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Hauptachse (H2g) mindestens nahezu mit der Normalen (N)zu- sammenfällt.
30. Steuermodul nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein, mindestens angenähert tunnelförmiger Linsenträger vorgesehen ist, an dessen Peripherie die Linsen (73, 75, 99) angeordnet sind, wobei die Hauptachsen (Hs, H5) der zwei seitlichen Linsen (73, 75) in Richtung der Tunnelachse (103) axial versetzt sind, vorzugsweise symmetrisch zur Hauptachse (H29) der dritten Linse (99) und vorzugsweise radial ausgerichtet.
31. Steuermodul nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenträger in seiner Grundfläche (95) eine Positionier- und Halteanordnung (93) für den Spiegelhalter (81) aufweist.
32. Verwendung des Steuermoduls nach Anspruch 1, zum Ansteuern von Beleuchtungen anstelle handbetätigter Schalter.
33. Verwendung nach Anspruch 32 zum Ansteuern von Beleuchtungen in Hausinstallationen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektrisches Steuermodul mit einer Optik, einer Speise- und einer Auswerteeinhheit sowie mindestens einem optoelektrischen Wandler sowie mit Anschlüssen für eine zugeführte Speisespannung sowie dessen Verwendung.
Optoelektrische Steuermodule werden in vielen Anwendungen eingesetzt. So beispielsweise bei Alarmanlagen, wo entweder aktive Strahlenschranken, wie Infrarotschranken errichtet werden, deren Durchschreiten alarmauslösend registriert wird oder mittels passiver Detektoren, d.h. ohne zugeordnete aktive Sender, wo beispielsweise Veränderungen in der Umgebungsinfrarotstrahlung zur Alarmauslösung ausgenützt werden. Die da zu eingesetzten Module umfassen üblicherweise eine Optik, mit der die zu detektierende Strahlung über Mehrfachreflexionen auf einen optoelektrischen Wandler gerichtet wird, Verstärker und Auswertenschaltungen und weiter eine Stromversorgungseinheit.
Da die Auswerteeinheit und der optoelektrische Wand ler üblicherweise mit niedrigen Gleichspannungen betrieben werden, wird bei den bekannten Geräten die Netzspannung in einer Stromversorgungseinheit mit einem Transformator zuerst reduziert und dann in die benötigte niedrige Gleichspannung umgeformt. Bei Verwendung mehrerer Sensoren, wie beispielsweise in Alarmanlagen, ist es auch üblich, zentral eine Speiseeinheit vorzusehen, in welcher die Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung vorgenommen wird, wobei letztere dann den einzelnen, verteilten Sensoren zugeführt wird.
Während die erste Variante den Nachteil hat, dass, bedingt durch das Vorhandensein eines Transformators, die Moduldimensionen gross und das Modul schwer wird, hat die zweite Variante den Nachteil, dass gleichspannungsführende Kabel zu den einzelnen Sensoren verlegt werden müssen.
Es wäre nun möglich, solchen Steuermodulen ein viel weiteres Anwendungsfeld zu erschliessen, wenn es gelänge, sie preisgünstiger und kleiner herzustellen. Bis anhin scheiterte in der Praxis der Einsatz derartiger Steuermodule, z.B. zum automati- schen Einschalten von Beleuchtungen in Gebäuden, auf Zugangswegen und Plätzen, als Ersatz üblicher Hand-Lichtschalter und aufwendiger Steuersysteme, am hohem Preis, an den Abmessungen und der aufwendigen Installation. Dabei wäre der Einsatz derartiger Module umso wünschenswerter, als damit verhindert werden könnte, dass sich Personen nachts erst zu den herkömmlichen, wohl teilweise beleuchteten Lichtschaltern durchtasten müssen, bevor Wege, Gänge und Treppenhäuser beleuchtet werden, oder dass Beleuchtungen unnötigerweise dauernd eingeschaltet bleiben.
Die vorliegende Erfindung setzt sich nun zum Ziel, ein Steu- ermodul eingangs genannter Art so auszubilden, dass es von seinen Dimensionen und von den Herstellungskosten her betrachtet dazu geeignet ist, bestehende herkömmliche Schalter, wie Lichtschalter in Hausinstallationen direkt zu ersetzen oder an deren statt montiert zu werden.
Zu diesem Zweck zeichnet sich das Modul eingangs genannter Art dadurch aus, dass daran vorgesehen sind: - ein infrarot-empfindliches Element am Wandler, - eine Infrarot-Optik zur Bündelung der Strahlung auf das infrarot-empfindliche Element, - Anschlüsse für Netzspannung als die zugeführte Speisespannung, - mindestens ein weiterer Anschluss eines gesteuerten Pfades der Auswerteeinheit zum Aufschalten von Netzspannung auf ein anzuschliessendes, zu steuerndes Aggregat, wobei die Speiseeinheit eine Amplituden-Begenzungseinheit für die Netzspannung mit nachgeschalteter Gleichricht- und Glättungseinheit umfasst.
Durch Einsatz einer Speiseeinheit mit einer Amplituden Begrenzungseinheit wird vorerst die Netz-Wechselspannung entsprechend dem Begrenzungswert der Amplituden-Begrenzungseinheit auf ein tieferes Amplitudenniveau reduziert, die dann gleichgerichtet und gegelättet wird, zur Bereitstellung der benötigen Nieder-Gleichspannung. Damit wird der Einsatz eines Transformators überflüssig, wodurch gewichts-, dimensionsund preismässig das Steuermodul derart gestaltet werden kann, dass der oben erwähnte Einsatz ohne weiteres möglich wird.
Als Amplituden-Begrenzungseinheit wird dabei vorzugsweise mindestens eine an der Netzspannung betriebene Zenerdiode gewählt.
Unterschiedliche Belastungen der Amplituden-Begrenzungseinheit sowie der nachgeschalteten Gleichricht- und Glättungseinheit werden dadurch berücksichtigt, dass der Gleichrichtund Glättungseinheit ein Impedanzwandler mit zusätzlicher Glättungseinheit nachgeschaltet wird.
Der Wandlerausgang wird dabei vorzugsweise auf eine schwellwertsensitive Einheit geführt, die bei einem Wandlerausgangssignal unterhalb eines Schwellwertes ein erstes, sonst ein zweites Signal ausgibt, allenfalls mit Schalthysterese.
Da üblicherweise optoelektrische Wandler ausgangsseitig eine von der detektierten Strahlung weitgehendst unabhängige DC- oder langsam variable Offset-Spannung abgeben, wird vorgeschlagen, dass der schwellwertsensitiven Einheit eine vorzugsweise einstellbare Referenz-Signalquelle zugeschaltet wird, womit diese Offset -Spannung bei Festlegen des Schwellwertes mit der Referenz-Signalquelle berücksichtigt wer-.
den kann.
Wird anderseits zwischen der schwellwertsensitiven Einheit und dem Wandlerausgang eine Hochpassanordnung zwischengeschaltet, bekannterweise mit differenzierendem Verhalten, so werden tieffrequente Signalanteile am Wandlerausgang ausgefiltert und nur höherfrequente, wie bei raschen Veränderungen der detektierten Strahlung, an der schwellwertsensitiven Einheit wirksam.
Eine weitere Möglichkeit der Auswertung des Wandler-Ausgangssignals besteht darin, dass der schwellwertsensitiven Einheit eine Referenzsignalquelle zugeschaltet wird, deren Ausgangssignal durch tieffrequente Signalanteile des Wandler-Ausgangssignals gesteuert ist, was vorzugsweise dadurch realisiert wird, dass die Referenzsignalquelle eine mit dem Wandlerausgang verbundene Tiefpassanordnung umfasst.
Es entsteht dadurch praktisch eine Frequenzweiche, indem tieffrequente Signalanteile des Wandlerausgangs, beispielsweise eine langsame Drift der Wandler-Ausgangs-Offset-Spannung, die schwellwertbestimmende Referenz-Signalquelle an der schwellwertsensitiven Einheit beeinflusst, der Schwellwert also praktisch mitläuft.
Vorzugsweise wird dies dadurch realisiert, dass die schwellwertsensitive Einheit einen Komparator umfasst, dessen Referenzeingang über einen ersten Tiefpass und dessen Signalein
gang, vorzugsweise über einen zweiten Tiefpass höherer Grenzfrequenz als die des ersten mit dem Wandlerausgang verbunden ist.
Soll das Referenzsignal am Referenzeingang der schwellwertsensitiven Einheit nicht nur den langsamen Signalanteilen des Wandlerausgangs folgen, sondern in einem den Schaltpegel festlegenden Spannungsabstand dazu, so wird vorgeschlagen, dass die Referenzsignalquelle eine erste, vorzugsweise verstellbare Gleichspannungsquelle und, superponiert, eine von den tieffrequenten Signalanteilen des Wandler-Ausgangssignals gesteuerte Quelle umfasst, womit durch Verstellung der Gleichspannunsquelle der Schaltabstand mit Bezug auf die tieffrequente Wandler-Ausgangs-Offset-Spannung möglich wird.
Gerade in der Verwendung des erfindungsgemässen Steuermoduls als infrarotsensibler Lichtschalter muss berücksichtigt werden, dass, beispielsweise am Tag, das erwähnte Modul nicht wirksam werden soll. Dies wird dadurch erreicht, dass die Auswerteeinheit einen durch einen weiteren optoelektrischen Wand ler gesteuerten Schaltkreis umfasst, der, insbesondere im sichtbaren Lichtbereich, sensibel ist.
Vorzugsweise umfasst dabei der Schaltkreis einen durch den weiteren optoelektrischen Wandler, vorzugsweise einen Opto Widerstand, gesteuerten Verstärker/Abschwächerkreis für ein vom Ausgangssignal des ersten Wandlers beeinflusstes Signal.
So wird der Ausgang der schwellwertsensitiven Einheit, vorzugsweise auf den Verstärker/Abschwächerkreis geführt, der vorzugsweise durch einen vom weiteren optoelektrischen Wand ler gesteuerten Spannungsteiler gebildet wird.
Insbesondere im Einsatz als Lichtschalter in Hausfluren, bei welchen auf bekannte Art und Weise das Licht während einer vorgesehenen Zeitspanne nach Einschalten brennen soll, dann wieder selbsttätig ausschalten soll, wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit eine als mono stabile Einheit wirkende Schaltung umfasst, deren Ausgang den gesteuerten Pfad ansteuert.
Vorzugsweise sind dabei der als monostabile Einheit wirkenden Schaltung Einstellorgane zugeschaltet, zum Einstellen ihrer Ausgangs-Pulszeitdauer, vorzugsweise über ein extern zugreifbares Einstellorgan.
Die als monostabile Einheit wirkende Schaltung wird vorzugsweise mit einem digitalen Zeitgeber realisiert, dessen Taktsignal von der Amplituden-Begrenzungseinheit zugeführt wird. Wie vorgängig erwähnt, reduziert die Amplituden-Begrenzungseinheit den Amplitudenwert der Netzspannung, so dass ihr Ausgangssignal einer netzfrequenten Wechselspannung tiefer Amplitude ist, das direkt als Taktsignal für den Zeitgeber Verwendung findet.
Da zur Detektion von Strahlungsänderungen, insbesondere IR-Strahlungsänderungen auf möglichst grosse Distanz, berücksichtigt werden muss, dass vor allem Netzspannungs-Einstreuungen das Auswerten der möglichen maximalen Sensibilität eines vorgesehenen optoelektrischen Wandlers einschränken, wird vorgeschlagen, dass der optoelektrische Wandler ein Sensor mit in einem metallischen Gehäuse integriertem Vorverstärker ist oder aber, dass Sensor und Vorverstärker in einer abgeschirmten Halterung angeordnet werden.
Die Optik wird vorzugsweise an einem den optoelektrischen Wandler aufnehmenden, ein diesbezüglich zentriertes Flächenelement definierenden Halter angeordnet und umfasst mindestens zwei Spiegel, mindestens teilweise zu einer Normalen, mindestens nahezu konzentrisch zum optoelektrischen Wandler, hingeneigt und beidseitig der Normalen angeordnet. Durch diese Anordnung und Ausbildung der Optik wird es grundsätzlich, wie im weiteren beschrieben wird, möglich, mittels Einfachreflexion die zu detektierende Einstrahlung aus zwei sich gegen überliegenden Richtungen, mit bezüglich der Normalen grossem Öffnungswinkel, derart steilwinklig, d.h. mit kleinem Winkel bezüglich der Normalen auf das Flächenelement umzulenken, dass der zentrale Bereich des vorgesehenen optoelektrischen Wandlers, d.h. der Bereich mit höchster Sensibilität, ausgenützt werden kann.
Die Verwendung der zwei, wie spezifiziert, angeordneten Spiegel lässt Einfallstrahlen in bezug auf die Normale, mit praktisch 90 beidseitig, in spitzem Winkel ihrbezüglich umlenken, ohne dass hierzu Mehrfachreflexionen an komplexeren Spiegelanordnungen vorzusehen sind, mit der damit einhergehenden Komplizierung und Vergrösserung der Optik sowie den bei jeder Reflexion zunehmenden Verlusten. Gerade für den Einsatz als Annäherungs-Lichtschalter ist es aber von grosser Wichtigkeit, dass die Einfallstrahlung bezüglich der Normalen weitwinklig detektiert werden kann, mit grosser Sensibilität, denn je grösser der Winkel und die Sensibilität, beispielsweise in einem Gang, auf desto weitere Distanzen spricht das Steuermodul an und schaltet das Licht ein, d.h. umso weniger lang muss eine eintretende Person durchs Dunkle tappen.
Besonders einfach wird die Optik dadurch, dass die Spiegel plan sind.
Obwohl in gewissen Anwendungsfällen eine erhöhte Fokussierung der Strahlung in den Bereich des Fusspunktes der Normalen auf dem Flächenelement dadurch erzielt werden kann, dass gebogene Spiegel verwendet werden, reicht es in den meisten Fällen aus, und ist insbesondere vom Herstellungsaufwand her betrachtet einfacher, dass man plane Spiegel wählt.
Sind dabei Strahlen, wenigstens nahezu aus einer Raumhalbebene durch die Normale zu erfassen, beispielsweise wenn das Steuermodul als Schaltereinheit in einem Hausflur montiert ist, dessen beidseitiger Zugang durch eine Person dadurch detektiert werden soll, dass die Strahlen in einer Ebene parallel zum Boden detektiert werden, werden die Spiegel vorzugsweise so angeordnet, dass ihre Ebenen das Flächenelement in mindestens nahezu parallelen Geraden schneiden.
Von dieser Anordnung wird vorzugsweise dann abgewichen, wenn beispielsweise auf der einen Seite des an der Wand montierten Steuermoduls der Boden horizontal und auf der anderen Seite abschüssig ist, wie dies beispielsweise beim Übergang von einer Treppe zu einem horizontalen Bodenabschnitt der Fall sein kann.
Dabei können der Halter und die Spiegel einteilig ausgebildet sein, wobei, je nach Bedürfnis, die Gesamtoberfläche dieses Teils oder nur die als Spiegel wirkenden Oberflächen entsprechend spiegelnd ausgebildet werden.
Berücksichtigt man weiter, dass erfindungsgemäss dem Steuermodul als zuzuführende Spannung Netzspannung direkt zugeführt wird, so können netzfrequente Störeinflüsse dadurch eliminiert werden, dass der Halter mindestens metallbeschichtet ist, und als elektrischer Schirm dient.
Ist das Steuermodul nicht Teil einer aktiven optoelektrischen Schranke, bei welcher es gebündelte Lichtschranken oder generell Strahlungsschranken überwacht, sondern, selbständig, ein passives Detektorsystem, so wird vorgeschlagen, dass jedem der Spiegel eine Sammellinse zugeordnet wird.
Vorzugsweise verlaufen die Hauptachsen der Linsen dabei bezüglich der dazwischenliegenden Normalen windschief, wodurch erreicht wird, dass die durch die Linsen je gebildeten Strahlenbündel in Richtung der Normalen betrachtet, ihrbezüglich exzentrisch verlaufen, so dass die Spiegel derart angeordnet werden können, dass sie mindestens möglichst wenig des ihnen nicht zugeordneten Strahlenbündels abdecken.
Bei Überwachung der Strahlen aus einer Raumhalbebene, wie bereits oben erwähnt, werden die Linsen vorzugsweise so angeordnet, dass die Linsen-Hauptachsen in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen, ebenfalls zur dazwischenliegenden Normalen parallel.
Vorzugsweise spannen weiter die Projektionen der Hauptachsen auf das Flächenelement sowie die Schnittkurven der Spiegelflächen mit diesem Element, um den Durchstosspunkt der Normalen durch das Flächenelement eine dazu vorzugs weise symmetrische Figur, vorzugsweise ein Viereck, vorzugsweise dabei ein Parallelogramm auf.
Um bei kurzer Brennweite der vorgesehenen Sammellinsen und entsprechend kompaktem Aufbau der Optik am Steuermodul, den Bereich den der der einen Linse zugeordnete Spiegel vom Strahlenbündel des der anderen Linse zugeordneten Bündels abdeckt, zu eliminieren oder zu reduzieren, wird weiter vorgeschlagen, dass jeder der Spiegel mindestens angenähert entsprechend der Schnittkurve seiner Fläche mit dem von der dem anderen Spiegel zugeordneten Linse gebildeten Strahlenbündel ausgespart, und/oder nicht grösser als die Schnittfläche seiner Fläche mit dem Strahlenbündel der ihm zugeordneten Linse ausgebildet wird.
Da die vorgesehenen Spiegel zur Normalen hin geneigt sind, jedoch in Richtung der Normalen betrachtet, einen geöffneten Bereich gegen das Flächenelement hin freilassen, wird weiter vorgeschlagen, dass eine dritte Sammellinse vorgesehen wird, deren Hauptachse mindestens nahezu mit der Normalen zusammenfällt.
Zum mechanischen Schutz der Spiegelanordnung und des optoelektrischen Wandlers sowie zur Halterung der vorgesehenen Linsen wird weiter vorgeschlagen, dass ein mindestens angenähert tunnelförmiger Linsenträger vorgesehen wird, an dessen Peripherie die Linsen angeordnet sind, wobei die Hauptachsen der zwei seitlichen Linsen in Richtung der Tunnelachse axial versetzt sind, vorzugsweise symmetrisch zur Hauptachse der dritten Linse und vorzugsweise radial ausgerichtet.
Zur sicheren, einfachen Positionierung der Spiegel bezüglich der vorgesehenen, am Linsenträger angeordneten Sammellinsen wird weiter vorgeschlagen, dass der tunnelförmige Linsenträger in seiner Grundfläche eine Positionier- und Halteanordnung für den Halter aufweist.
Das erfindunggemässe Steuermodul eignet sich vor allem in der Verwendung als IR-sensibles Steuermodul, vorzugsweise passives Modul, insbesondere als lichtschalter-kompatible Einheit für deren Ersatz, wie in Hausinstallationen.
Wie bereits erwähnt, wird der Ausdruck passiv hier in dem Sinn verwendet, als bekannterweise Detektoren, die keine zugeordneten Sender verwenden, sondern die Umgebungsstrahlung direkt auswerten als passive Detektoren bezeichnet werden, wie beispielsweise Restlichtverstärker.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Steuermoduls,
Fig. 2a eine Aufsicht auf die schematische Anordnung eines Steuermoduls gemäss Fig. 1 als Lichtschalterersatz an der Wand, beispielsweise eines Hausflurs,
Fig. 2b die schematische Seitenansicht gemäss Fig. 2a,
Fig. 3a und 3b Ansichten gemäss den Fig. 2a und 2b, bei der Anordnung des Steuermoduls als Lichtschalterersatz in einem
Raumteil, bei welchem auf der einen Seite der Boden geneigt, auf der anderen horizontal ist, wie am Ende eines Treppenhauses.
Fig. 4 ein Blockdiagramm der Speiseeinheit am erfindungsgemässen Steuermodul,
Fig. 5 ein Blockdiagramm der Anordnung vom optoelektrischen Wandler und Auswerteeinheit am erfindungsgemässen
Steuermodul,
Fig. 6 anhand eines Blockdiagramms eine Möglichkeit, tieffrequente Ausgangssignalschwankungen des optoelektrischen
Wandlers zu eliminieren,
Fig. 7 einen bevorzugten Schaltungsaufbau von Speiseeinheit und Auswerteeinheit gemäss den Fig. 4 und 5,
Fig. 8a und 8b eine Auf- und Seitensicht einer prinzipiellen
Spiegelanordnung an der Optik des erfindungsgemässen Steuer moduls,
Fig. 9a und 9b Darstellungen gemäss den Fig. 8a und 8b, wobei jedem der an der Optik vorgesehenen Spiegel eine Sammellinse zugeordnet ist,
Fig. 10a und 10b eine Seiten- und Aufsicht auf einen Spiegelhalter mit den Spiegeln an der Optik des erfindungsgemässen Steuermoduls,
Fig.
Ila und llb eine Aufsicht und eine teilweise Schnittdarstellung einer bevorzugten Optik am Steuermodul gemäss Fig. 1.
In Fig. list perspektivisch das äussere Erscheinungsbild des erfindungsgemässen Steuermoduls 1 dargestellt. Dabei wird das Modul anschliessend vornehmlich unter dem Gesichtspunkt seiner Verwendung als Passiv-Infrarot-Annäherungsschaltmodul für den Einsatz anstelle von Lichtschaltern in Hausinstallationen beschrieben.
Gemäss Fig. 1 umfasst es, wie herkömmliche Lichtschalter, eine Abdeckplatte 3 zur Montage an einer Wand 5. Auf der einen Seite der Abdeckplatte 3 ragt eine Optik 7, nachfolgend anhand der Fig. 8 bis 11 beschrieben, die grundsätzlich um eine Flächennormale N zur Abdeckplatte 3 zentriert ist. Speise- und Auswerteeinheit, im Gehäuse 9 untergebracht, sind nachfolgend anhand der Fig. 4 bis 7 beschrieben.
Auf der anderen Seite der Abdeckplatte 3 ist die Speiseeinheit und die Auswerteeinheit in einem vorzugsweise, wie bei herkömmlichen Schaltern üblich, normierten Gehäuse 9 eingebaut, welchem an Anschlüssen lla und llb Phasen- P und Nullleiter N zugeführt werden. Ein weiterer Anschluss 12 wird vom Steuermodul 1 angesteuert und führt je nach dessen Aktivierungszustand Phasenpotential, so dass zwischen diesem Anschluss 12, entsprechend P' und dem Nulleiter N ein anzusteuerndes Aggregat, wie eine Lampe 14, geschaltet werden kann.
Die dargestellte Optik überwacht die Strahlung S aus drei Richtungen, die in der dargestellten Variante wenigstens nahezu in einer Ebene E liegen, wobei die äusseren Richtungen zwischen sich resp. zwischen sich und der Flächennormalen N einen grossen Winkel l3 aufspannen. Auf der im eingebauten Zustand zugänglichen Seite der Abdeckplatte 3 ist ein Einstellorgan 16 in Form eines Drehknopfes vorgesehen, mit dessen Hilfe die Zeitdauer eingestellt werden kann, während welcher der gesteuerte Pfad 12, llb des Moduls aktiviert wird, und damit die Lampe 14 brennt, wenn das Modul eine schaltungsauslösende Veränderung der Strahlung S detektiert hat. Im Einsatz als Lichtschalterersatz auf Infrarotbasis ist es wesentlich, dass das Modul 1 in Abhängigkeit der Umgebungsbeleuchtung arbeitet.
Dies deshalb, weil die Infrarotstrahlung weitgehendst unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung im sichtbaren Bereich ist, jedoch vermieden werden muss, dass das Licht auch bei Tageslichtverhältnissen aufgrund sich ändernder Infrarotstrahlungs-Verhältnisse eingeschaltet wrd. Zu diesem Zweck ist an der Abdeckplatte 3 nebst dem in Fig. 1 nicht dargestellten, mit der Optik 7 zusammenwirkenden optoelektrischen Wandler ein weiterer optoelektrischer Wandler 18, wie anhand der Fig. 5 und 7 noch zu beschreiben sein wird, vorzugsweise ein Photowiderstand eingebaut, der dahingehend wirkt, dass bei bestimmten Lichtverhältnissen im sichtbaren Lichtbereich das Modul inaktiv bleibt.
Für die Lösung der erfindungsgemäss gestellten Aufgabe ist nun aus Fig. 1 ersichtlich, dass einerseits Speiseeinheit und Auswerteeinheit derart klein ausgebildet sein müssen, dass sie in dem üblicherweise normierten Gehäuse 9 von Lichtschaltern
Platz finden können, die zuzuführende Spannung muss weiter
Netzwechselspannung sein und bezüglich der Optik 7 ist anzu streben, dass Strahlung S mit Bezug auf die Flächennormale N aus einem möglichst grossen Winkelbereich (p detektierbar ist.
Um dabei den Vorzug eines derartigen Annäherungsschalters voll auszunützen, sollte insbesondere die seitlich einfallende
Strahlung S eine Auslösung des Moduls mit hoher Sensibilität erlauben, um durch Infrarotquellen bedingte Strahlungsverän derungen auf grosse Distanz zu detektieren. Anderseits ist es aber bekannt, dass zu diesem Zweck eingesetzte optoelektrische Wandler ihre höchste Sensibilität in einem Bereich um eine Zentralachse aufweisen, d.h. im Mittenbereich ihrer Empfangs Keule. Die Optik 7 muss somit so ausgebildet sein, dass die mit 13 weitwinklig einfallende Strahlung bezüglich der Flächennormalen N die der Zentralachse des in Fig. 1 nicht dargestellten, eingebauten optoelektrischen Wandlers entspricht, mit bezüglich N wesentlich verkleinerteir Winkeln auf letzteren einfällt.
In den Fig. 2 und 3 sind beispielsweise zwei Einbaumöglichkeiten des Moduls, wie in Fig. 1 dargestellt, schematisch gezeigt. Als Annäherungs-Lichtschalter, beispielsweise in einem horizontalen Flur, wird das Modul 1, wie in Fig. 2 dargestellt, eingebaut und überwacht die unter dem relativ grossen Winkel sp, der bis nahezu 90 bezüglich der Normalen N reichen kann, einfallende Strahlung S, wenigstens nahezu in einer Ebene E auf Körperhöhe. Soll das Modul 1 jedoch als Lichtschalter, beispielsweise in einem Treppenhaus, eingebaut werden, bei welchem einerseits der Zutritt über einen horizontalen Flur, in Fig.
3b mit 5h dargestellt, anderseits über eine Treppe, in Fig. 3b mit 5g dargestellt, überwacht werden soll, so wird die Optik so ausgelegt, dass die Strahlung nicht in einer Ebene, wie in Fig. 2, sondern unter entsprechenden Winkelverhältnissen überwacht wird. In Fig. 3a ist im weiteren angedeutet, wie die weitwinklig unter dem beispielsweise eingezeichneten Winkel 13 einfallende Strahlung an der Optik 7 gemäss Fig. 1 bezüglich der Flächennormalen N umgelenkt werden muss, um bezüglich dieser Normalen unter kleinem Winkel ss auf den vorgesehenen optoelektrischen Wandler einzufallen.
In Fig. 4 ist nun anhand eines Funktionsblockdiagramms der Aufbau der Speiseeinheit dargestellt. Die Netzwechselspannung un wird den Anschlüssen lla, llb zugeführt und einer Amplituden-Begrenzungseinheit 20 zugeschaltet. Am Ausgang der Amplituden-Begrenzungseinheit 20 erscheint grundsätzlich ein netzfrequentes Signal mit bezüglich Netzspannungsamplitude wesentlich reduzierter Amplitude. Wie weiter unten zu beschreiben sein wird, umfasst die Amplituden-Begrenzungseinheit 20 eine Zenerdiode, welche die Netzspannungsamplitude einerseits auf ihre Zenerspannung begrenzt, andererseits auf die Dioden-Fluss-Spannung, so dass ausgangsseitig eine netzfrequente Wechselspannung erscheint, die bezüglich einer Polarität auf die jeweilige Zenerspannung und bezüglich der anderen Polarität auf die Durchlassspannung der Diode begrenzt ist.
Der ausgangsseitig der Amplituden-Begrenzungseinheit 20 erscheinende netzfrequente Pulszug ist in Fig. 4 mit u' dargestellt. Das Ausgangssignal der Amplituden-Begrenzungseinheit 20 wird auf eine Gleichrichtereinheit 22, deren Ausgangssignal auf eine Glättungseinheit 24 geführt. Die nun am Ausgang der Glättungseinheit 24 erscheinende Gleichspannung U wird an einer Abschwächereinheit 26 mit Zusatzglättung, auf den für mindestens Teile der weiteren eingesetzten elektronischen Bauteile benötigten, mindestens einen, Gleichspannungswert abgeschwächt.
Das Ausgangssignal des Abschwächers 26 wird dann vorzugsweise über einen Impedanzwandler 28 geführt, an dessen Ausgang niederohmig die für den Wandler und allenfalls die Auswerteelektronik notwendige Speisespannung Us bereitliegt.
Der Einsatz dieser Speiseeinheit reduziert den Platzbedarf mit Bezug auf herkömmliche Einheiten mit Transformatoren derart drastisch, dass der anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterte Einsatz als wandmontierbares Schaltmodul möglich wird.
Die nun am Ausgang des Impedanzwandlers 28 bereitgestellte Spannung U5 wird vorzugsweise als Speisespannung für die in Fig. 5 schematisch dargestellten Funktionsblöcke der Auswerteeinheit verwendet. Die zu überwachende Strahlung S fällt, wie Optik 7 von Fig. 1, auf einen optoelektrischen Wandler 30, der vorzugsweise mit einem Vorverstärker 32 in einem Gehäuse 31 vereint, ausgangsseitig ein der Intensität der Strahlung S entsprechendes elektrisches Signal U32 abgibt. Bekannterweise schwankt das Ausgangssignal U32 eines derartigen optoelektrischen Wandlers nach Massgabe der detektierten Strahlungsintensität um einen von Null abweichenden Offset-Signalwert, der mit der Zeit ebenfalls langsamen Änderungen unterworfen ist.
Der Ausgang des optoelektrischen Wandlers mit dem Signal U32 wird einer Komparatorschaltung 34 zugeschaltet, deren zweitem Eingang ein Referenzsignal von einer Referenzspannungsquelle 37 zugeschaltet ist. Mit dem Ausgangs signal der Referenzspannungsquelle 37, U37 wird der Schaltpegel festgelegt, bei welchem die Ausgangs spannung U34 der Komparatorschaltung 34 umschaltet. Wohl ist es möglich, die Ausgangsspannung U37 der Referenz-Spannungsquelle 37 fest vorzugeben und einzustellen, jedoch ist dies über längere Zeiten mit dem langsam ändernden Ausgangsspannungspegel des optoelektrischen Wandlers 32 problematisch. Deshalb wird die Referenz-Signalquelle 37 vorzugsweise über ein Tiefpassglied 38 von den tieffrequenten Signalanteilen des Wandlerausgangssignals U32 angesteuert, wobei ihr Ausgangssignal U37 zusätzlich mit einer nun fix einstellbaren Quelle 40 verstellbar ist.
Die Referenz-Signalquelle umfasst dann eine erste, vom Tiefpass 38 angesteuerte Quelle 36, und, hierzu überlagert, eine zweite einstellbare 40. Damit ist der Spannungsabstand des Referenzsignals U37 einerseits mit der verstellbaren Quelle 40 in seiner Grösse einstellbar, folgt jedoch durch die Überlagerung mit den langsamfrequenten Anteilen des Wandlerausgangssignals U32 dessen Ausgangsspannung mit diesem Abstand. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses 38 wird so gewählt, dass rasche Änderungen des Ausgangssignals U32, bedingt durch entsprechend rasche Veränderungen der Strahlung S, wie bei Eintreten einer Person in den zu überwachenden Bereich und dadurch bedingte Änderung der Infrarotstrahlung, sich auf die Referenz-Spannungsquelle 37 nicht auswirken, so dass die Komparatorschaltung 34 auf derartige Veränderungen anspricht.
Der Schaltpegel ist dabei durch die fest eingestellte Quelle 40 festgelegt.
Das Zweizustand-Ausgangssignal der Komparatorschaltung 34, U34 wird nun vorzugsweise über ein von den Umgebungs Lichtverhältnissen mittels eines optoelektrischen Wandlers 39 gesteuertes Verstärker/Abschwächerglied 38 geführt, auf dessen Funktion noch einzugehen sein wird, und steuert mit seiner einen Schaltflanke eine monostabile Einheit 41 an. Wird eine vorgegebene Veränderung der detektierten Strahlung S registriert, so wird über die Komparatorschaltung 34, Verstärker/Abschwächereinheit 38 diemonostabile Schaltung 41 ausgelöst und steuert ausgangsseitig ein Triac 42 an, wodurch der Strompfad für die Lampe 14, extern zugeschaltet, geschlossen wird.
Mit einem Einstellorgan 44, entsprechend Fig. 1, mit dem Einstellknopf 16, wird die gewünschte Pulsdauer X der monostabilen Einheit 41 eingestellt, die Zeitdauer also, wie lange die Lampe 14 nach Aktivierung brennen soll.
Anstelle der Überlagerung langsamfrequenter Signalanteile der Wandler-Ausgangsspannung U32 über einen den Schaltwert für eine Komparatorschaltung 34 festlegenden Spannungswert kann, wie in Fig. 6 dargestellt, auch eine Hochpassanordnung 46 zwischen Ausgang des Wandlers 32 und Eingang des Komparators 34 geschaltet werden, wobei dann das Ausgangssignal einer verstellbaren festen Referenzsignalquelle 48 auf den Referenzeingang der Komparatorschaltung 34 geschaltet wird.
In Fig. 6 ist beispielsweise der Verlauf der Ausgangsspannung U32 des Wandlers 32 dargestellt, mit schematisch dargestellten, durch Strahlungsänderungen bedingten Signalabschnitten a und der langsamen Veränderungen unterworfene Offset Ausgangspegel b. Ebenfalls sind schematisch die sich daraus ergebende Hochpass-Ausgangsspannung U46 und Komparator Ausgangsspannung U34 dargestellt. Es versteht sich dabei von selbst, dass die Komparatorschaltung 34 vorzugsweise mit Hysterese-Übertragungsverhalten ausgelegt wird.
In Fig. 7 ist die Schaltung zur Realisation der Anordnung gemäss den Fig. 4 und 5 dargestellt. An Anschlüssen 50a und 50b, entsprechend Phasen- und Null-Leiteranschluss ist über einen Netz-Seriekondensator C5 eine Zenerdiode Dz geschaltet.
Wie gestrichelt eingetragen, entspricht die Anordnung der Zenerdiode Dz und der Kapazität Cs der Realisation der Amplituden-Begrenzungseinheit 20 gemäss Fig. 4. Die mit Netzfrequenz pulsierende Ausgangsspannung, über der Diode Dz abgegriffen, wird über eine Diode D1 und einen Kondensator C1 geglättet. Die damit entstehende geglättete Gleichspannung wird dann an einem Spannungsteiler, gebildet durch die Widerstände R2 und R3 auf den benötigten Wert geteilt. Die Anordnung der Diode D1 und der Kapazität C1 entspricht den Funktionsblöcken 22 und 24 gemäss Fig. 4, der Spannungsteiler mit den Widerständen R2 und R3 der Abschwächereinheit 26. Ein Operationsverstärker OP1, als Folger geschaltet, ist speisungsmässig am nulleiterseitigen Anschluss des Widerstandes R3 und am Phasenanschluss 50a angeschlossen.
Die Tiefpassanordnung mit C2, R3, C6 ergibt eine zusätzliche Glättung und Anpassung der Spannung an C1, so dass am Ausgang von OP1 eine nahezu rippelfreie Gleichspannung vorliegt.
Bezogen auf den Phasenpotential führenden Anschluss 50a erscheint am Ausgang des Folgers OP1 niederohmig die gewünschte Speisespannung Us für mindestens einen Teil der nachfolgend zu beschreibenden Komponenten. Die Anordnung des Operationsverstärkers OP1 entspricht dem Impedanzwand ler 28 gemäss Fig. 4. Die Ausgangsspannung U5 des Folgers OP1 speist nun einen optoelektrischen Wandler 52, dessen Ausgangsspannung auf einen durch die Widerstände R4 und R5 gebildeten Spannungsteiler geführt ist.
Der Mittenabgriff des Spannungsteilers, gebildet durch die Widerstände R4 und R5, wird über einen Widerstand R6 und einen Kondensator C2, beide als Tiefpassglied wirkend, auf den Signaleingang eines Komparators OP2 geschaltet, während die Ausgangsspannung des optoelektrischen Wandlers 52 über einen Widerstand R7 und eine Kapazität C3, ebenfalls als Tiefpassglied wirkend, direkt dem Referenzeingang des Komparators OP2 zugeführt wird. Die Zeitkonstante des Tiefpassgliedes, gebildet durch den Widerstand R7 und die Kapazität C3 ist wesentlich grösser gewählt als diejenigen des durch Widerstand R6 und Kapazität C2 gebildeten.
Somit folgt die Spannung am Referenz-Komparatoreingang den tieffrequenten Signalanteilen der Wandler-Ausgangsspannung und das durch Widerstand R7 und Kpazität C3 gebildete Tiefpassglied entspricht dem Tiefpass 38 gemäss Fig. 5. Da die Grenzfrequenz des Tiefpassgliedes R6, C2 höher gewählt ist, folgt die Spannung am Signal-Komparatoreingang einerseits ebenfalls den tieffrequenten Signalanteilen der Wandler-Ausgangsspannung, wobei jedoch die höherfrequenten Signalanteile, bedingt durch Änderungen der Strahlung S an diesem Eingang ebenfalls erscheinen. Durch den Spannungsteiler R4, R5 bedingt, folgt die Spannung am Signal-Komparatoreingang jedoch nicht exakt den tieffrequenten Signalanteilen der Wandler-Ausgangsspannung, sondern um den über den Widerstand R5 erscheinenden, wie gestrichelt dargestellt, vorzugsweise einstellbaren Signalwert verschoben.
Mit der Wahl des Span nungsteilverhältnisse wird mit Bezug auf die Referenzspannung am Referenz-Komparatoreingang dessen Schaltabstand festgelegt. Somit entspricht, wie erwähnt, das Tiefpassglied R7, C3 dem Tiefpassglied 38 von Fig. 5 mit der davon beeinflussten
Referenz-Spannungsteilquelle 36. Der Spannungsteiler, gebildet durch die Widerstände R4 und R5 entspricht gemäss Fig. 5 der einstellbaren Referenz-Spannungsteilquelle 40. Der Komparator
OP2 kann wiederum durch die Spannung U5 gespiesen werden.
Der Ausgang des Komparators OP2 ist über eine Diode D2 auf einen weiteren Spannungsteiler geführt, gebildet durch ein Po tentiometer P1, und einen Photowiderstand RL mit einem hierzu seriegeschalteten weiteren Widerstand R8. Der Mittenabgriff des durch diese Elemente gebildeten Spannungsteilers zwischen
Potentiometer P1 und Photowiderstand RL wird dem Auslö sungseingang EN eines Zeitgeberblocks 54 zugeführt, welcher sein Taktsignal an einem Takteingang CL über Leitung 56 vom
Ausgang der Amplituden-Begrenzungseinheit 20 zugeführt erhält, d.h. vom Verbindungspunkt zwischen Zenerdiode Dz und Kondensator C5. Mit der Diode D2 wird das Ausgangssignal des Komparators OP2 in einer Polarität abgeschaltet, das Signal in der anderen Polarität wird über den Spannungsteiler P1, RL, R8 in Funktion des durch den Photowiderstand RL detektierten Lichtes abgeschwächt.
Wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert, ist der Photowiderstand entsprechend dem Element 18 von Fig.
1 so angeordnet, dass er die Umgebungslichtverhältnisse des Steuermoduls erfasst. Mit steigender Lichtintensität der Umgebungsbeleuchtung fällt sein Widerstandswert und damit wird das am Mittenabgriff des Spannungsteilers abgegriffene und dem Auslöseeingang EN des Zeitgeberblocks 54 zugeführte Auslösesignal kleiner. Mit Hilfe des Potentiometers P1 wird das Spannungsteilverhältnis so eingestellt, dass das Ausgangssignal des Komparators OP2 bei Tageslicht nicht ausreicht, den Zeitgeberblock 54 auszulösen, jedoch bei Dunkelheit und entsprechend grösserem Widerstandswert des Photowiderstandes RL ausreicht.
Mit Hilfe der schematisch dargestellten Vorwahlschalter Sv, zur Betätigung angesteuert vom Vorwahlknopf 16 gemäss Fig. 1, wird am Zeitgeberblock 54 eingestellt, während wievieler Taktsignalperioden am Eingang CL der Ausgang 58 aktiviert bleibt, nachdem der Block über den Eingang EN ausgelöst worden ist. Der Ausgang 58 steuert, wie bereits erwähnt, ein Schaltelement im gesteuerten Pfad des Steuermoduls an, beispielsweise ein Triac 60, und schaltet Phasenpotential auf den Anschluss 12, an welchen ein anzusteuerndes Aggregat, beispielsweise die Lampe 64, einseitig angeschaltet wird, die anderseitig auf Nullpotential N gelegt ist.
Nachfolgend sind die Bauteile und die ungefähren Dimensionierungswerte angegeben für 50 Hz 220 V Netzspannung:
C5 : 0,33 I1F
Dz : 12V C1 l00gF
R2 : 270 kQ
R3 : 330 klo OP1 : TL 092
Optoelektrischer Wandler 52: ELTEC 408
R4 : 100 klo
R5 : 1 klo
R6 820 klo
C6 : 4,7 I1F
C2 0,1 F
R7 8,2 mm
C3 : 0,47 RF
OP2 : TL 092 P1 100 klo
RL LDR 07 Re . 2,2 klo
Zeitgeber 54: SAB 0529
Triac 60:
TXC 18E60
Die beschriebene Speiseeinheit und Auswerteeinheit ermöglicht einen äusserst kompakten Aufbau und erfüllt somit die er ste Teilaufgabe, nämlich das Steuermodul so kompakt aufzu bauen, dass es als Lichtschalter-Ersatz entsprechend den dafür geltenden Dimensionierungsnormen ohne weiteres eingesetzt werden kann. Dies insbesondere auch deshalb, weil keine zu sätzliche gleichspannungsführende Verdrahtungen vorgenom men werden müssen, sondern das Modul direkt an Netzspan nung betrieben wird.
Im folgenden wird nun die Optik des Steuermoduls be schrieben, die wie bereits erwähnt, die zweite für einen derarti gen Einsatz wesentliche Teilaufgabe erfüllen soll, nämlich weit winklig Strahlungsänderungen zu detektieren, und zwar auf möglichst grosse Distanzen, was bedingt, dass die maximale
Sensibilität des vorgesehenen optoelektrischen Wandlers ausge nützt wird, die Strahlung somit in den Zentralbereich seiner Empfangs-Keule umgelenkt wird.
In den Fig. 8a und 8b ist schematisch und ohne Anspruch auf exakte Darstellung im Sinne der darstellenden Geometrie die hierzu eingesetzte Technik dargestellt.
Gemäss den Fig. 8a und 8b wird durch eine Ebene El, durch die Abdeckung 3 von Fig. 1 festgelegt, ein Halbraum definiert, durch eine dazu normale Halbebene E2 zwei Viertelräume V1, V2 resp. Quadranten. Strahlen S1 resp. S2 aus den beiden Quadranten V1 und V2, die, insbesondere gemäss Fig. 8b, unter relativ flachem Winkel zur Ebene El eintreffen, entsprechen einem relativ grossen Winkelbereich XPI resp. 132 mit Bezug auf eine in der Halbebene E2 liegende Normale N, die Zentrumsachse des Moduls gemäss den Fig.
1 - 3, sollen so gegen die Ebene El umgelenkt werden, dass sie mit Bezug auf die Normale N in einem Winkelbereich ssl resp. ss2 darauf auftreffen, der wesentlich kleiner ist als der Einfallswinkelbereich 131 resp. 132. Dazu werden die Strahlen Sl resp. S2 aus dem einen Quadranten V1 resp. V2 durch Spiegelung an entsprechenden Spiegeln 72 resp. 71 auf die Ebene E1 geworfen, in einen Bereich um die Normale N.
Hierzu ist derjenige Spiegel, der für die Reflexion der Strahlen S1 aus dem Quadranten V1 bestimmt ist, grundsätzlich mindestens teilweise im Quadranten V2, derjenige, 71, für die Strahlen aus dem Quadranten V2 im Quadranten V1 angeordnet. Wie gestrichelt angedeutet, können sich die Spiegel aber auch in den anderen Quadranten erstrecken. Sie sind beide so angeordnet, dass die Normale N mit dem Flächenbereich F, auf welchen die Strahlen zu reflektieren sind, dazwischen liegt, wie aus der Fig. 8 ersichtlich, vorzugsweise axialsymmetrisch zur Normale N. Obwohl eine derart symmetrische Anordnung der spiegel 71, 72 in vielen Fällen angezeigt ist, versteht es sich von selbst, dass Abweichungen davon durchaus möglich sind, solange eine Zurückspiegelung der eintreffenden Strahlen auf das Flächenelement F erfolgt.
Eine Abweichung von dieser Symmetrie ist z.B. bei einer Anwendung gemäss Fig. 3 angezeigt. Die Ausrichtung der Spiegel 71 und 72 in der Ebene El sowie ihre Neigungen gegen die Normale N hin, bestimmen sich nach der Einfallsrichtung der Strahlen S1, S2, der Lage und Ausdehnung des Flächenelementes F sowie nach den Gesetzen der Optik.
Obwohl in Fig. 8a und 8b die Spiegel 71 und 72 als plane Spiegel dargestellt sind, ist es durchaus möglich, wie bei 71a strichpunktiert angedeutet, Hohlspiegelsegmente einzusetzen.
Gemäss den Fig. 9a und 9b ist dem Spiegel 71 im Quadranten V2 eine Sammellinse 73 zugeordnet, dem Spiegel 72 eine Sammellinse 75 im Quadranten V1. Die optischen Hauptachsen H3 der Linse 73, H5 der Linse 75, sind bezüglich der Normalen N windschief und weisen vorzugsweise und wie in den Figuren dargestellt, parallele Projektionen auf die Ebene E1 auf, vorzugsweise symmetrisch zur Normalen N.
Der Strahlenkegel K3 der Linse 73 wird am Spiegel 71 zum Kegel K3' gegen den Durchstosspunkt der Normalen N durch die Ebene El hin reflektiert und analog der Kegel K5 am Siegel 72 als reflektierter Kegel K5,. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, ist es durchaus möglich, dass unter gewissen Winkelverhältnissen der Strahlenkegel, die jeweils einem betrachteten Kegel K3 oder K5 nicht zugeordneten Spiegel 72 resp. 71 einen Teil dieses Kegels abdecken. Dies sei beispielsweise für den Kegel K3 im Bereich 77 der Fall, für den Kegel Ks im Bereich 79.
Ist dies der Fall, so werden die Spiegel 71 resp. 72 mindestens angenähert entsprechend den Schnittkurven zwischen ihren Flächen, in Fig. 9b bei Spiegel 71 mit ESI angedeutet, mit dem jeweils nicht zugeordneten Strahlenkegel, hier K5, wie insbesondere beim Bereich 79 schraffiert dargestellt, ausgeschnitten. Dies vor allem in dem Masse als dadurch keine Beeinträchtigung des Strahlenganges bei der Reflexion des zugeordneten Bündels, hier K3 und K3', geschieht. In Ergänzung oder anstelle dieser Massnahme wird jeder der Spiegel nur gerade so gross ausgelegt, dass seine Flä che die ganze Schnittfigur mit dem ihm zugeordneten Bündel abdeckt, also der Spiegel 72 die Figur von K5 und K5, und der
Spiegel 71 diejenige vom Kegel K3 resp. K3,.
In Fig. 10 ist eine bevorzugte Spiegelanordnung mit Halter
81 dargestellt. Der Halter 81 weist eine zentrale Aufnahmeöffnung 83 für den optoelektrischen Wandler 31 gemäss Fig. 5 resp. 52 gemäss Fig. 7 auf. An der Oberseite 85 des Halters 81 sind Führungs- und Halterinnen 87a, 87b schief eingearbeitet, welche die Positionierung der Spiegel 71 resp. 72 ermöglichen, unter Einhaltung gewünschter Neigungswinkel mit Bezug auf die Normale N.
Der Halter 81, in dessen Rinnen 87a, 87b die Spiegel 71 resp. 72 eingeschoben sind, besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, wie gestrichelt dargestellt, Spiegel und Halter 81 einteilig auszubilden, wobei dann vorzugsweise die Spiegelflächen nicht als aufragende plattenförmige Partien ausgebildet werden, sondern durch entsprechende Einarbeitung der Mittelpartie 89 mit der Aufnahmeöffnung 83 für den Wandler. Wird der ganze Teil durch Metallbeschichtung verspiegelt, so kann die Metallschicht gleichzeitig als elektrischer Schirm verwendet werden.
Wie aus den Fig. 10a und 10b ebenfalls ersichtlich, sind die Oberkanten 91 der Spiegel 71 resp. 72 jeweils gegen den anderen Spiegel 72 resp. 71 hin geneigt, was der Einformung, beispielsweise 79 gemäss Fig. 9b entspricht, zur Reduktion des Anteils, der vom jeweiligen Spiegel am dem anderen Spiegel zugeordneten Kegel abgedeckt wird.
Gemäss den Fig. lla und 1 1b ist der Spiegelhalter 81 in einer Führungs- und Positionierungsöffnung 93 in der Grundplatte 95 eines Linsenhalters 97 einfügbar, welch letzterer an der Platte 3 gemäss Fig. 1, wo er der Positionsnummer 7 entspricht, montiert ist. Nebst den zwei seitlichen Linsen gemäss Fig. 9 mit 73 und 75 bezeichnet, ist eine zentrale dritte Linse 99 vorgesehen. Ihre Hauptachse H29 deckt sich mit der Normalen N.
Da nämlich die beiden Spiegel 71 und 72 in Richtung der Normalen N betrachtet, einen zentralen Zwischenraum zwischen sich frei lassen, ist es möglich, mit der dritten Linse 99 eine weitere bevorzugte Raumrichtung zu überwachen. Die Linsen 75, 99 und 73 sind rechteckförmig ausgebildet, wobei, wie in Fig. lla ersichtlich, die Hauptachsen H5 und H3 der Linsen 75 und 73 bezüglich der Flächennormalen N resp. der Aufnahmeöffnung 83 für den Wandler 31 resp. 52 symmetrisch verschoben sind. In der Ebene von Fig. 1 1b spannen die drei Linsen, vorzugsweise symmetrisch, einen angenäherten Halbkreis auf, so dass durch diese Anordnung ein in etwa halbzylinderförmiger Aufbau um eine Achse 103 gemäss Fig. 1 la realisisert wird.
Die Linsen sind beidseitig durch radial ausgerichtete Wandpartien 105 und Verbindungsstege 107 fixiert.
Der Linsenträger 97 wie auch der Spiegelträger 81 werden worzugsweise aus Kunststoff gefertigt und es werden vorzugsweise auch Kunststofflinsen 75, 99 und 73 eingesetzt. Mit der beschriebenen und dargestellten Optik lässt sich ein höchst kompakter Aufbau realisieren, mit dem mindestens zwei Raumachsen, wenigstens nahezu in einer Ebene liegend, und die zwischen sich einen Winkel bis nahezu 1800 einschliessen, überwacht werden können, indem die aus diesen Richtungen flach einfallenden Strahlen steil auf den optisch sensiblen Wandlerbereich reflektiert werden, so dass dessen hohe Sensibilität um seine Empfangs-Keulen-Hauptachse, ausgenützt wird.
Mit dem beschriebenen Steuermodul wird es somit möglich, in Hausinstallationen herkömmliche, handbetätigte Schalter durch passiv infrarotgesteuerte Annäherungsschalter zu ersetzen, und zwar so, dass problemlos auch bereits installierte Schalter ersetzt werden können.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
The main axis (H2g) coincides at least almost with the normal (N).
30th Control module according to Claim 29, characterized in that an at least approximately tunnel-shaped lens carrier is provided, on the periphery of which the lenses (73, 75, 99) are arranged, the main axes (Hs, H5) of the two side lenses (73, 75) are axially offset in the direction of the tunnel axis (103), preferably symmetrically to the main axis (H29) of the third lens (99) and preferably aligned radially.
31 Control module according to claim 29, characterized in that the lens carrier has in its base (95) a positioning and holding arrangement (93) for the mirror holder (81).
32. Use of the control module according to claim 1, for controlling lights instead of manually operated switches.
33. Use according to claim 32 for controlling lighting in domestic installations.
The present invention relates to an optoelectric control module with an optics, a feed and an evaluation unit and at least one optoelectric converter and with connections for a supplied supply voltage and its use.
Optoelectric control modules are used in many applications. For example, in alarm systems, where either active radiation barriers, such as infrared barriers, are set up, the passage of which is registered as an alarm-triggering device or by means of passive detectors, i. H. without assigned active transmitters, where, for example, changes in the ambient infrared radiation are used to trigger the alarm. The modules to be used there usually comprise optics with which the radiation to be detected is directed via multiple reflections onto an optoelectric converter, amplifiers and evaluation circuits and further a power supply unit.
Since the evaluation unit and the optoelectric converter are usually operated with low DC voltages, in the known devices the mains voltage in a power supply unit with a transformer is first reduced and then converted into the required low DC voltage. When using several sensors, such as in alarm systems, it is also common to provide a central supply unit in which the conversion from AC voltage to DC voltage is carried out, the latter then being supplied to the individual, distributed sensors.
While the first variant has the disadvantage that, due to the presence of a transformer, the module dimensions are large and the module becomes heavy, the second variant has the disadvantage that DC cables must be laid to the individual sensors.
It would now be possible to open up a much wider field of application to such control modules if it were possible to manufacture them more cheaply and smaller. Until now, the use of such control modules, e.g. B. For automatically switching on lighting in buildings, on access routes and places, as a replacement for conventional hand-held light switches and complex control systems, at a high price, in terms of dimensions and complex installation. The use of such modules would be all the more desirable, since it would prevent people from having to feel their way through the conventional, probably partially illuminated light switches at night before lighting paths, corridors and stairwells, or that lighting would remain switched on unnecessarily.
The aim of the present invention is now to design a control module of the type mentioned at the outset in such a way that its dimensions and manufacturing costs make it suitable to replace existing conventional switches, such as light switches, directly in house installations or to mount them instead to become.
For this purpose, the module of the type mentioned at the outset is characterized in that it provides: - an infrared-sensitive element on the converter, - an infrared optic for focusing the radiation on the infrared-sensitive element, - connections for mains voltage as the supplied one Supply voltage, - at least one further connection of a controlled path of the evaluation unit for connecting mains voltage to an aggregate to be connected and to be controlled, the supply unit comprising an amplitude limiting unit for the mains voltage with a rectification and smoothing unit connected downstream.
By using a supply unit with an amplitude limiting unit, the mains AC voltage is initially reduced to a lower amplitude level in accordance with the limiting value of the amplitude limiting unit, which is then rectified and smoothed to provide the required low DC voltage. This eliminates the need for a transformer, which means that the control module can be designed in terms of weight, dimensions and price in such a way that the above-mentioned use is readily possible.
At least one Zener diode operated at the mains voltage is preferably selected as the amplitude limiting unit.
Different loads on the amplitude limiting unit and the downstream rectification and smoothing unit are taken into account in that the rectification and smoothing unit is followed by an impedance converter with an additional smoothing unit.
The converter output is preferably routed to a threshold-sensitive unit, which outputs a first, otherwise a second signal if the converter output signal is below a threshold value, at most with switching hysteresis.
Since, on the output side, optoelectric converters usually emit a DC or slowly variable offset voltage that is largely independent of the detected radiation, it is proposed that a preferably adjustable reference signal source be connected to the threshold-sensitive unit, which means that this offset voltage when the threshold value is established with the reference Signal source are taken into account.
that can.
If, on the other hand, a high-pass arrangement is interposed between the threshold-sensitive unit and the converter output, known to have differentiating behavior, low-frequency signal components are filtered out at the converter output and only higher-frequency ones, as with rapid changes in the detected radiation, are effective at the threshold-sensitive unit.
A further possibility of evaluating the converter output signal consists in connecting a reference signal source to the threshold-sensitive unit, the output signal of which is controlled by low-frequency signal components of the converter output signal, which is preferably realized in that the reference signal source comprises a low-pass arrangement connected to the converter output.
This practically creates a crossover in that low-frequency signal components of the converter output, for example a slow drift of the converter output offset voltage, influence the reference signal source determining the threshold value at the threshold-sensitive unit, that is to say the threshold value practically follows.
This is preferably implemented in that the threshold-sensitive unit comprises a comparator whose reference input is via a first low-pass filter and whose signal is
gear, preferably via a second low-pass filter with a higher cutoff frequency than that of the first, is connected to the converter output.
If the reference signal at the reference input of the threshold-sensitive unit should not only follow the slow signal components of the converter output, but at a voltage distance that defines the switching level, it is proposed that the reference signal source be a first, preferably adjustable DC voltage source and, superposed, one of the low-frequency signal components of the converter - Output signal controlled source, which is possible by adjusting the DC voltage source, the switching distance with respect to the low-frequency converter output offset voltage.
Especially when using the control module according to the invention as an infrared-sensitive light switch, it must be taken into account that, for example during the day, the module mentioned should not be effective. This is achieved in that the evaluation unit comprises a circuit which is controlled by a further optoelectric converter and which is sensitive, in particular in the visible light range.
The circuit preferably comprises an amplifier / attenuator circuit controlled by the further optoelectric converter, preferably an opto-resistor, for a signal influenced by the output signal of the first converter.
Thus, the output of the threshold-sensitive unit is preferably routed to the amplifier / attenuator circuit, which is preferably formed by a voltage divider controlled by the further optoelectric converter.
In particular, when used as a light switch in hallways, in which the light is to burn in a known manner after switching on for a specified period of time, then should switch off again automatically, it is proposed that the evaluation unit comprise a circuit which acts as a mono-stable unit, the output of which controlled path.
In this case, setting elements, which act as a monostable unit, are preferably connected in order to set their output pulse duration, preferably via an externally accessible setting element.
The circuit, which acts as a monostable unit, is preferably implemented with a digital timer, the clock signal of which is supplied by the amplitude limiting unit. As previously mentioned, the amplitude limiting unit reduces the amplitude value of the mains voltage, so that its output signal of a mains-frequency AC voltage of low amplitude is used directly as a clock signal for the timer.
Since it must be taken into account for the detection of radiation changes, in particular IR radiation changes over the greatest possible distance, that, above all, mains voltage interferences limit the evaluation of the possible maximum sensitivity of an optoelectric converter provided, it is proposed that the optoelectric converter include a sensor in a metallic one Housing is integrated preamplifier or that the sensor and preamplifier are arranged in a shielded bracket.
The optics are preferably arranged on a holder receiving the optoelectric converter and defining a surface element centered in this regard and comprise at least two mirrors, at least partially inclined to a normal, at least almost concentrically to the optoelectric converter, and arranged on both sides of the normal. As a result of this arrangement and design of the optics, it will be possible, as will be described in the following, to use simple reflection to detect the radiation to be detected from two opposite directions, with a large opening angle with respect to the normals, such a steep angle, i. H. to divert at a small angle with respect to the normal to the surface element that the central area of the provided optoelectric converter, i. H. the area with the highest sensitivity can be exploited.
The use of the two mirrors arranged as specified allows incident rays to be deflected with respect to the normal, with practically 90 on both sides, at an acute angle without the need for multiple reflections on more complex mirror arrangements, with the associated complication and enlargement of the optics and the with every reflection increasing losses. Especially for use as a proximity light switch, however, it is very important that the incident radiation can be detected at a wide angle with respect to the normal, with great sensitivity, because the greater the angle and the sensitivity, for example in a corridor, the longer distances this speaks Control module and turns on the light, d. H. the less long a person has to grope through the dark.
The optics are particularly simple because the mirrors are flat.
Although in certain applications an increased focusing of the radiation in the area of the base point of the normals on the surface element can be achieved by using curved mirrors, it is sufficient in most cases, and it is simpler, particularly in terms of production costs, to plan Mirror chooses.
If rays are to be detected by the normal at least almost from a room half-plane, for example if the control module is installed as a switch unit in a hallway, the access to both sides of which is to be detected by a person in that the rays are detected in a plane parallel to the floor, the mirrors are preferably arranged so that their planes intersect the surface element in at least almost parallel straight lines.
This arrangement is preferably deviated if, for example, the floor is horizontal on one side of the control module mounted on the wall and sloping on the other side, as can be the case, for example, when changing from a staircase to a horizontal floor section.
In this case, the holder and the mirror can be formed in one piece, the total surface of this part or only the surfaces acting as mirrors, depending on requirements, being designed to be correspondingly reflective.
If one further takes into account that, according to the invention, mains voltage is supplied directly to the control module as the voltage to be supplied, then mains-frequency interference can be eliminated by the holder being at least metal-coated and serving as an electrical screen.
If the control module is not part of an active optoelectrical barrier in which it monitors bundled light barriers or generally radiation barriers, but rather, independently, a passive detector system, it is proposed that a collecting lens be assigned to each of the mirrors.
The main axes of the lenses preferably run skewed with respect to the normal between them, which means that the beams formed by the lenses in the direction of the normal viewed eccentrically, so that the mirrors can be arranged in such a way that they at least as little as possible cover beams not assigned to them.
When monitoring the rays from a spatial half-plane, as already mentioned above, the lenses are preferably arranged such that the main lens axes lie in two mutually parallel planes, likewise parallel to the normal between them.
Preferably, the projections of the main axes onto the surface element and the intersection curves of the mirror surfaces with this element, around the point of intersection of the normal through the surface element, preferably have a symmetrical figure, preferably a square, preferably a parallelogram.
In order to eliminate or reduce the short focal length of the intended converging lenses and correspondingly compact design of the optics on the control module, the area covered by the mirror assigned to the one lens from the beam of the bundle assigned to the other lens, it is further proposed that each of the mirrors at least approximately in accordance with the intersection of its surface with the beam formed by the lens assigned to the other mirror, and / or not larger than the intersection of its surface with the beam of the lens assigned to it.
Since the mirrors provided are inclined towards the normal, but viewed in the direction of the normal, leaving an open area against the surface element, it is further proposed that a third converging lens be provided, the main axis of which at least almost coincides with the normal.
For mechanical protection of the mirror arrangement and the optoelectric converter and for holding the intended lenses, it is further proposed that an at least approximately tunnel-shaped lens carrier is provided, on the periphery of which the lenses are arranged, the main axes of the two lateral lenses being axially offset in the direction of the tunnel axis , preferably symmetrical to the main axis of the third lens and preferably aligned radially.
For safe, simple positioning of the mirrors with respect to the converging lenses provided on the lens carrier, it is further proposed that the tunnel-shaped lens carrier have a positioning and holding arrangement for the holder in its base area.
The control module according to the invention is particularly suitable for use as an IR-sensitive control module, preferably a passive module, in particular as a light switch-compatible unit for its replacement, such as in house installations.
As already mentioned, the term passive is used here in the sense that known detectors, which do not use assigned transmitters, but instead evaluate the ambient radiation directly, are referred to as passive detectors, such as residual light amplifiers.
The invention is subsequently explained, for example, using figures.
Show it:
Fig. 1 shows a perspective view of a control module according to the invention,
Fig. 2a shows a top view of the schematic arrangement of a control module according to FIG. 1 as a light switch replacement on the wall, for example in a hallway,
Fig. 2b the schematic side view according to FIG. 2a,
Fig. 3a and 3b views according to FIGS. 2a and 2b, in the arrangement of the control module as a light switch replacement in one
Part of the room in which the floor is inclined on one side and horizontal on the other, like at the end of a stairwell.
Fig. 4 shows a block diagram of the supply unit on the control module according to the invention,
Fig. 5 shows a block diagram of the arrangement of the optoelectric converter and evaluation unit on the device according to the invention
Control module,
Fig. 6 based on a block diagram, a possibility of low-frequency output signal fluctuations of the optoelectric
Eliminating transducer
Fig. 7 shows a preferred circuit structure of the feed unit and evaluation unit according to FIGS. 4 and 5,
Fig. 8a and 8b a top and side view of a principle
Mirror arrangement on the optics of the control module according to the invention,
Fig. 9a and 9b representations according to FIGS. 8a and 8b, a collecting lens being assigned to each of the mirrors provided on the optics,
Fig. 10a and 10b a side and top view of a mirror holder with the mirrors on the optics of the control module according to the invention,
Fig.
Ila and llb a top view and a partial sectional view of a preferred optics on the control module according to FIG. 1.
In Fig. is a perspective view of the external appearance of the control module 1 according to the invention. The module is then described primarily from the point of view of its use as a passive infrared proximity switch module for use instead of light switches in domestic installations.
According to Fig. 1, like conventional light switches, it comprises a cover plate 3 for mounting on a wall 5. On one side of the cover plate 3 there is an optic 7, hereinafter with reference to FIG. 8 to 11, which is basically centered around a surface normal N to the cover plate 3. Feeding and evaluation unit, housed in the housing 9, are described below with reference to FIG. 4 to 7 described.
On the other side of the cover plate 3, the supply unit and the evaluation unit are installed in a housing 9, which is preferably standardized, as is customary in the case of conventional switches, to which phase P and neutral conductor N are supplied at connections 11a and 11b. A further connection 12 is controlled by the control module 1 and, depending on its activation state, carries phase potential, so that an aggregate to be controlled, such as a lamp 14, can be connected between this connection 12, corresponding to P ′ and the neutral conductor N.
The optics shown monitors the radiation S from three directions, which in the variant shown are at least almost in a plane E, the outer directions between themselves. Extend a large angle l3 between itself and the surface normal N. On the accessible side of the cover plate 3 in the installed state, an adjusting member 16 is provided in the form of a rotary knob, with the aid of which the period of time during which the controlled path 12, 11b of the module is activated, and thus the lamp 14 burns when it is activated the module has detected a circuit-triggering change in the radiation S. When used as a substitute for light switches based on infrared, it is essential that module 1 works depending on the ambient lighting.
This is because the infrared radiation is largely independent of the ambient lighting in the visible range, but it must be avoided that the light is switched on even in daylight conditions due to changing infrared radiation conditions. For this purpose, in addition to that shown in Fig. 1, not shown, cooperating with the optics 7 optoelectric converter another optoelectric converter 18, as shown in FIG. 5 and 7 will still be described, preferably a photoresistor is installed which acts in such a way that the module remains inactive in certain light conditions in the visible light range.
For the solution of the object according to the invention it is now from Fig. 1 shows that, on the one hand, the feed unit and the evaluation unit must be designed to be small enough that they are in the normally standardized housing 9 of light switches
Can find space, the voltage to be supplied must continue
Mains AC voltage and with regard to the optics 7, the aim should be that radiation S with respect to the surface normal N is detectable from the largest possible angular range (p).
In order to make full use of the advantage of such a proximity switch, the one falling on the side in particular should be used
Radiation S allow the module to be triggered with high sensitivity in order to detect radiation changes caused by infrared sources at great distances. On the other hand, it is known that optoelectric converters used for this purpose have their highest sensitivity in a region around a central axis, i. H. in the middle of their reception club. The optics 7 must therefore be designed such that the radiation incident at 13 at a wide angle with respect to the surface normal N corresponds to that of the central axis of the beam shown in FIG. 1 corresponds to the built-in optoelectric converter (not shown), with angles which are significantly reduced with respect to N, incident on the latter.
In the Fig. 2 and 3 are two installation options for the module, as shown in Fig. 1, shown schematically. As a proximity light switch, for example in a horizontal hallway, the module 1 is used, as in FIG. 2, installed and monitored the radiation S incident at the relatively large angle sp, which can reach almost 90 with respect to the normal N, at least almost in a plane E at body height. However, if module 1 is to be installed as a light switch, for example in a stairwell, in which on the one hand access via a horizontal corridor, in Fig.
3b shown with 5h, on the other hand via a staircase, in Fig. 3b with 5g is to be monitored, the optics are designed in such a way that the radiation is not in one plane, as in FIG. 2, but is monitored under appropriate angular relationships. In Fig. 3a is further indicated how the radiation incident on the optics 7 according to FIG. 1 must be deflected with respect to the surface normals N in order to be incident on the provided optoelectric converter with respect to these normals at a small angle ss.
In Fig. 4, the structure of the supply unit is now shown on the basis of a functional block diagram. The AC line voltage un is supplied to the connections 11a, 11b and connected to an amplitude limiting unit 20. Basically, a line frequency signal appears at the output of the amplitude limiting unit 20 with an amplitude substantially reduced with respect to the line voltage amplitude. As will be described further below, the amplitude limiting unit 20 comprises a zener diode, which limits the mains voltage amplitude to its zener voltage on the one hand, and to the diode flux voltage on the other hand, so that a mains frequency alternating voltage appears on the output side, the polarity of which corresponds to the respective one Zener voltage and with respect to the other polarity is limited to the forward voltage of the diode.
The line frequency pulse train appearing on the output side of the amplitude limiting unit 20 is shown in FIG. 4 shown with u '. The output signal of the amplitude limiting unit 20 is fed to a rectifier unit 22, the output signal of which is sent to a smoothing unit 24. The DC voltage U now appearing at the output of the smoothing unit 24 is attenuated at a attenuator unit 26 with additional smoothing, to the at least one DC voltage value required for at least parts of the further electronic components used.
The output signal of the attenuator 26 is then preferably conducted via an impedance converter 28, at the output of which the supply voltage Us required for the converter and possibly for the evaluation electronics is available in a low-resistance manner.
The use of this supply unit reduces the space requirement with respect to conventional units with transformers so drastically that the one shown in FIG. 1 to 3 explained use as a wall-mountable switching module is possible.
The voltage U5 now provided at the output of the impedance converter 28 is preferably used as the supply voltage for the in FIG. 5 schematically illustrated functional blocks of the evaluation unit are used. The radiation S to be monitored falls, as optics 7 from FIG. 1, outputs an electrical signal U32 corresponding to the intensity of the radiation S to an optoelectric converter 30, which preferably combines with a preamplifier 32 in a housing 31. As is known, the output signal U32 of such an optoelectric converter fluctuates according to the detected radiation intensity by an offset signal value which deviates from zero and which is likewise subjected to slow changes over time.
The output of the optoelectric converter with the signal U32 is connected to a comparator circuit 34, the second input of which is connected to a reference signal from a reference voltage source 37. With the output signal of the reference voltage source 37, U37, the switching level is determined at which the output voltage U34 of the comparator circuit 34 switches. It is certainly possible to predefine and adjust the output voltage U37 of the reference voltage source 37, but this is problematic over long periods with the slowly changing output voltage level of the optoelectric converter 32. Therefore, the reference signal source 37 is preferably controlled via a low-pass element 38 by the low-frequency signal components of the converter output signal U32, its output signal U37 being additionally adjustable with a source 40, which can now be fixed.
The reference signal source then comprises a first source 36, controlled by the low pass 38, and, superimposed for this purpose, a second adjustable 40. Thus, the voltage spacing of the reference signal U37 can be adjusted in size on the one hand with the adjustable source 40, but follows the output voltage with this spacing due to the superposition with the slow-frequency components of the converter output signal U32. The cut-off frequency of the low-pass filter 38 is selected so that rapid changes in the output signal U32, caused by correspondingly rapid changes in the radiation S, such as when a person enters the area to be monitored and the resulting change in the infrared radiation, do not affect the reference voltage source 37 affect, so that the comparator circuit 34 responds to such changes.
The switching level is determined by the fixed source 40.
The two-state output signal of the comparator circuit 34, U34 is now preferably conducted via an amplifier / attenuator element 38 controlled by the ambient light conditions by means of an optoelectric converter 39, the function of which will still be discussed, and controls a monostable unit 41 with its switching edge. If a predetermined change in the detected radiation S is registered, then the comparator circuit 34, amplifier / attenuator unit 38 triggers the monostable circuit 41 and controls a triac 42 on the output side, as a result of which the current path for the lamp 14, externally connected, is closed.
With an adjusting member 44, corresponding to Fig. 1, with the setting button 16, the desired pulse duration X of the monostable unit 41 is set, that is, the length of time for how long the lamp 14 should burn after activation.
Instead of superimposing slow-frequency signal components of the converter output voltage U32 over a voltage value that defines the switching value for a comparator circuit 34, as shown in FIG. 6, a high-pass arrangement 46 is also connected between the output of the converter 32 and the input of the comparator 34, the output signal of an adjustable fixed reference signal source 48 then being switched to the reference input of the comparator circuit 34.
In Fig. 6 shows, for example, the profile of the output voltage U32 of the converter 32, with schematically illustrated signal sections a caused by radiation changes and the offset output level b subjected to slow changes. The resulting high-pass output voltage U46 and comparator output voltage U34 are also shown schematically. It goes without saying that the comparator circuit 34 is preferably designed with hysteresis transmission behavior.
In Fig. 7 is the circuit for realizing the arrangement according to FIGS. 4 and 5. A zener diode Dz is connected to connections 50a and 50b, corresponding to the phase and neutral conductor connection, via a series series capacitor C5.
As shown in dashed lines, the arrangement of the zener diode Dz and the capacitance Cs corresponds to the implementation of the amplitude limiting unit 20 according to FIG. 4th The output voltage pulsating at the mains frequency, tapped via the diode Dz, is smoothed via a diode D1 and a capacitor C1. The resulting smoothed DC voltage is then divided on a voltage divider, formed by the resistors R2 and R3, to the required value. The arrangement of the diode D1 and the capacitance C1 corresponds to the function blocks 22 and 24 according to FIG. 4, the voltage divider with the resistors R2 and R3 of the attenuator unit 26. An operational amplifier OP1, connected as a follower, is connected in terms of supply to the connection on the neutral side of the resistor R3 and to the phase connection 50a.
The low-pass arrangement with C2, R3, C6 results in additional smoothing and adjustment of the voltage at C1, so that there is an almost ripple-free DC voltage at the output of OP1.
In relation to the connection 50a carrying the phase potential, the desired supply voltage Us appears at the output of the follower OP1 in a low-resistance manner for at least some of the components to be described below. The arrangement of the operational amplifier OP1 corresponds to the impedance wall 28 according to FIG. 4th The output voltage U5 of the follower OP1 now feeds an optoelectric converter 52, the output voltage of which is fed to a voltage divider formed by the resistors R4 and R5.
The center tap of the voltage divider, formed by the resistors R4 and R5, is connected to the signal input of a comparator OP2 via a resistor R6 and a capacitor C2, both acting as a low-pass element, while the output voltage of the optoelectric converter 52 is connected via a resistor R7 and a capacitance C3, also acting as a low-pass element, is fed directly to the reference input of the comparator OP2. The time constant of the low-pass element, formed by the resistor R7 and the capacitance C3, is selected to be substantially greater than that of the one formed by the resistor R6 and capacitance C2.
The voltage at the reference comparator input thus follows the low-frequency signal components of the converter output voltage and the low-pass element formed by resistor R7 and Kpacitance C3 corresponds to the low-pass filter 38 according to FIG. 5. Since the cut-off frequency of the low-pass element R6, C2 is chosen higher, the voltage at the signal comparator input on the one hand also follows the low-frequency signal components of the converter output voltage, although the higher-frequency signal components also appear at this input due to changes in the radiation S. Due to the voltage divider R4, R5, however, the voltage at the signal comparator input does not exactly follow the low-frequency signal components of the converter output voltage, but is shifted by the signal value that appears via the resistor R5 and is preferably adjustable, as shown in broken lines.
With the choice of the voltage component ratios, the switching distance is determined with reference to the reference voltage at the reference comparator input. Thus, as mentioned, the low-pass element R7, C3 corresponds to the low-pass element 38 of FIG. 5 with the influenced
Reference voltage source part 36. The voltage divider formed by the resistors R4 and R5 corresponds to FIG. 5 of the adjustable reference partial voltage source 40. The comparator
OP2 can in turn be powered by the voltage U5.
The output of the comparator OP2 is led via a diode D2 to a further voltage divider, formed by a potentiometer P1, and a photoresistor RL with a further resistor R8 connected in series with it. The center tap of the voltage divider formed by these elements between
Potentiometer P1 and photoresistor RL is fed to the trigger input EN of a timer block 54 which transmits its clock signal to a clock input CL via line 56 from
Output of the amplitude limiting unit 20 is fed, d. H. from the connection point between Zener diode Dz and capacitor C5. With the diode D2, the output signal of the comparator OP2 is switched off in one polarity, the signal in the other polarity is attenuated via the voltage divider P1, RL, R8 in function of the light detected by the photoresistor RL.
As already shown in Fig. 1, the photoresistor is corresponding to element 18 of FIG.
1 arranged so that it detects the ambient light conditions of the control module. As the light intensity of the ambient lighting increases, its resistance value falls and thus the trigger signal tapped at the center tap of the voltage divider and fed to the trigger input EN of the timer block 54 becomes smaller. With the aid of the potentiometer P1, the partial voltage ratio is set such that the output signal of the comparator OP2 is not sufficient in daylight to trigger the timer block 54, but is sufficient in the dark and with a correspondingly larger resistance value of the photoresistor RL.
With the aid of the schematically represented preselection switch Sv, actuated by the preselection button 16 according to FIG. 1, is set on the timer block 54, during how many clock signal periods at the input CL the output 58 remains activated after the block has been triggered via the input EN. As already mentioned, the output 58 controls a switching element in the controlled path of the control module, for example a triac 60, and switches phase potential to the connection 12, to which an aggregate to be controlled, for example the lamp 64, is switched on on one side and on the other side to zero potential N is laid.
The components and the approximate dimensioning values are given below for 50 Hz 220 V mains voltage:
C5: 0.33 I1F
Dz: 12V C1 100gF
R2: 270 kQ
R3: 330 toilet OP1: TL 092
Optoelectric converter 52: ELTEC 408
R4: 100 toilets
R5: 1 toilet
R6 820 loo
C6: 4.7 I1F
C2 0.1 F
R7 8.2 mm
C3: 0.47 RF
OP2: TL 092 P1 100 loo
RL LDR 07 Re. 2.2 toilets
Timer 54: SAB 0529
Triac 60:
TXC 18E60
The described feed unit and evaluation unit enables an extremely compact structure and thus fulfills the first sub-task, namely to build the control module so compact that it can be used as a light switch replacement in accordance with the applicable dimensioning standards. This is particularly so because no additional direct voltage wiring has to be carried out, but rather the module is operated directly from the mains voltage.
In the following, the optics of the control module will be described, which, as already mentioned, is intended to perform the second subtask essential for such use, namely to detect changes in radiation at wide angles, and at great distances, which means that the maximum
Sensitivity of the provided optoelectric converter is used, the radiation is thus deflected into the central area of its receiving lobe.
In the Fig. 8a and 8b schematically and without claim to exact representation in the sense of the representing geometry, the technology used for this purpose is shown.
According to Fig. 8a and 8b is through a plane El, through the cover 3 of Fig. 1 defined, a half-space defined, through a normal half-plane E2 two quarter-spaces V1, V2 respectively. Quadrants. Rays S1 resp. S2 from the two quadrants V1 and V2, which, in particular according to FIG. 8b, arrive at a relatively flat angle to the plane El, correspond to a relatively large angular range XPI, respectively. 132 with reference to a normal N lying in the half-plane E2, the center axis of the module according to FIGS.
1 - 3, should be redirected against the plane El in such a way that they are in an angular range ssl resp. ss2 hit it, which is significantly smaller than the angle of incidence range 131 or. 132. For this, the rays Sl, respectively. S2 from one quadrant V1, respectively. V2 by mirroring on corresponding mirrors 72 resp. 71 thrown onto the level E1, in an area around the normal N.
For this purpose, the mirror that is intended for the reflection of the rays S1 from the quadrant V1 is basically at least partially arranged in the quadrant V2, the one, 71, for the rays from the quadrant V2 in the quadrant V1. As indicated by dashed lines, the mirrors can also extend in the other quadrants. They are both arranged in such a way that the normal N lies with the surface area F on which the rays are to be reflected, as shown in FIG. 8, preferably axially symmetrical to the normal N. Although such a symmetrical arrangement of the mirrors 71, 72 is indicated in many cases, it goes without saying that deviations from this are entirely possible as long as the incoming rays are reflected back onto the surface element F.
A deviation from this symmetry is e.g. B. in an application according to Fig. 3 is displayed. The orientation of the mirrors 71 and 72 in the plane El and their inclinations towards the normal N are determined by the direction of incidence of the rays S1, S2, the position and extent of the surface element F and by the laws of optics.
Although in Fig. 8a and 8b, the mirrors 71 and 72 are shown as flat mirrors, it is entirely possible, as indicated by dash-dotted lines at 71a, to use concave mirror segments.
According to Fig. 9a and 9b, mirror 71 in quadrant V2 is assigned a converging lens 73, mirror 72 is a converging lens 75 in quadrant V1. The main optical axes H3 of the lens 73, H5 of the lens 75 are skewed with respect to the normal N and preferably and, as shown in the figures, have parallel projections on the plane E1, preferably symmetrically to the normal N.
The beam cone K3 of the lens 73 is reflected on the mirror 71 to the cone K3 'against the intersection point of the normal N through the plane E1 and analogously the cone K5 on the seal 72 as a reflected cone K5. As can be seen from these figures, it is entirely possible that under certain angular relationships of the beam cone, the mirror 72 or mirror 72 not assigned to a respective cone K3 or K5. 71 cover part of this cone. This is the case for cone K3 in area 77, for cone Ks in area 79.
If this is the case, the mirrors 71, respectively. 72 at least approximately according to the intersection curves between their surfaces, in Fig. 9b indicated at mirror 71 with ESI, with the respectively unassigned beam cone, here K5, as shown hatched in particular in area 79, cut out. This occurs primarily to the extent that there is no impairment of the beam path when the associated beam is reflected, here K3 and K3 '. In addition to or instead of this measure, each of the mirrors is only designed so large that its surface covers the entire sectional figure with the bundle assigned to it, that is, the mirror 72 is the figure of K5 and K5, and the
Mirror 71 that of the cone K3 resp. K3 ,.
In Fig. 10 is a preferred mirror assembly with holder
81 shown. The holder 81 has a central receiving opening 83 for the optoelectric converter 31 according to FIG. 5 resp. 52 according to FIG. 7 on. On the top 85 of the holder 81, guide and holder 87a, 87b are machined obliquely, which the positioning of the mirror 71 and. 72 allow, while maintaining the desired angle of inclination with respect to the normal N.
The holder 81, in the grooves 87a, 87b, the mirror 71, respectively. 72 are inserted, preferably consists of plastic. However, it is readily possible, as shown in dashed lines, to form the mirror and holder 81 in one piece, in which case the mirror surfaces are preferably not formed as upstanding plate-shaped parts, but rather by appropriately incorporating the central part 89 with the receiving opening 83 for the converter. If the whole part is mirrored with a metal coating, the metal layer can be used as an electrical screen at the same time.
As shown in Fig. 10a and 10b can also be seen, the upper edges 91 of the mirror 71 and. 72 each against the other mirror 72 respectively. 71 inclined towards the indentation, for example 79 according to FIG. 9b corresponds to the reduction of the portion covered by the respective mirror in the cone assigned to the other mirror.
According to Fig. 11a and 11b, the mirror holder 81 can be inserted in a guide and positioning opening 93 in the base plate 95 of a lens holder 97, the latter on the plate 3 according to FIG. 1, where it corresponds to position number 7, is mounted. In addition to the two side lenses according to Fig. 9 with 73 and 75, a central third lens 99 is provided. Its main axis H29 coincides with the normal N.
Since the two mirrors 71 and 72, viewed in the direction of the normal N, leave a central space between them, it is possible to monitor a further preferred spatial direction with the third lens 99. The lenses 75, 99 and 73 have a rectangular shape, whereby, as in FIG. lla visible, the main axes H5 and H3 of the lenses 75 and 73 with respect to the surface normal N and. the receiving opening 83 for the converter 31 and. 52 are shifted symmetrically. In the plane of Fig. 11b, the three lenses, preferably symmetrically, span an approximate semicircle, so that this arrangement results in an approximately semicylindrical structure around an axis 103 according to FIG. 1 la is realized.
The lenses are fixed on both sides by radially aligned wall sections 105 and connecting webs 107.
The lens carrier 97 as well as the mirror carrier 81 are preferably made of plastic, and plastic lenses 75, 99 and 73 are preferably also used. With the described and illustrated optics, a highly compact structure can be realized, with which at least two spatial axes, at least almost in one plane, and which enclose an angle between them up to almost 1800, can be monitored by the rays incident flatly from these directions be reflected steeply on the optically sensitive transducer area, so that its high sensitivity around its main receiving lobe axis is exploited.
With the control module described, it is thus possible to replace conventional, manually operated switches in passive installations by passive infrared-controlled proximity switches, in such a way that switches which have already been installed can be replaced without any problems.