CN1379227A - 干扰光抑制方法和测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在具有光发射器(10)和光接收器(12)光学测量仪器中进行干扰光抑制的方法,其中由光发射器(10)发射的光信号具有光脉冲,并且该光脉冲以在具有一载频的脉冲包内,前一个与后一个之间有一距离的方式排列在脉冲包中。根据本发明,光信号接收和将该光信号转换成电信紧接着载频范围中在光接收器(12)中的电信号的带通滤波。例如使用在用于安全应用的反射光障中。

Description

干扰光抑制方法和测量仪器

                            技术领域

本发明涉及一种关于具有光发射器和光接收器的光学测量仪器中的干扰光抑制的方法，其中由该光发射器发射的光信号拥有光脉冲，并且这些光脉冲以在具有一载频的脉冲包内，前一个与后一个之间有一距离的方式排列在脉冲包中。

本发明还涉及一种具有光发射器和光接收器的光学测量仪器，用于实现按照本发明的方法。

                             背景技术

熟知的一种用于消除光障(light barrier)中的干扰信号的设备来源于国际公开说明书WO9 6/38742，其中在接收器中配备有一比较器，它滤出具有低幅度的干扰信号。发射器周期性地发射具有已知的发射频率的光脉冲，其中已知的发射频率还预先设置在该接收器中，以便能够将该接收器的激活间隔(activation interval)设置得与所发射的光信号同步。将跟随该激活间隔的间歇调整为所发射的一个光脉冲与另一个之间的距离。

熟知的一种用于消除光障中的干扰光的影响的方法来源于德国专利说明书DE 42 24 784 C2，其中在小于干扰脉冲的最小距离的第一时间窗中，例如从荧光管发射两个脉冲组编码光。即使干扰脉冲被这样的一组脉冲盖过，无干扰脉冲组也总是可以到达该接收器。对于该接收器，为了生成用于无干扰操作的信号，只需接收一组脉冲就足够了。

熟知的一种例如用于光障装置的红外发射/接收系统，来源于德国公开说明书DE 31 19 876 A1，它用来提供对所发射的信号的多重编码。这类型的多重编码可以通过例如利用载频调制被编码的脉冲信号来实现。该多重编码允许在每个光障装置使用不同编码的情况下，接连操作几个光障装置。所使用的载频为31.25kHz。

现代的荧光灯产生具有用于所谓节能灯的100kHz左右的基频的高频调制光。在直线管形荧光灯，即所谓的荧光管中，对该管中间的光以60至80kHz的基频进行调制。在该管的末端，基频为30至40kHz，但陡峭边缘必然伴随高谐波分量，由于高谐波分量使更高的频率起作用。在传统的光学传感器中，荧光灯的不断扩展日渐递增地引起功能问题。对于必须拥有预定的抗干扰度的安全应用来说，这是特别关键的。特别对于其光发射器和光接收器分离的光学测量仪器即所谓的单向光障来说，由于在这种情况下不可能利用同步线让该光发射器和光接收器彼此同步，所以，外部光抑制是关键点。

                            发明内容

本发明打算在光学测量仪器中实现对干扰光的进一步抑制，特别是对来自荧光灯和所谓节能灯的干扰光。

为此，按照本发明提供一个根据权利要求1的前序部分的方法，在该方法中，紧跟光信号的接收和光信号向电信号的转换之后进行对在载频范围内的光接收器的电信号的带通滤波。

通过以在具有一载频的脉冲包内，前一个与后一个之间有一距离的方式将该光信号的光脉冲排列在脉冲包中，来进行所谓的二重调制，其中脉冲包彼此之间的距离可以调整成测量仪器的测量距离，以便避免产生测量范围的不确定。将该载频选得高到足够用于消除潜在的干扰光，例如2MHz。在这种情况下，在一个脉冲包内，按彼此相距250ns的恒定距离，存在具有250ns的恒定宽度和恒定高度的光脉冲。紧接在光信号接收和将其转换成电信号之后的带通滤波(具体地说，在输入放大器前面或里边)，排除(rule out)在干扰光附近该输入放大器的任何饱和。由于这种带通滤波，抗干扰光程度明显增加了。

在本发明的一个实施例中，由光发射器按彼此相距一预定的第一距离发送至少两个脉冲包作为多重脉冲，并且在一预定第二距离之后，发送至少两个彼此相距一预定的第一距离的后续脉冲包作为后续多重脉冲，其中附加第二距离的两个多重脉冲的总持续时间比普通干扰脉冲的最小距离短。在彼此具有第一预定距离的至少两个脉冲包被识别为是发射器的信号时，检测由光发射器的光发射。其优点是不评估这两个脉冲包之间的发射器信号。

由于这种所谓的二重脉冲方法，进一步提高了抗干扰度，原因是仅仅检查这两个脉冲包按第一预定距离的出现，而这两个脉冲包之间和这两个脉冲包之外的接收器的信号不重要。从而不用考虑落在紧接这两个脉冲包的干扰信号。

如果干扰信号直接落在脉冲包上，不认为后者是有效的。由于脉冲包包括几个脉冲，因此脉冲包拥有一个载频。结果，在接收器输入时由带通滤波器仅仅滤出干扰脉冲而不滤出脉冲包。

因此，有效发射的判据不是接收器中发射信号的全过程，仅仅是在正确的时候出现两个脉冲包。

在本发明的一个实施例中，将由光接收器产生的、对应于所接收的光脉冲的信号脉冲的信号电平限制在预定的极限值。这种类型的信号归一化使得能够限制超短高能闪光的干扰影响。

按照本发明，提供一种用于在具有光发射器和光接收器的光学测量仪器中进行干扰光抑制的方法，其中由该光发射器发射的光信号拥有光脉冲，由光接收器产生的、对应于所接收的光脉冲以及持续时间短于预定极限值和/或等于该预定极限值的信号脉冲被抑制。

利用这些措施，可以消除从其低宽度看不可能来自于有用信号的很窄的干扰脉冲。根据光脉冲的宽度对该极限值进行调整。

在本发明的一个实施例中，持续时间超过一预定极限值或等于该预定极限值的信号脉冲承受一恒定持续时间。

利用这些措施，脉冲包的评估结果仅仅取决于所接收的脉冲数量，而不取决于它们的持续时间。这一点是很有利的，原因是还发射恒定持续时间的脉冲，因此可以消除发射失真和附加的外部脉冲的干扰。

在本发明的一个实施例中，信号脉冲的恒定持续时间可以按照预定量进行延伸。

例如，恒定持续时间相对地短，以便产生具有恒定宽度的全部窄脉冲的第一个，然后进行加宽。这样导致恒定的相对长持续时间的脉冲。利用这个措施，可以提高跟随积分器的比较器的阈值，以作为脉冲包的判据。这样工作阈值来获得良好的信噪比，使得该测量仪器的切换输出更稳定。这个比较器决定是否将脉冲包识别为是发射器的信号。

在本发明的一个实施例中，在一预定时间段中对具有恒定持续时间的脉冲信号积分，然后使用一阈值评估积分结果。通过该积分可能包含各个干扰脉冲的影响。各个干扰脉冲不能假冒该结果，原因是在积分期间，它们不能达到针对脉冲包进行调整的阈值。使用阈值的评估结果对应于脉冲包的评估。

在本发明的一个实施例中，在接收到脉冲包或多重脉冲和发射的无干扰评估之后，将从接收器传递接收信号阻塞(block)持续一预定时间段，该预定时间段被调整成脉冲包彼此之间的预定距离或多重脉冲彼此之间的预定距离。

这种类型的信号阻塞在无干扰接收的情况下，导致光接收器同步于光发射器，其中光接收器在光发射器的发射频率处被触发。这种类型的同步可以在不需要光发射器和光接收器之间的同步线的情况下实现。

本发明的根本问题还借助于具有实施按照本发明的方法的光发射器和光接收器的测量仪器得以解决，其中光发射器具有一以载频调制脉冲信号的调制电路，光接收器具有相对信号流紧接在接收器光电管之后的带通电路。

在按照本发明的测量仪器中，为了方便，在相对信号流紧接在接收器光电管之后提供具有带通特性的放大器，其中该接收器光电管可以已是带通滤波器的一部分。通过在放大器内集成带通滤波可以实现小巧的设计。具有带通特性的放大电路最好由无源元件和晶体管实现。

在本发明的一个实施例中，光接收器具有一脉冲宽度比较器，它在小于一预定极限值和/或等于该预定极限值的持续时间的时间段中抑制收到的信号的信号脉冲。

最后，最好光接收器具有一谐振电路，其谐振频率相当于该通频带的中心频率。

利用谐振电路，可以实现选择性的通频带以防止由于干扰光造成放大器饱和。例如这种类型的谐振电路可以在接收器光电管和地之间具有电感器。

                            附图说明

结合附图，本发明的细节和优点示出在权利要求书中和优选实施例的下列说明中，其中：

图1示出按照本发明的第一优选实施例的测量仪器的示意图；

图2示出按照本发明的另一实施例的测量仪器的示意图；

图3示出所发射的光信号的脉冲图；以及

图4示出图2的测量仪器的部分以及所处理的信号的代表的示意图。

                         具体实现方式

在图1中所示意的光学测量仪器具有光发射器10和光接收器12。由光发射器10发射的光信号在光电二极管14中转换成电信号。该电信号从光电二极管14中传递到具有带通特性的放大器16。集成到放大器16的带通滤波器的中心频率是2MHz，因而是高于由荧光灯发射的干扰光的调制频率。通过将带通滤波器集成到放大器16，可以防止由于干扰光使放大器饱和。由于足够高强度的干扰光，如果干扰光的波长仅在光电管的灵敏范围的极限值内，也将必担心输入放大器的饱和。

然后将在具有带通特性的放大器16中放大和滤波后的信号传输到比较器18。在比较器18中，将该信号的信号电平限制成一预定的极限值，即以其电平数字化该信号。结果，消除了高能闪光这样的干扰影响。

在比较器18之后，该信号还在第一评估级20中进一步被处理。在第一评估级20中，检查在固定的时间识别出第一个脉冲包后，是否识别出第二脉冲包。如果在评估级20中得到肯定结果，所接收到的光将被识别为其自己的发射器10发出的光，然而在一定时间内不评估该接收器的信号。评估单元20可以后接积分器和比较器。

图3示出由光发射器发射的光信号的脉冲图。可以看出，在一个脉冲包38中排列着几个光脉冲36。每个光脉冲36跟随着持续时间为b的一段间歇，这大约也是250ns。载频为2MHz的每个脉冲包38具有四个相邻的光脉冲36，，对应于250ns的持续时间a和b。

接连的脉冲包38持续时间c为10μs。包括两个脉冲包38的每个二重脉冲之间距离d是100μs。

2MHz的载频使得与来自荧光灯的干扰光的调制频率形成足够距离。结果，可以在放大器16中使用简单的带通滤波器并且仍然实现足够的干扰光抑制。

下面利用图2和图4更详细地解释在按照本发明和本发明的进一步的实施例的测量仪器中所进行的信号处理。光接收器12的全部元件排列在公共的外壳40内。

在由光电二极管14所产生的信号传输到放大器16之后，立即在光电二极管14之后的信号流中，以等于载频2MHz的通频带的中心频率，进行信号的带通滤波。在结束带通滤波之后，放大和校正(rectified)该信号，并且在该放大器的出口输出的结果是例如如图4的第II部分所示的信号曲线。

比较器18的阈值在第II部分的信号曲线中以水平线28指示。在评估了比较器18中的信号曲线之后，获得图4所示的第III部分的信号曲线，它具有互相之间具有不同宽度的几个脉冲。

第III部分的信号曲线的信号传输到具有脉宽比较器30的评估单元22，它抑制具有宽度低于一预定极限值的脉冲。因此消除由于其宽度低不可能来源于所发射的光信号的很窄干扰脉冲。相反，由于可能存在有脉冲与干扰脉冲的叠加，所以很多宽脉冲不能可靠地称为差错。宽度高于预定极限值的信号脉冲被降低到标准化的脉冲宽度，以使得所有脉冲具有一个标准化的宽度。由于在输入脉冲的宽度高于一预定极限值的情况下，脉冲宽度比较器30只发出一信号，所以可以在脉冲宽度比较器30的输出端获得图4所示的第IV部分的信号曲线。在该第IV部分中，由于第III部分中的信号曲线的第一窄脉冲被抑制，所以仅留下三个脉冲。在该第IV部分中的所有三个脉冲具有恒定宽度。应此，相应的评估结果只依赖于所接收到的脉冲数量，与它们的宽度无关。

为了提高比较器26中的工作阈值，在评估单元22中提供脉冲扩展器32，以便增加脉冲的宽度，在脉冲扩展器32后，导致图4所示的信号曲线的第V部分。执行脉冲的加宽以使得后续积分器24的信号更高，从而为比较器26中的工作阈值获得更大的信噪距离。

在积分器24中将从第V部分器的加宽脉冲积分之后，获得第VI部分所示的信号曲线，并用上升沿象征表示。

由比较器26评估的信号曲线的阈值由水平线34指示。在比较器26评估了信号曲线之后，最终获得第VII部分所示的信号曲线，其中用一个逻辑高信号指示从光发射器10向光接收器12的、评估为有效的光信号发射。

按照在图2和图4所述的本发明的测量仪器的实施例中，可以不使用作为一个操作判据的脉冲包之间的距离。因此，只有各个的脉冲包必须由光发射器10所发射。然而，按照本发明的测量仪器的两个实施例的介绍和光信号的评估方法步骤的介绍可以以适当的方式组合。

Claims (15)

1.一种用于在具有光发射器(10)和光接收器(12)光学测量仪器中进行干扰光抑制的方法，其中由光发射器(10)发射的光信号具有光脉冲，并且该光脉冲以在具有一载频的脉冲包内，前一个与后一个之间有一距离的方式，排列在脉冲包中，其特征在于，光信号接收和将该光信号转换成电信紧接着载频范围中在光接收器(12)中的电信号的带通滤波。

2.如权利要求1的干扰光抑制方法，其特征在于，由光发射器按彼此相距一预定的第一距离发送至少两个脉冲包作为多重脉冲，并且在一预定第二距离之后，发送至少两个彼此相距一预定的第一距离的后续脉冲包作为后续多重脉冲，其中附加第二距离的两个多重脉冲的总持续时间比普通干扰脉冲的最小距离短，在接收到彼此具有第一预定距离的至少两个脉冲包时，检测由光发射器的光发射。

3.如权利要求1或2的干扰光抑制方法，其特征在于，积分该电信号，然后使用阈值评估。

4.如前面的权利要求之一的干扰光抑制方法，其特征在于，由光接收器(12)产生的、对应于所接收到的光脉冲的信号脉冲的信号电平被限制成一预定的极限值。

5.一种用于在具有光发射器(10)和光接收器(12)光学测量仪器中进行干扰光抑制的方法，其中由光发射器(10)发射的光信号具有光脉冲，具体地说，如前面的权利要求之一的干扰光抑制方法，其特征在于，由光接收器产生的、对应于所接收的光脉冲以及持续时间短于预定极限值和/或等于该预定极限值的信号脉冲被抑制。

6.如权利要求5的干扰光抑制方法，其特征在于，持续时间超过一预定极限值或等于该预定极限值的信号脉冲承受一恒定持续时间。

7.如权利要求6的干扰光抑制方法，其特征在于，信号脉冲的恒定持续时间可以按照预定量进行延伸。

8.如权利要求6或7的干扰光抑制方法，其特征在于，在一预定时间段中将具有恒定持续时间的脉冲信号积分，然后使用一阈值评估积分结果。

9.如权利要求5至8之一的干扰光抑制方法，其特征在于，由光发射器按彼此相距一预定的第一距离发送至少两个脉冲包作为多重脉冲，并且在一预定第二距离之后，发送至少两个彼此相距一预定的第一距离的后续脉冲包作为后续多重脉冲，其中附加第二距离的两个多重脉冲的总持续时间比普通干扰脉冲的最小距离短，在接收到彼此具有第一预定距离的至少两个脉冲包时，检测光发射器的光发射。

10.如前面的权利要求之一的干扰光抑制方法，其特征在于，在接收到脉冲包或多重脉冲和发射的无干扰评估之后，将从接收器传递接收信号阻塞持续一预定时间段，该预定时间段被调整成脉冲包彼此之间的预定距离或多重脉冲彼此之间的预定距离。

11.一种用于实施如前面的权利要求之一的干扰光抑制方法的、具有光发射器和光接收器的测量仪器，其特征在于，该光发射器(10)具有一以载频调制脉冲信号的调制电路，并且光接收器(12)具有相对信号流紧接在接收器光电管(14)之后的带通电路(16)。

12.如权利要求11的测量仪器，其特征在于，在光接收器(12)中在相对信号流紧接接收器光电管(14)之后提供具有带通特性的放大器电路(16)。

13.如权利要求11或12的测量仪器，具有实现如权利要求1至10之一的方法的光发射器(10)和光接收器(12)，其特征在于，光接收器(12)具有一脉冲宽度比较器(22)，它在小于一预定极限值和/或等于该预定极限值的持续时间的时间段中抑制收信号的信号脉冲。

14.如权利要求11至13之一的测量仪器，其特征在于，光接收器具有一谐振电路，其谐振频率相当于该通频带的中心频率。

15.如权利要求11至14之一的测量仪器，其特征在于，光接收器(12)和进行信号处理的其它元件都放在一个公共的外壳(40)内。

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