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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung.
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Derartige
Vorrichtungen, die insbesondere als Datenlichtschranken ausgebildet
sind, weisen generell eine erste und zweite Einheit auf, zwischen welchen
eine optische Übertragung
von Daten erfolgt. Im einfachsten Fall erfolgt eine unidirektionale Datenübertragung.
Dann ist in der ersten Einheit ein Sendelichtstrahlen emittierender
Sender und in der zweiten Einheit ein Empfänger, der die Sendelichtstrahlen
empfangt, integriert. Die Daten werden über die Sendelichtstrahlen
von der ersten zur zweiten Einheit übertragen. Für den Fall,
dass mit der Vorrichtung eine bidirektionale Datenübertragung
erfolgt, ist in der zweiten Einheit ein zweiter, Sendelichtstrahlen emittierender
Sender integriert, und in der ersten Einheit ein zweiter Empfänger integriert,
so dass die Datenübertragung
zusätzlich
auch von der zweiten zur ersten Einheit erfolgen kann.
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Ein
generelles Problem besteht bei derartigen Vorrichtungen darin, dass
die Datenübertragung oft über große Entfernungen
erfolgen muss. Typischerweise können
die erste und zweite Einheit mehrere Hundert Meter voneinander entfernt
liegen.
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Um
eine fehlerfreie Datenübertragung
zu gewährleisten,
muss daher die erste Einheit bezüglich der
zweiten Einheit mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden. Da die Öffnungswinkel
der von dem Sender emittierten Sendelichtstrahlen typischerweise sehr
klein sind, führen
bereits geringfügige
Fehleinstellungen der Einheiten dazu, dass die Sendelichtstrahlen
nicht mehr exakt auf den Empfänger
treffen, wodurch die Datenübertragung
gestört
oder sogar unterbrochen wird.
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Die
Justage der Vorrichtung ist daher äußerst aufwändig und erfordert hochpräzise Halteeinrichtungen
für die
Einheiten mit dort integrierten Justagemitteln.
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Trotz
einer exakten Justage der Vorrichtung vor Inbetriebnahme kann es
durch Störeinflüsse wie Stoßeinwirkungen,
mechanische Toleranzen und dergleichen zu leichten Dejustagen der
Vorrichtung kommen. Diese kleinen Dejustagen können bereits zu Störungen in
der Datenübertragung
führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und dennoch
präzise
und störungsunanfällige Justage
einer optoelektronischen Vorrichtung der eingangs genannten Art
zu ermöglichen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient zur optischen Datenübertragung.
Sie umfasst eine erste Einheit mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender
und eine entfernt zur ersten Einheit angeordnete zweite Einheit
mit einen die Sendelichtstrahlen empfangenden Empfänger. Der
Pegel des am Ausgang des Empfängers
anstehenden Empfangssignals wird mittels eines in der zweiten Einheit
integrierten Sendeelements an ein Empfangselement in der ersten
Einheit übertragen.
In Abhängigkeit
hiervon wird eine Verstelleinheit betätigt, mittels derer der Sender
auf den Empfänger
ausgerichtet wird.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, die Lage des Senders
in Abhängigkeit des
Pegels des Empfangssignals nachzuführen, so dass während des
Betriebs der Vorrichtung eine selbsttätige fortlaufende Justage,
das heißt
korrekte Ausrichtung des Senders auf den Empfänger erhalten wird.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass vor deren Inbetriebnahme nur eine grobe Ausrichtung der ersten Einheit
zur zweiten Einheit derart vorgenommen werden muss, dass der Empfänger überhaupt
die Sendelichtstrahlen des Senders der gegenüberliegenden Einheit empfängt. Diese
Justage kann einfach und schnell durchgeführt werden. Insbesondere sind
keine Halteeinrichtungen für
die Einheiten mit aufwändigen
Justagemitteln hierfür
erforderlich.
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Die
Feinjustage der Vorrichtung erfolgt selbsttätig und fortlaufend während des
Betriebs der Vorrichtung über
die Verstelleinheit. Da die Einstellung des Senders mittels der
Verstelleinheit in Abhängigkeit
der aktuellen Empfangssignale des Empfängers erfolgt, wird die Position
des Senders schnell und präzise
optimiert, wobei insbesondere auch externe Störeinflüsse, wie mechanische Dejustagen durch
Stöße und dergleichen
kompensiert werden können.
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Besonders
vorteilhaft hierbei ist, dass die Vorrichtung nicht wie bei bekannten
rein mechanischen Justageeinrichtungen nur einmal vor Inbetriebnahme
ausgerichtet wird, was den Nachteil mit sich bringt, dass die Ausrichtung
der Vorrichtung während eines
Arbeitsbetriebs nicht mehr kontrollierbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dagegen durch die kontinuierliche Nachführung der Position des Senders
in Abhängigkeit
der Empfangssignale des Empfängers
eine kontrollierte exakte Ausrichtung der Vorrichtung während des
gesamten Arbeitsbetriebs gewährleistet.
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Das
Sendeelement und das Empfangselement, welche zur Rückführung des
Empfangssignals zur Verstelleinheit eingesetzt werden, können generell
optische Elemente oder auch Funksignale übertragende Elemente sein.
Vorteilhaft weist das Sendeelement generell eine breite Abstrahlcharakteristik auf,
damit die von diesem ausgesandten Signale sicher vom Empfangselement
empfangen werden können.
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Für den Fall,
dass mit der Vorrichtung eine bidirektionale Datenübertragung
erfolgt, ist in der ersten Einheit ein zweiter Empfänger und
in der zweiten Einheit ein zweiter Sender integriert. In diesem
Fall können
der zweite Sender und der zweite Empfänger neben der optischen Datenübertragung
auch zur Übertragung
des Empfangssignals des ersten Empfängers genutzt werden, damit
so die Verstelleinheit zur Verstellung des ersten Senders genutzt
werden kann. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung symmetrisch
derart ausgebildet, dass auch dem zweiten Sender eine Verstelleinheit
zugeordnet ist. Diese erhält
als Eingangssignale die Empfangssignale des zweiten Empfängers über den
ersten Sender und zweiten Empfänger.
In diesem Fall sind keine zusätzlichen
Sendeelemente und Empfangselemente zur Übertragung der Empfangssignale
notwendig.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Erstes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur optischen Datenübertragung.
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2:
Zweites Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur optischen Datenübertragung.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur optischen
Datenübertragung.
Die Vorrichtung 1 gemäß 1 dient
zur unidirektionalen Datenübertragung
zwischen einer ersten Einheit 2 und einer zweiten Einheit 3.
Die erste Einheit 2 ist in einem ersten Gehäuse 2a integriert,
die zweite Einheit 3 ist in einem zweiten Gehäuse 3a integriert.
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Zur
groben Ausrichtung der Vorrichtung 1 sind die Gehäuse 2a, 3a der
Einheiten 2, 3 mittels nicht dargestellten Befestigungseinrichtungen
an Wänden
von Bauwerken oder dergleichen montiert.
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Im
Gehäuse 2a der
ersten Einheit 2 ist ein Sendelichtstrahlen 4 emittierender
Sender 5 angeordnet, dem eine Sendeoptik 6 zur
Strahlformung der Sendelichtstrahlen 4 vorgeordnet ist.
Der Sender 5 besteht aus einem Laser, die Sendeoptik 6 ist
von einer Linse gebildet. Der Sender 5 und die Sendeoptik 6 sind
in einem Tubus 7 integriert und bilden somit eine Baueinheit.
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Der
Sender 5 wird von einer Rechnereinheit 8 angesteuert,
der von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. Zur
Durchführung
der optischen Datenübertragung
werden mittels der Rechnereinheit 8 den Sendelichtstrahlen 4 des
Senders 5 Kodierungen aufgeprägt, welche die zu übertragenden
Daten enthalten. Beispielsweise kann der Sender 5 im Pulsbetrieb
betrieben werden, wobei vorgegebene Folgen von Sendepulsen die Kodierungen bilden.
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Die
Sendelichtstrahlen 4 werden zu einem im Gehäuse 3a der
zweiten Einheit 3 integrierten Empfänger 9 übertragen,
der von einer Photodiode oder dergleichen gebildet ist. Zur Fokussierung
der Sendelichtstrahlen 4 auf den Empfänger 9 ist diesem eine
Empfangsoptik 10 in Form einer Linse vorgeordnet.
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Die
am Ausgang des Empfängers 9 anstehenden
Empfangssignale werden in eine Rechnereinheit 11 eingelesen,
die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. In der
Rechnereinheit 11 erfolgt die Auswertung der Empfangssignale
derart, dass die mit den Sendelichtstrahlen 4 übertragenen
Kodierungen dekodiert werden. Die so erhaltenen Daten können über eine
nicht dargestellte Schnittstelle ausgelesen werden.
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Vor
Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 wird die erste Einheit 2 an
der Halteeinrichtung grob justiert, so dass die vom Sender 5 emittierten
Sendelichtstrahlen 4 auf den Empfänger 9 auftreffen.
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Während des
nachfolgenden Arbeitsbetriebs erfolgt eine fortlaufende selbsttätige Justage
der Vorrichtung 1 derart, dass der Sender 5, im
vorliegenden Fall zusammen mit der im Tubus 7 integrierten
Sendeoptik 6, mittels einer Verstell einheit 12 verstellt wird.
Vorzugsweise ist hierzu der Tubus 7 innerhalb des Gehäuses 2a, 3a an
einer Drehlagerung oder dergleichen in einer Ebene senkrecht zur
Strahlrichtung drehbar gelagert. Die Verstelleinheit 12 umfasst einen
Antrieb, beispielsweise einen Piezoantrieb, der ein Stellelement
antreibt, mittels dessen die Drehlagerung verstellbar ist. Generell
kann der Sender 5 oder die Sendeoptik 6 auch allein
verstellt werden.
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Die
Verstelleinheit 12 wird von der Rechnereinheit 8 angesteuert.
Dabei erfolgt die Verstellung der Senderposition mittels der Verstelleinheit 12 in Abhängigkeit
der Pegel, das heißt
Amplituden der Empfangssignale des Empfängers 9. Hierzu ist
es erforderlich, dass die aktuellen Empfangssignale des Empfängers 9 vorliegen.
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Um
dies zu gewährleisten
ist in dem Gehäuse 3a der
zweiten Einheit 3 ein zusätzliches Sendeelement in Form
eines Funksenders 13 integriert. Der Funksender 13 ist
an die Rechnereinheit 11 angeschlossen. In der Rechnereinheit 11 werden
nicht nur die Empfangssignale des Empfängers 9 dahingehend
ausgewertet, dass die darin enthaltenen Kodierungen detektiert werden.
Vielmehr ist in der Rechnereinheit 11 auch eine Einrichtung
zur Amplitudenbewertung integriert. Hiermit werden die aktuellen
Pegel der Empfangssignale ermittelt. Die Pegel der Empfangssignale
geben ein direktes Maß für die Güte der Ausrichtung
des Senders 5 auf dem Empfänger 9, da die Pegel
der Empfangssignale umso höher
sind, je besser die Ausrichtung des Senders 5 auf den Empfänger 9 ist.
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Die
aktuellen Pegel der Empfangssignale werden mittels des Funksenders 13 von
der zweiten Einheit 3 zur ersten Einheit 2 übertragen.
Hierzu sendet der Funksender 13 Funksignale 14 an
einen in der ersten Einheit 2 integrierten Funkempfänger 15, welcher
ein Empfangselement bildet. Der Öffnungswinkel
der ausgesandten Funksignale 14 ist möglichst groß gewählt, dass auch bei nicht völlig korrekter
Ausrichtung der beiden Einheiten 2, 3 die vom Funksender 13 emittierten
Funksignale auf den Funkempfänger 15 treffen.
Anstelle des Funksenders 13 und des Funkempfängers 15 können als
Sendeelemente und als Empfangselemente auch optische Elemente eingesetzt
werden.
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Der
Funkempfänger 15 ist
an die Rechnereinheit 8 angeschlossen. Die aktuellen Pegel
der Empfangssignale werden vom Funkempfänger 15 in die Rechnereinheit 8 eingelesen.
Dort werden die Pegel der Empfangssignale als Stellgrößen zur
Verstellung der Sendeposition mittels der Verstelleinheit 12 genutzt.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß 1 kann
generell dahingehend weiter gebildet sein, dass mit dieser eine
bidirektionale Datenübertragung
erfolgt.
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Ein
Beispiel einer Vorrichtung 1 zur bidirektionalen optischen
Datenübertragung
ist in 2 dargestellt. Diese Vorrichtung 1 ist
gegenüber
der Vorrichtung 1 gemäß 2 dahingehend
erweitert, dass nicht nur ein Sender 5 in der ersten Einheit 2 integriert
ist, der mittels der Sendelichtstrahlen 4 Daten zu dem
Empfänger 9 in
der zweiten Einheit 3 überträgt. Zusätzlich ist
in der zweiten Einheit 3 ein Sender 5' integriert,
der mittels Sendelichtstrahlen 4' Daten zu einem Empfänger 9' in der ersten
Einheit 3 sendet. Die Datenübertragung erfolgt jeweils
durch Aufprägen
von Kodierungen auf die Sendelichtstrahlen 4, 4'.
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Dabei
werden über
die Rechnereinheit 8 den Sendelichtstrahlen 4 des
Senders 5 Kodierungen aufgeprägt und über die Rechnereinheit 11 den
Sendelichtstrahlen 4' des
Senders 5' Kodierungen
aufgeprägt.
Die Rechnereinheit 8 dient weiter zur Dekodierung der Kodierungen
der im Empfänger 9' empfangenen
Sendelichtstrahlen 4'.
Ebenso dient die Rechnereinheit 11 zur Dekodierung der
im Empfänger 9 empfangenen
Sendelichtstrahlen 4.
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Zur
fortlaufenden Justage der Vorrichtung 1 gemäß 1 ist
dem mit der Sendeoptik 6 im Tubus 7 integrierten
Sender 5 eine erste Verstelleinheit 12 zugeordnet.
Ebenso ist dem mit der Sendeoptik 6' im Tubus 7' integrierten Sender 5' eine weitere
Verstelleinheit 12' zugeordnet.
Die Verstelleinheiten 12, 12' sind identisch ausgebildet und
entsprechen der Ausführungsform
gemäß 1.
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Die
Verstellung des Senders 5 mittels der Verstelleinheit 12 erfolgt
in Abhängigkeit
der Pegel der Empfangssignale des Empfängers 9. Die Empfangssignale
des Empfängers 9 werden
mittels des Senders 5' zum
Empfänger 9' mit den Sendelichtstrahlen 4' übertragen.
Vorteilhaft werden zu dieser Übertragung
die Sendepausen genutzt, in welchen der Sender 5' keine Daten überträgt.
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Entsprechend
erfolgt die Verstellung des Senders 5' mittels der Verstelleinheit 12' in Abhängigkeit
der Pegel der Empfangssignale des Empfängers 9'. Die Empfangssignale des Empfängers 9' werden mittels
des Senders 5 zum Empfänger 9 mit
den Sendelichtstrahlen 4 übertragen. Auch in diesem Fall werden
zu dieser Übertragung
die Sendepausen genutzt, in welchen der Sender 5 keine
Daten überträgt.
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Generell
kann der Pegel der Empfangssignale auch durch eine Modulation der
vom Sender 5, 5' emittierten
Sendelichtstrahlen 4, 4' übertragen werden.
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Da
in diesem Fall die Sender 5, 5' und Empfänger 9, 9' eine Doppelfunktion
wahrnehmen, indem mit diesen nicht nur die optische Datenübertragung erfolgt,
sondern auch die Übertragung
der Pegel der Empfangssignale als Stellgrößen für die Verstelleinheiten 12, 12', werden hierfür keine
separaten Sendeelemente und Empfangselemente benötigt.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Einheit
- 2a
- Gehäuse
- 3
- Einheit
- 3a
- Gehäuse
- 4,
4'
- Sendelichtstrahlen
- 5,
5'
- Sender
- 6,
6'
- Sendeoptik
- 7,
7'
- Tubus
- 8
- Rechnereinheit
- 9,
9'
- Empfänger
- 10
- Empfangsoptik
- 11
- Rechnereinheit
- 12,
12'
- Verstelleinheit
- 13
- Funksender
- 14
- Funksignale
- 15
- Funkempfänger