die Diode den Kondensator auf, der sich gleichzeitig über dem Widerstand entlädt und somit nie bis zum Maximalwert des Ausgangssignals aufgeladen wird. Die am Kondensator abfallende Spannung bildet die Referenzspannung, die dem Komparator zugeführt wird.The output signal of the light receiving device charges the capacitor via the diode, which simultaneously discharges via the resistor and is therefore never charged to the maximum value of the output signal. The voltage drop across the capacitor forms the reference voltage that is fed to the comparator.
Wenn der Ladestrom des Kondensators gleich groß wie sein Entladestrom ist, stellt sich ein gutes 1:1-Verhältnis des Ausgangssignals des Lichtschrankensystems ein. Erreicht wird diese Gleichheit des Lade- und Entladestroms vorzugsweise dadurch, daß der im RC-Glied vorgesehene Widerstand durch eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode gebildet ist. Dadurch wird auch ein günstiger Einfluß auf das Temperaturverhalten der Schaltung erreicht, da bei ansteigender Temperatur die Widerstände der Dioden kleiner werden, wodurch der Lade- sowie der Entladestrom größer werden, ohne daß sich dabei die Spannung am Kondensator und damit die Referenzspannung am Komparator ändert.If the charging current of the capacitor is the same as its discharging current, a good 1:1 ratio of the output signal of the light barrier system is achieved. This equality of charging and discharging current is preferably achieved by the resistance provided in the RC element being formed by a diode polarized in the forward direction. This also has a positive influence on the temperature behavior of the circuit, since as the temperature increases the resistance of the diodes becomes smaller, which increases the charging and discharging currents without the voltage on the capacitor and thus the reference voltage on the comparator changing.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Es zeigt dabeiThe invention will now be explained in more detail using an embodiment with the aid of figures. It shows
Fig. 1 eine mögliche Realisierung des Lichtschrankensystems mit einer gestrichelt dargestellten Alternative zu einem Schaltungsdetail,Fig. 1 a possible implementation of the light barrier system with a dashed alternative to a circuit detail,
Fig. 2 den Verlauf des Ausgangssignals der Lichtempfangseinrichtung, der Referenzspannung, sowie des Ausgangssignals des Lichtschrankensystems,Fig. 2 the course of the output signal of the light receiving device, the reference voltage, and the output signal of the light barrier system,
Fig. 3 die Auswirkung einer Abnahme der Lichtintensität auf die Spannungs&ngr;erlaufe.Fig. 3 the effect of a decrease in light intensity on the voltage curve.
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Fig. 1 zeigt einen optischen Winkelkodierer, bei dem eine Leuchtdiode 2 über einen Vorwiderstand 1 mit einer Spannungsquelle UB verbunden ist. Ein aus den Widerständen 5 und 6 gebildeter Spannungsteiler ist ebenfalls mit der Spannungsquelle UB verbunden und stellt zusammen mit einem Widerstand 7 den Arbeitspunkt eines Fototransistors 4 ein. Der Fototransistor 4 ist dabei mit seinem Kollektor zwischen den Widerständen 5 und 6 und mit seinem Emitter über den als Arbeitswiderstand wirkenden Widerstand 7 an Massepotential angeschlossen. Somit ergibt sich ein geringer Ausgangswiderstand dieses in Kollektorschaltung betriebenen Fototransistors 4. In den Strahlengang zwischen der Leuchtdiode 2 und dem Fototransistor 4 ist eine bewegliche Rasterblende 3 eingefügt. Der Emitter des Fototransistors 4 ist einerseits mit dem invertierenden Eingang und andererseits über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 9 mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 8 verbunden. Zwischen dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 und dem Massepotential ist die Parallelschaltung aus einem Kondensator 10 und einem Widerstand 11 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 8 ist mit seinem nicht-invertierenden Eingang über einen Kondensator 12 verbunden. Zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 und dem Massepotential ist ein Kondensator 13 angeschlossen.Fig. 1 shows an optical angle encoder in which a light-emitting diode 2 is connected to a voltage source UB via a series resistor 1. A voltage divider formed from resistors 5 and 6 is also connected to the voltage source UB and, together with a resistor 7, sets the operating point of a phototransistor 4. The phototransistor 4 is connected with its collector between resistors 5 and 6 and with its emitter to ground potential via resistor 7, which acts as a working resistor. This results in a low output resistance of this phototransistor 4, which is operated in a collector circuit. A movable raster 3 is inserted into the beam path between the light-emitting diode 2 and the phototransistor 4. The emitter of the phototransistor 4 is connected on the one hand to the inverting input and on the other hand to the non-inverting input of an operational amplifier 8 via a diode 9 polarized in the forward direction. The parallel circuit consisting of a capacitor 10 and a resistor 11 is connected between the non-inverting input of the operational amplifier 8 and the ground potential. The output of the operational amplifier 8 is connected to its non-inverting input via a capacitor 12. A capacitor 13 is connected between the inverting input of the operational amplifier 8 and the ground potential.
Der Lichtstrom von der Leuchtdiode 2 zum Fototransistor 4 wird von der Rasterblende 3 periodisch unterbrochen. Das Ausgangssignal UA des Fototransistors 4 ist proportional der Intensität des einfallenden Lichts und gelangt einerseits an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 und lädt andererseits über die Diode 9 den Kondensator 10 auf. Dabei wird der Kondensator 10 nie bis zum Spitzenwert von UA aufgeladen, da er sich ständig über den Widerstand 11 entlädt. Die Diode 9 verhindert ein Entladen des Kondensators 10 über den Widerstand Die Spannung UK am Kondensator 10 liegt am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8. Wird nun die Ausgangsspannung UA des Fototransistors 4 größer als die Spannung UK amThe light flow from the light-emitting diode 2 to the phototransistor 4 is periodically interrupted by the raster aperture 3. The output signal UA of the phototransistor 4 is proportional to the intensity of the incident light and reaches the inverting input of the operational amplifier 8 on the one hand and charges the capacitor 10 on the other hand via the diode 9. The capacitor 10 is never charged to the peak value of UA, as it is constantly discharging via the resistor 11. The diode 9 prevents the capacitor 10 from discharging via the resistor. The voltage UK on the capacitor 10 is at the non-inverting input of the operational amplifier 8. If the output voltage UA of the phototransistor 4 is now greater than the voltage UK on the
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Kondensator 10, so schaltet der Operationsverstärker 8 sein Ausgangssignal US auf den Low-Pegel. Dadurch sinkt, bedingt durch die Rückkopplung des Ausgangssignals US des Operations- ^ Verstärkers 8 auf seinen nicht-invertierenden Eingang, die Spannung UK am Kondensator 10 auf einen etwas kleineren Wert. Sinkt die periodische Spannung UA unter diesen Wert der Spannung UK am Kondensator 10, so schaltet der Operationsverstärker 8 sein Ausgangssignal US auf den High-Pegel. Die Spannung UK nimmt wieder ihren ersten Wert an. Durch diese Schalthysterese wird ein Schwingen des Operationsverstärkers 8 beim Umschalten vom Low- auf den High-Pegel und umgekehrt vermieden. Der Kondensator 13 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 verhindert ein Schwingen des Ausgangssignals USCapacitor 10, the operational amplifier 8 switches its output signal US to the low level. As a result, the voltage UK on capacitor 10 drops to a slightly lower value due to the feedback of the output signal US of the operational amplifier 8 to its non-inverting input. If the periodic voltage UA drops below this value of the voltage UK on capacitor 10, the operational amplifier 8 switches its output signal US to the high level. The voltage UK returns to its original value. This switching hysteresis prevents the operational amplifier 8 from oscillating when switching from the low to the high level and vice versa. The capacitor 13 on the inverting input of the operational amplifier 8 prevents the output signal US from oscillating.
^ durch Rückwirkung des Ausgangs auf diesen Eingang. In Fig. 2 sind die Spannungsverläufe von UA, UK und US dargestellt.^ through feedback of the output on this input. In Fig. 2 the voltage curves of UA, UK and US are shown.
Da die Spannung UK am Kondensator 10 abhängig von der Amplitude der Ausgangsspannung UA des Fototransistors A ist, und somit ® die durch die Spannung UK gebildete Referenzspannung des durch den Operationsverstärker 8 gebildeten Komparators proportional dem Ausgangssignalpegel des Fototransistors und damit der Lichtintensität der Leuchtdiode 2 ist, ist das Ausgangssignal US des Operationsverstärkers 8 unabhängig von alterungs-" und temperaturabhängigen Schwankungen des von der Leuchtdiode 2 abgesendeten Lichts. In Fig. 3 sind ein Ausgangssignal UAl der Lichtempfangseinrichtung A und eine Spannung UKl am KondensatorSince the voltage UK at the capacitor 10 is dependent on the amplitude of the output voltage UA of the phototransistor A, and thus the reference voltage formed by the voltage UK of the comparator formed by the operational amplifier 8 is proportional to the output signal level of the phototransistor and thus to the light intensity of the light-emitting diode 2, the output signal US of the operational amplifier 8 is independent of age- and temperature-dependent fluctuations in the light emitted by the light-emitting diode 2. In Fig. 3, an output signal UAl of the light receiving device A and a voltage UKl at the capacitor
10 gestrichelt dargestellt. Weiterhin sind ein aufgrund von Alterung und/oder Temperaturabhängigkeit der Lichtsendeeinrichtung 2 geringeres Ausgangssignal UA2 und eine davon abgeleitete Spannung UK2 am Kondensator 10 mit durchgehender Linie dargestellt. Im unteren Teil der Fig. 3 ist zu sehen, daß sich das Ausgangssignal US des Lichtschrankensystems nicht ändert.10 is shown in dashed lines. Furthermore, a lower output signal UA2 due to aging and/or temperature dependence of the light emitting device 2 and a voltage UK2 derived from it at the capacitor 10 are shown with a solid line. In the lower part of Fig. 3 it can be seen that the output signal US of the light barrier system does not change.
■^ Da der Pegel der Spannung UK am Kondensator 10 von dem Entladestrom über den Widerstand 11 abhängt, kann durch den Widerstand■^ Since the level of the voltage UK at the capacitor 10 depends on the discharge current via the resistor 11, the resistor
11 die Spannung UK und somit das Tastverhältnis der Spannung US eingestellt werden. Durch Wahl eines Widerstandswerts, der dem der Diode 9 entspricht, was durch Ersetzen des Widerstands 11 durch eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 14 vom gleichen Typ11 the voltage UK and thus the duty cycle of the voltage US can be set. By selecting a resistance value that corresponds to that of the diode 9, which can be achieved by replacing the resistor 11 with a forward-biased diode 14 of the same type
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wie die Diode 9 erreicht werden kann, kann ein Tastverhältnis von 0,5 erzielt werden, da der Ladestrom über die Diode 9 und der Entladestrom über den der Kapazität parallel geschalteten Widerstand 11 gleich groß sind. In Fig. 1 ist die Diode 14 gestrichelt dargestellt.As can be achieved with the diode 9 , a duty cycle of 0.5 can be achieved, since the charging current via the diode 9 and the discharging current via the resistor 11 connected in parallel with the capacitor are equal. In Fig. 1, the diode 14 is shown in dashed lines.
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Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9017631U DE9017631U1 (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Light barrier system |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4023764 | 1990-07-26 | ||
| DE9017631U DE9017631U1 (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Light barrier system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9017631U1 true DE9017631U1 (en) | 1991-04-18 |
Family
ID=25895383
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9017631U Expired - Lifetime DE9017631U1 (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Light barrier system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9017631U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4324590A1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-01-26 | Leuze Electronic Gmbh & Co | Method for regulating the response sensitivity of a light barrier arrangement |
| DE19718391A1 (en) * | 1997-04-30 | 1998-11-05 | Sick Ag | Method for operating an opto-electronic sensor |
-
1990
- 1990-07-26 DE DE9017631U patent/DE9017631U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4324590A1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-01-26 | Leuze Electronic Gmbh & Co | Method for regulating the response sensitivity of a light barrier arrangement |
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| US5933242A (en) * | 1997-04-30 | 1999-08-03 | Sick Ag | Method for the operation of an opto-electronic sensor |
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