DE10163946A1

DE10163946A1 - Elektronische Schaltung

Info

Publication number: DE10163946A1
Application number: DE2001163946
Authority: DE
Inventors: Harald Schrott
Original assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2003-07-03

Abstract

Es wird eine elektronische Schaltung zum Betrieb eines Sensors, bestehend aus einem Sender (6), einem Empfänger (7) und einer Übertragungsstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger, vorgeschlagen, mit der der Verdrahtungsaufwand verringert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Sender (6) und der Empfänger (7) parallel in demselben Stromkreis (1) zwischen nur zwei Anschlüssen (2, 3) geschaltet sind, wobei ein vom Empfänger (7) gesteuertes elektronisches Bauelement (8) vorgesehen ist, das die Spannung und/oder den Strom zwischen den beiden Anschlüssen (2, 3) beeinflusst.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum Betrieb eines Sensors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sensoren wie Lichtschranken, die einen Sender, einen Empfänger sowie eine Übertragungsstrecke zwischen dem Sender und Empfänger umfassen, werden üblicherweise so betrieben, dass zunächst der Sender, z. B. eine Leuchtdiode, in einem Stromkreis angeordnet wird. Der Empfänger, der in der Regel in Form eines Fototransistors vorliegt, wird an die Spannungsversorgung des Senders angeschlossen und liefert an seinem Ausgang das gewünschte Signal abhängig von der Messgröße, d. h. in der Regel abhängig von der Intensität bzw. der Leistung der vom Sender abgegebenen Strahlung. Bei diesem Sensorbetrieb gemäß dem Stand der Technik sind demnach mindestens drei Anschlüsse zu dem entsprechenden Steuergerät vorzusehen, was in vielen Anwendungsfällen keine Probleme bereitet.

Für bestimmte Anwendungsfälle, beispielsweise beim Einsatz in Haushaltsmaschinen, wie Geschirrspülern oder Waschmaschinen, herrscht ein enormer Kostendruck, so dass auch der Anschluss eines Sensors und dessen Verdrahtung einen nicht unerheblichen Aufwand darstellt. Es handelt sich hierbei um Geräte mit hoher Stückzahl, so dass bereits kleine Einsparungen spürbar zur Kostensenkung beitragen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung für einen Sensor der einleitend genannten Art vorzuschlagen, bei der der Verdrahtungsaufwand gegenüber der bislang verwendeten Schaltung verringert ist.

Dies wird ausgehend von einer Schaltung der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Schaltung für den Betrieb eines Sensors dadurch aus, dass der Sender und der Empfänger parallel in demselben Stromkreis mit zwei Anschlüssen geschaltet sind, wobei ein vom Empfänger gesteuertes elektronisches Bauelement vorgesehen ist, das die Spannung und/oder den Strom zwischen den beiden Anschlüssen beeinflusst.

Mit einer solchen Schaltungsanordnung lässt sich die Anzahl der erforderlichen Anschlüsse zum entsprechenden Steuergerät auf zwei Anschlüsse reduzieren, wodurch der Verdrahtungsaufwand sowohl im Hinblick auf das Material als auch auf die Montage reduziert wird. Als Messsignal kann dabei die im bestromten Zustand des Sensors zwischen den Anschlüssen anliegende Spannung bzw. der im Stromkreis fließende Strom ausgewertet werden.

Der Empfänger einer solchen Sensoranordnung kann beispielsweise ein messgrößenabhängiger Widerstand, eine messgrößenabhängige Kapazität und/oder eine messgrößenabhängige Induktivität sein.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Transistor vorgesehen, dessen Basis oder Gate von dem messgrößenabhängigen Empfänger angesteuert wird, wobei Emitter und Kollektor die beiden Stromkreisanschlüsse der Sensoranordnung verbinden. Wird dieser Transistor durch den Empfänger geöffnet, so werden die Anschlüsse des Stromkreises kurzgeschlossen oder zumindest mit einem vergleichsweise niedrigen Transistorwiderstand überbrückt. Somit fließt ein deutlich erhöhter Gesamtstrom durch den erfindungsgemäßen Stromkreis, der beispielsweise an einem der Anschlüsse messbar ist.

Insbesondere im vorgenannten Ausführungsbeispiel wird ergänzend ein Vorwiderstand vor einem der beiden Anschlüsse an den erfindungsgemäßen Stromkreis vorgesehen, so dass der messgrößenabhängig erhöhte Stromfluss als Spannungsabfall messbar ist.

In einer anderen Ausführungsform wird in dem Empfängerkreis als Schaltelement eine Kapazität in Reihe zu dem Empfänger angeordnet. Je nach Zustand des Empfängers wird diese Kapazität mehr oder weniger geladen, wodurch wiederum die Spannung und/oder der Stromverlauf des Gesamtstromkreises zwischen den beiden Sensoranschlüssen beeinflusst wird.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird für die Übertragungsstrecke zwischen Sender und Empfänger elektromagnetische Strahlung vorgesehen. Im optischen Wellenlängenbereich stellt der Sensor damit eine Lichtschranke dar. Als Sensor zum Betrieb mit einer erfindungsgemäßen Schaltung können demnach herkömmliche Lichtschranken Verwendung finden, die preiswert und in großer Stückzahl im Handel erhältlich sind und die bislang stets mit drei Anschlüssen zu versehen sind. In Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Schaltung können derartige Lichtschranken nunmehr über lediglich zwei Anschlüsse eingesetzt werden. Insbesondere bei Haushaltsmaschinen bewirkt diese Verminderung des Verdrahtungsaufwands eine Kosteneinsparung, die den geringfügigen Aufwand für die erfindungsgemäße Schaltung rechtfertigt.

In herkömmlichen Lichtschranken wird als Empfänger in der Regel ein Fototransistor eingesetzt, der problemlos in einer in der beiden oben angegebenen Ausführungsvarianten für eine erfindungsgemäße Schaltung einsetzbar ist.

In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise beim Einsatz in Haushaltsmaschinen empfiehlt es sich, Infrarotlicht als Messgröße für die Übertragungsstrecke vorzusehen, so dass sich ein Sensor ergibt, der gegen Störungen durch Tageslicht unempfindlich ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Steuergerät vorgesehen, das im Taktbetrieb arbeitet. Hierdurch lässt sich einerseits der Strombedarf der gesamten Sensorvorrichtung einschließlich Steuergerät deutlich herabsenken, wodurch ein leistungsärmeres und somit kostengünstigeres Netzteil verwendbar ist.

Darüber hinaus ist in einem Taktbetrieb der Einsatz mehrerer Sensoren mit erfindungsgemäßer Schaltung durch das gleiche Steuergerät möglich, indem abwechselnd die einzelnen Sensoren nach dem Zustand ihrer Übertragungsstrecke abgefragt werden. In einer besonderen Ausführungsform wird hierzu ein sogenannter Multiplexer zwischen dem Steuergerät und den verschiedenen Sensoren angeordnet.

In Verbindung mit einem der oben angeführten Ausführungsbeispiele, bei dem ein Kondensator im Empfängerkreis angeordnet ist, ist im Taktbetrieb zudem eine besonders einfache Spannungsauswertung möglich, indem der Spannungsverlauf an den beiden Anschlüssen nach Beendigung eines Spannungs- bzw. Stromimpulses durch das Steuergerät erfasst und ausgewertet wird. Je nach Ladezustand der Kapazität ergibt sich hier ein anderer Zeitverlauf dieser Spannung.

Weiterhin ergibt sich durch den Taktbetrieb eine permanente Zurücksetzung der Sensorschaltung in den Ausgangszustand, so dass Verstärkungseffekte oder Oszillationen, die durch die Beeinflussung der Senderleistung durch den parallel im gleichen Stromkreis befindlichen Empfänger verursacht werden, keine nachteiligen Auswirkungen haben können.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert. Im Einzelnen zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäßen Schaltung mit einem zusätzlichen Transistor als Schaltelement im Empfängerkreis,
Fig. 2 eine Ausführungsform mit Kapazität im Empfängerkreis und
Fig. 3 ein Stromzeitdiagramm zur Veranschaulichung des messgrößenabhängigen Spannungsverlaufs der Ausführungsform gemäß Fig. 2.
Fig. 1 zeigt die Schaltung 1, die über zwei Anschlüsse 2, 3 an ein Steuergerät 4 angeschlossen ist. Ein Vorwiderstand 5, der beispielsweise als Ausgangswiderstand des Steuergeräts 4 in das Steuergerät 4 integriert sein kann, befindet sich vor dem Anschluss 3 der Schaltung 1.
Die Schaltung 1 beinhaltet eine Lichtschranke bestehend aus einer Leuchtdiode 6 und einem Fototransistor 7. Die Leuchtdiode 6 sowie der Fototransistor 7 sind parallel in einem Stromkreis zwischen den Anschlüssen 2, 3 geschaltet.
Der Fototransistor 7 ist mit der Basis eines Schalttransistors 8 und somit über den Schalttransistor 8 mit dem Anschluss 3 verbunden.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ergibt sich auf einfach Weise folgendermaßen. Zunächst wird der Stromkreis zwischen den Anschlüssen 2, 3 über das Steuergerät 4 mit Strom beaufschlagt. Hierdurch leuchtet die Leuchtdiode 6. Bei intakter Übertragungsstrecke trifft die abgestrahlte Strahlung auf den Fototransistor 7, der den Schalttransistor 8 dergestalt steuert, dass die Anschlüsse 2, 3 kurzgeschlossen sind bzw. zumindest der dazwischen befindliche Widerstand signifikant reduziert ist. Hierdurch ergibt sich ein Spannungsabfall, der an dem Voltmeter 9 ablesbar ist.
Bei gestörter Übertragungsstrecke bleibt der Schalttransistor 8 geschlossen, so dass der durch den Widerstand der Fotodiode 6 bzw. des zugehörigen Vorwiderstandes 10 begrenzte Strom sich einstellt und demgemäß an dem Voltmeter 9 eine entsprechend höhere Spannung gemessen werden kann. Der Vorwiderstand 5 sowie die gesamte Schaltung 1 sowie das Voltmeter 9 werden zweckmäßigerweise in das Steuergerät 4 integriert, sind in Fig. 1 jedoch zur Veranschaulichung der Funktion separat dargestellt.
Die Schaltung 1' gemäß Fig. 2 umfasst wiederum einen über Anschlüsse 2, 3 an das Steuergerät 4 angeschlossenen Stromkreis mit einer Leuchtdiode 6, einem davor geschalteten Widerstand 10 und einem Fototransistor 7. Nunmehr ist ein weiterer Widerstand 12 vor dem Fototransistor 7 und ein Kondensator 13 parallel zum Fototransistor 7 geschaltet.
In dieser Ausführungsform wird bei geschlossenem Fototransistor 7, d. h. z. B. bei unterbrochener Übertragungsstrecke der Kondensator 13 geladen. Bei einem Betrieb der Schaltung 11 mit einem Spannungs- bzw. Stromimpuls ergibt sich somit ein anderer Zeitverlauf der Spannung an den Anschlüssen 2, 3 als bei geöffnetem Fototransistor 7, d. h. bei nicht gestörter Übertragungsstrecke. Bei geöffnetem Fototransistor 7 ist der Kondensator 13 kurzgeschlossen und somit nicht in der Lage, sich während des Spannungsimpulses aufzuladen.
Der Spannungsverlauf gemäß Fig. 3 gibt die beiden unterschiedlichen Schaltzustände des Transistors 7 wieder. Zum Zeitpunkt t₁ erfolgt ein Spannungsimpuls mit der Spannung U₁ bis zum Zeitpunkt t₂. Nach dem Abschalten des Spannungsimpulses folgt eine steile Flanke auf den Wert U₂ mit einem anschließenden gemäßigtem Spannungsabfall zwischen der Zeit t₂ und t₃ bis auf die Spannung U₀. Zwischen der Zeit t₂ und t₃ entlädt sich demnach der Kondensator 13. Der Spannungsverlauf in diesem Zeitintervall ist nur beispielhaft dargestellt und hängt von der Kapazität des Kondensators 13 bzw. der Dimensionierung der sonstigen Schaltelemente ab.
Beim darauffolgenden Spannungsimpuls zum Zeitpunkt t₄ ist die Übertragungsstrecke intakt, so dass der Fototransistor 7 geöffnet ist. Auf diese Weise kann sich der Kondensator 13 während des Spannungsimpulses bis zur Zeit t₅ nicht aufladen, so dass mit Beendigung des Spannungsimpulses ein schlagartiger Spannungsabfall bis auf U₀ zwischen den Anschlüssen 2, 3 festzustellen ist.
Wie bereits oben angeführt, ist ein Taktbetrieb auch für weitere Anwendungsformen von Vorteil, z. B. für den Betrieb mehrerer Sensoranordnungen, wobei an den Anschlüssen 2, 3 ein sogenannter Multiplexer zwischengeschaltet wird. Ein solcher Multiplexer verbindet synchron mit dem Takt des Steuergeräts 4 unterschiedlichen Sensoren zum jeweils gewünschten Zeitpunkt mit dem Steuergerät 4. Bezugszeichenliste 1 Schaltung
2 Anschluss
3 Anschluss
4 Steuergerät
5 Vorwiderstand
6 Leuchtdiode
7 Fototransistor
8 Schalttransistor
9 Voltmeter
10 Vorwiderstand
11 Schaltung
12 Widerstand
13 Kondensator

Claims

1. Elektronische Schaltung zum Betrieb eines Sensors bestehend aus einem Sender, einem Empfänger und einer Übertragungsstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6) und der Empfänger (7) parallel in demselben Stromkreis (1) zwischen nur zwei Anschlüssen (2, 3) geschaltet sind, wobei ein vom Empfänger (7) gesteuertes elektronisches Bauelement (8) vorgesehen ist, das die Spannung und/oder den Strom zwischen den Anschlüssen (2, 3) beeinflusst.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (7) als messgrößenabhängiger Widerstand, messgrößenabhängige Kapazität und/oder messgrößenabhängige Induktivität ausgebildet ist.

3. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Empfänger (7) gesteuerte elektronische Bauelement ein Transistor (8) ist, der parallel zum Sender (6) geschaltet ist.

4. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (4) vorgesehen ist, das die zwischen den Anschlüssen (2, 3) messbare Spannung auswertet.

5. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Empfänger (7) zugeordnete Bauelement ein Kondensator (13) ist.

6. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlung als Messgröße für die Übertragungsstrecke vorgesehen ist.

7. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender eine Leuchtdiode (6) und/oder der Empfänger einen Fototransistor (7) umfasst.

8. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Infrarotlicht als Messgröße für die Übertragungsstrecke vorgesehen ist.

9. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) für einen Taktbetrieb ausgebildet ist.

10. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiplexer für den Betrieb mehrerer Sensoren mit dem gleichen Steuergerät (4) vorgesehen ist.