DK172428B1 - Fremgangsmåde til indstilling af en elektrooptisksignalvej og apparat til udøvelse af fremgangsmåden - Google Patents

Description

DK 172428 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde af den i krav l's indledning angivne art.

I en kendt fremgangsmåde af denne art, som beskrevet i f.eks. "Lichtschranken" af M. Rascher og H. Klemmt, Dr. Alfred Huthig 5 Verlag GmbH, 1987, udsender en lyskilde korte lysimpulser med et fast impuls/pause forhold og en fast pulsintensitet. En lysfølsom modtager er tilsluttet et midlingskredsløb samt et enkelt komparatorkredsløb. På udgangen af komperatoren vil optræde et signal, som indikerer, hvorvidt den dannede middel-10 værdi er over eller under en indstillet referenceværdi, som påtrykkes komparatorens referenceindgang. En afbrydelse af den optiske transmission mellem lyskilde og lysmodtager vil give anledning til en mindre middelværdi, som, efter sammenligningen med den faste reference, vil resultere i et skift i ud-15 gangssignalet på komparatoren. Der er flere ulemper ved denne fremgangsmåde. Opsættes flere sæt, bestående af en lyskilde og en lysmodtager, tæt på hverandre, kan der opstå en fejlsituation, hvor det ikke er muligt at indstille en referenceværdi, som, på stabil måde, resulterer i et signalskift på komperato-20 rens udgang, når den til lysmodtageren hørende lyskilde afbry des. De øvrige lyskilder vil utilsigtet bidrage til en middelværdi, som uanset afbrydelse af den aktuelle lyskilde, hindrer et signalskift på den aktuelle komparators udgang. Indstilles referenceværdien så tæt på den middelværdi, som optræder, når 25 ingen lyskilder er afbrudt, at en afbrydelse til den til lysmodtageren hørende lyskilde netop resulterer i et signalskift, vil lysmodtageren blive meget følsom over for i industrien ofte forekommende forstyrrelser som f.eks. elektrisk støj indstråling, mekaniske rystelser af lyskilden samt variationer i 30 lyskildens udsendte lyspulsintensitet på grund af temperaturvariationer og komponentældning.

I et apparat i US patentskrift nr. 5.126.555 sikres mod ovennævnte fejlsituation, ved at et synkroniseret modtagerkredsløb, som sikrer at kun det af lyskilden udsendte pulsmønster, 35 efter refleksion på et objekt, genkendes i lysmodtagerens DK 172428 B1 2 såkaldte aktivatorkredsløb. Dette opnås ved at genkende det udsendte puls/pause mønster, f.eks. realiseret som en exclusive- or gate, i stedet for en simpel middelværdidannelse. Herved opnås, at fremmede lyskilder, som udsender en kontinuert 5 eller pulsformet lysintensitet, der registreres på lysmodtageren, kan skelnes fra apparatets egen lyskilde, så et fejlbehæftet skift på udgangen bliver undgået. Lyskilden holdes afbrudt, indtil en fejlsituation er ophørt.

En ulempe ved dette apparat er, at det kan inaktiveres ved 10 belysning med en fremmed lyskilde. En anden ulempe er, at den i apparatet benyttede, faste lyspulsintensitet ikke umiddelbart sikrer mod den overstyring af den lysfølsomme modtager eller det efterfølgende midlingskredsløb, som optræder ved kraftigt reflekterende objekter. Endelig er en væsentlig ulem-15 pe, at dette apparat ikke indeholder midler til afpasning af lyskildens pulsintensitet til en anvendelse med varierende transmissionsforhold mellem lyskilden og lysmodtageren.

Denne ulempe er afhjulpet i et apparat, beskrevet i EP 0.418.989, som beskriver en fotocelle med en lyskilde, hvis 20 udgangseffekt automatisk tilpasses eventuelt forekommende urenheder på lyskilden eller på lysmodtageren. Forekomst af urenheder kan resultere i en gradvis dæmpning af transmissionsforholdet mellem disse. Virkningen opnås ved et detek-tionskredsløb, som er tilsluttet lysmodtageren.

25 Detektionskredsløbet udløser en koblingsproces, som sikrer, at den modtagne lyseffekt holdes konstant, idet der tilvejebringes en justering af lyskildens middeleffekt. Herved opnås, at fotocellens "gennemtrængningseffekt" altid er den samme, således at den i tidens løb ikke kommer til at reagere på delvis 30 gennemsigtige objekter og på en gradvis dæmpning af lystransmissionen mellem lyskilden og lysmodtageren. En ulempe ved dette apparat er, at flere sæt med hver sin lyskilde og lysfølsomme modtager, vil påvirke hverandres indstilling, når de monteres så tæt, at en enkelt lyskilde kan belyse flere af de 35 lysfølsomme modtagere, enten ved direkte indstråling eller ved 3 DK 172428 B1 utilsigtet refleksion fra objekter eller begrænsningsflader.

En anden ulempe er, at apparatet benytter pulser med, i princippet, ens intensitet eller puls/pause forhold, hvilket medfører, at de modtagne lyspulser, kun i ringe grad, bibringer 5 lysmodtageren information om de aktuelle transmissionsforhold mellem lyskilde og lysmodtager.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en fremgangsmåde, som, i et system med flere lyskilder og lysfølsomme modtagere, muliggør genkendelse af den til hver en-10 kelt lysfølsomme modtager hørende lyskilde, samt i et system med kun en enkelt lyskilde og lysfølsom modtager sikrer den lysfølsomme modtager en detaljeret information om transmissionsforholdene fra lyskilden for til enhver tid at kunne sikre et lineært udstyringsområde for det samlede system.

15 Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at den indledningsvis angivne fremgangsmåde er ejendommelig det i krav l's kendetegnende del angivne.

Herved tilføjes de udsendte lyspulser gennem modulationssignalet informationsbærende amplitudesignaler, hvor informatio-20 nen indrettes således, at den dels kan benyttes til at afsøge det til enhver tid tilgængelige lineære udstyringsområde for den elektrooptiske signalvej og dels kan benyttes til sikring mod at forskellige, tæt på hinanden opsatte signalveje, ikke giver anledning til fejlfunktion af nogen signalvej. Som den 25 angivne mindste puls er det hensigtsmæssigt at vælge lysmodtagerens hovedsageligt konstante støjniveau eller støjgulv, altså de amplitudeværdier, som er så store, at de netop er markeret i støjen. Som den angivne største puls er det hensigtsmæssigt at vælge lysmodtagerens overstyringsniveau, idet 30 modtageren over dette niveau mister amplitudeinformationen, hvorfor det er spild af sendereffekt at overskride dette niveau. Det første signalbehandlingskredsløb modtager disse henholdsvis mindste og største pulser og tilbagekobler resultatet af denne modtagelse til det andet signalbehandlingskredsløb, 4 DK 172428 B1 som behandler dette resultat til indstillingen af et lineært udstyringsområde for den elektrooptiske signalvej.

Opfindelsen angår også et apparat af den i krav 6's indledning angivne art til udøvelse af opfindelsen, hvilket apparat er 5 ejendommeligt ved det i krav 6's kendetegnende del angivne.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives under henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 viser et overordnet blokdiagram af et apparat ifølge opfindelsen, 10 fig. 2 viser et detaljeret blokdiagram af en foretrukken udførelsesf orm for apparatet i fig. 1, fig. 3 viser en principskitse af et udførelseseksempel på de modulerede udsendte lyspulser, illustreret i form af et kurveforløb for et elektrisk signal fra et kodningskredsløb i 15 apparatet ifølge opfindelsen, set i tidsdomænet, fig. 4 viser en principskitse af et signalforløb i apparatet i fig. 2, anvendt til indstilling af en elektrooptisk signalvej i tilfælde af varierende optiske transmissionsforhold mellem lyskilde og lysmodtager til sikring af et lineært udstyrings-20 område af den elektrooptiske signalvej, og fig. 5a, 5b og 5c viser principskitser af tre udførelseseksempler af modulationssignaler eller modulationsformater anvendt til indstilling af den elektrooptiske signalvej.

Det i fig. 1 viste apparat omfatter en lyskilde 1 og en lys-25 modtager 2, som indgår i en elektrooptisk signalvej. Et første signalbehandlingskredsløb 4 er sluttet til lysmodtageren 2 til registrering af det fra lyskilden 1 udsendte lys, som udsendes i form af lyspulser 29. På en signaludgang 7 på det første signalbehandlingskredsløb 4 vil der optræde et statusskift, 5 DK 172428 B1 hvis et objekt 30 giver anledning til en registreret afbrydelse af den rent optiske del af signalvejen. Lyspulserne 29 er styret fra et pulskredsløb 10, som fastlægger puls-/pausefor-holdet (duty cycle) , og fra et kodningskredsløb 5, som ind-5 stiller amplituden af den enkelte puls efter en modulations-kurve, som er fastlagt af et andet signalbehandlingskredsløb 3. Det andet signalbehandlingskredsløb 3 er koblet til det første signalbehandlingskredsløb 4. Fastlæggelsen af de modulerede lyspulser sker på baggrund af tilførte signaler 14a, 10 14b fra et betjeningspanel 13, synkroniseringspulser 12 fra pulskredsløbet 10 og signaler 8a, 8b fra det første signalbehandlingskredsløb 4. Disse signalers beskaffenhed skal nu forklares nærmere med henvisning til fig. 2.

På fig. 2 er lyskilden 1 realiseret som et lysemi tt erende ele-15 ment la og et forstærker-/driverkredsløb lb og lysmodtageren 2 er realiseret som et lysfølsomt element 2a, som er koblet til en støjsvag forforstærker 2b. Kodningskredsløbet 5 omfatter en multiplikator 3b til indføring af information i det genererede pulssignal 12, hvilken information her er eksemplificerende 20 vist som tre diskrete ampiitudeværdier 6e, 6b og 6d, som i en 3-1 multiplexer 3a overlejres pulssignalet 12. Det dannede modulerede signal 6c sendes som vist på fig. 2 fra multiplikatoren 3b til lyskilden 1. Dette signal er nærmere vist i fig.

3. Selve modulationsformatet styres af et scannerkredsløb 16, 25 som danner et skiftesignal 15 til multiplexeren 3a. De tre indgangssignaler 6e, 6b og 6d til multiplexeren 3a er dannet ud fra signaler fra det til lysmodtageren 2 tilsluttede første signalbehandlingskredsløb 4, nemlig ud fra styresignalerne 8a og 8b, som føres til to servokredsløb henholdsvis 17a og 17b i 30 det andet signalbehandlingskredsløb 3. Servokredsløbene 17a og 17b holder niveauet af de modtagne minimum- og maksimumpulser henholdsvis 20f og 20g i fig. 3 i overensstemmelse med signal-niveauerne 20a og 20c. Minimumpul serne 20f kommer ind som signalet 6d og maksimumpul serne 20g kommer ind som signalet 6e 35 i multiplexeren 3a. Hovedsignalet 20h i fig. 3 dannes som et pulssignal med en amplitude bestemt af et offset 14b i forhold 6 DK 172428 B1 til den mindste puls 20f. Dette hovedsignal 20h kommer ind som signalet 6b i multiplekseren 3a. Nævnte offset kan f.eks. som vist på fig. 2 indstilles af brugeren fra et betjeningspanel 13 som et fast offset 14b. Detektion af et objekt 30 i den 5 optiske signalvej sker som en vinduekomparation af det modtagne, midiede hovedsignal 20h med to detektionsniveauer 9a og 9b, som er vist på fig. 3.

Hvis det modtagne, midiede signal falder under det nedre detekt ionsniveau 9a, fortolkes situationen som tilstedeværelsen 10 af et objekt 30 i den optiske signalvej. Denne situation udløser en spærring eller afbrydelse af de to servoer 17a og 17b -gennem et styresignal 7 fra komparatorens signaludgang, så servoerne ikke forsøger at kompensere for objektets 30 tilstedeværelse. For igen at aktivere eller åbne servoerne 17a og 15 17b skal det modtagne, midiede signal overstige det øvre de- tektionsniveau 9b. Forskellen mellem det nedre og øvre detek-tionsniveau, henholdsvis 9a og 9b, betegnes som signalvejens hysterese 14a, og den indstilles fra betjeningspanelet 13 af brugeren, idet signalet 14a fra betjeningspanelet 13 føres til 2 0 multiplexeren 3a via summationskredsløbet 18b. Indikation af lineær funktion af den elektrooptiske signalvej sker ved hjælp af en komparator 19, ved sammenligning af de indstillede de-tektionsniveauer 9a og 9b med de servoindstillede operationsniveauer 6d og 6e. Et forsøg på, fra betjeningspanelet 13, at 25 indstille et offset 14b eller en hysterese 14a, som ikke kan realiseres med en aktuel operationsbetingelse for lyskilden 1 og lysmodtageren 2, vil resultere i et skift på komparatorens udgange 11a og 11b. Analogt hermed vil ændrede operationsbetingelser f.eks. tilsmudsning af lyskilde 1 eller lysmodtager 30 kunne resultere i, at de indstillede værdier 14a og 14b ikke længere kan opretholdes inden for det lineære område for den elektrooptiske signalvej, og der derfor vil fremkomme et skift på komparatorens 19 udgange. Disse udgangssignaler 11a og 11b kan endvidere benyttes, sammen med en beslutningsalgoritme, 35 til styring af offset 13b og hysterese 13a kredsløbene. Til styring af disse kredsløb kan der alternativt anvendes et 7 DK 172428 B1 optisk programmeringsudstyr 31, som er vist skitsemæssigt i fig. 2, og hvormed der kan udsendes lyspulser 32, som modtages i modtageren 2, idet disse lyspulser tilføres f.eks. tidsmæssigt forskudt i forhold til lyspulserne 29 og anvendes til at 5 tilføre apparatet information til styring af offset 13b og hysterese 13a kredsløbene.

De øvrige i fig. 2 viste komponenter inden for signalbehandlingskredsløbet 4 omfatter en detektor 33, en 1-3 multiplexer 34, et lavpasfilter 35 og en komparator 36, hvorfra signalud-10 gangen 7 til registrering af et objekt 30 samt til at styre de to servoer 17a og 17b afgår.

I fig. 3 er vist et udførelseseksempel på et modulationsformat, som er indrettet til anvendelse i et apparat ifølge opfindelsen og vist i tidsdomænet, hvor et udsnit af det modtag-15 ne pulssignal er vist med en mindste puls 20f, en største puls 2Og og tre signalpulser 2Oh, alle indeholdt i den samme modulationsperiode 20e. Endvidere er indikeret et støjniveau 20a samt et mætningsniveau 20c for lysmodtageren. Beliggende imellem de to niveauer, som definerer grænserne for det lineære 20 udstyringsområde for den elektrooptiske signalvej, findes de to detektionsniveauer 9a og 9b. Niveauet 20b af de modtagne hovedsignal impulser 2 Oh skal være mindre end det nedre detek-tionsniveau 9a for at blive tolket som en afbrydelse af den optiske signalvej, og, efter en afbrydelse igen overskride det 25 øvre detektionsniveau 9b for at blive tolket som, at afbrydelsen er tilendebragt. Forskellen mellem nedre og øvre detektionsniveau, henholdsvis 9a og 9b, betegnes som før nævnt som signalvejens hysterese, og den indstilles fra betjeningspanelet 13 af brugeren.

30 Et eksempel på regulering af den elektrooptiske signalvej er vist i fig. 4, hvor det udsendte pulssignal 21 er vist i tidsdomænet, og en varierende transmission 23 i den optiske signalvej giver anledning til et modtaget signal 22a, 22b, med et pulsforløb 22a, som er til stede, når den optiske signalvej er DK 172428 Bl 8 fri og med et DC-forløb 22b repræsenterende støjens middelværdi, når den optiske signalvej er afbrudt af et objekt 30. Endvidere er vist udgangsstatus 24 for signaludgangen 7. En svag dæmpning af transmissionen i den optiske signalvej giver 5 et reduceret signalniveau på lysmodtageren, hvorved den mindste puls ikke overstiger modtagerens eget støjniveau 20a. Den manglende pulserkendelse resulterer i, at minimumservoen 17b regulerer op for signalet, til den mindste puls netop erken des. Uafhængigt heraf regulerer maksimumservoen 17a op for den 10 største puls, til den netop udstyrer lysmodtageren 2 korrekt.

Når transmissionsforholdene forbedres, vil det modtagne signal blive forøget i niveau, og de to servoer 17a, 17b vil nu regulere det udsendte signalniveau ned, til det netop gengives korrekt i lysmodtageren, dvs. ingen af de modtagne pulser 15 overstiger mætningsniveauet 2. Signaludgangen 7 skifter ikke status i tilfælde af en lille ændring af transmissionsforholdene, men alene i tilfælde af en afbrydelse, som er genereret af et objekt 30 i den optiske signalvej.

Fig. 5a viser et modulationsformat 37 med forøget detektions-20 sikkerhed som følge af et stort antal signalimpuls er 20h i hver modulationsperiode til anvendelse, hvor den elektrooptis-ke signalvej benyttes i et miljø, hvor transmissionsforholdene i den optiske signalvej er forholdsvis konstante, og der stilles store krav til detektionssikkerheden.

25 Fig. 5b viser et foretrukket modulationsformat 38, nemlig et sinusformat, til benyttelse i tilfælde hvor flere lyskilder utilsigtede kan modtages på samme lysmodtager. Man sikrer herved en korrekt modtagelse af den til lysmodtageren hørende lyskilde.

30 Fig. 5c viser et foretrukket modulationsformat 39 til bestemmelse af det lineære arbejdsområde for en elektrooptisk signalvej .

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til indstilling af en elektrooptisk signalvej, som består af en lyskilde (l) , som udsender lyspulser 5 (29) og en lysmodtager (2), som er indrettet til at modtage de udsendte lyspulser (29) , og som tilsluttes et første signalbehandlingskredsløb (4) , som er indrettet til at genkende lyspulserne (29), og som ved nedsættelse af lyspulsernes (29) niveau til under en fastlagt grænse, fortrinsvis ved afbrydel-10 se af lyspulserne (29) , er indrettet til at detektere forekomsten af et objekt (30) imellem lyskilden (1) og lysmodtageren (2), kendetegnet ved, at lyskilden (1) ved hjælp af et til denne tilsluttet kodningskredsløb (5) tilføjes et modulationssignal (37 - 39), som modulerer de udsendte 15 lyspulser således, at der dannes mindst én mindste puls (20f) og mindst én største puls (20g), og at et andet signalkredsløb (3) er koblet til det første signalbehandlingskredsløb (4), som ud fra resultatet (8a og 8b) af modtagelsen af henholdsvis den største puls (20g) og den mindste puls (20f) kan sikre 20 indstilling af et lineært udstyringsområde (20d) for den elek-trooptiske signalvej.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en bruger kan indstille et offset (14b) eller en hysterese (14a) på et betjeningspanel (13) , som er forbundet med det 25 andet signalbehandlingskredsløb (3) .

3. Fremgangsmåde ifølge krav l og 2, kendetegnet ved, at en i det andet signalbehandlingskredsløb indeholdt komparator (19) sammenligner indstillede detektionsniveauer (9a, 9b), hvis differens udgør signalvejens hysterese, med 30 servoindstillede operationsniveauer (6d, 6e), idet komparato-ren (19) tilføres nævnte fire signaler (9a, 9b, 6d, 6e) og afgiver to resulterende udgangssignaler (11a, 11b), som sammen med en beslutningsalgoritme benyttes til automatisk styring af henholdsvis offsét (14b) og hysterese (14a). 10 DK 172428 B1

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at nævnte beslutningsalgoritme kan ændres af brugeren af den elektrooptiske signalvej på betjeningspanelet (13).

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 5 nævnte kodningskredsløb (5) modulerer de udsendte lyspulser (29) med en serie korte pulser med indbyrdes afvigende tids-placering (fase) og ens pulsintensitet.

6. Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, hvilket apparat omfatter en lyskilde (l) til udsendelse af 10 lyspulser (29) og en lysmodtager (2) til modtagelse af lys-pulserne (29) samt et første signalbehandlingskredsløb (4) til genkendelse af lyspulserne og til ved nedsættelse af deres niveau til under en fastlagt grænse, fortrinsvis ved afbrydelse af lyspulserne (29), at detektere forekomsten af et objekt 15 (30) imellem lyskilden (1) og lysmodtageren (2), kende - tegnet ved, at apparatet har et kodningskredsløb (5), som er sluttet til lyskilden (1) til modulation af de udsendte lyspulser (29) til dannelse af mindst én mindste puls (2Of) og mindst én største puls (20g), samt, at apparatet har et andet 20 signalbehandlingskredsløb (3) , som er forbundet med det første signalbehandlingskredsløb (4) til overførsel af resultatet (8a, 8b) af modtagelsen af henholdsvis den største puls (20g) og den mindste puls (20f) til indstilling af et lineært udstyringsområde (20d) for den elektrooptiske signalvej.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det har et betjeningspanel (13), som er forbundet med det andet signalbehandlingskredsløb (3) til indstilling af et offset (14b) eller en hysterese (14a).

8. Apparat ifølge krav 6 og 7, kendetegnet ved, at 30 det andet signalbehandlingskredsløb (3) indeholder en kompara-tor (19), som er indrettet til at sammenligne indstillede detektionsniveauer (9a, 9b) , hvis differens udgør signalvejens hysterese, med servoindstillede operationsniveauer (6d, 6e) , 11 DK 172428 B1 idet komparatoren (19) tilføres nævnte fire signaler (9a, 9b, 6d, 6e) og afgiver to resulterende udgangssignaler (11a, 11b), som tilføres betjeningspanelet (13) for sammen med en beslutningsalgoritme automatisk at styre offset (14b) og hysterese 5 (14a).

9. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at lyskilden (1) inden for en modulationsperiode (20e) udsender en række lyspulser (29) med et karakteristisk indbyrdes intensitetsforhold, som er indstillet inden for det lineære udsty- 10 ringsområde (20d) for den elektrooptiske signalvej, og som er entydig tilknyttet den nævnte lyskilde (1) , samt at signalbehandlingskredsløbet (4) er indrettet til at genkende nævnte karakteristiske amplitudeforhold.

9 DK 172428 B1 Patentkrav.

10. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det 15 omfatter et optisk programmeringsudstyr (31), som, ved udsendelse af lyspulser (32) til modtagelse i lysmodtageren (2), kan tilføre apparatet information til styring af offset (14b) og hysterese (14a) kredsløbene. 20