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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 empfängt, 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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In der Druckschrift
DE 100 58 161 C2 ist als gattungsgemäße Vorrichtung ein Laserkommunikationssystem mit einer Laser-Sendeeinheit zur Erzeugung eines Laserstrahls und einer Laser-Empfangseinheit zum Empfang des Laserstrahls beschrieben. Die Position einer Laserdiodenhalterung für eine den Laserstrahl generierende Laserdiode wird über ein elektrisch betätigbares Piezoelement verändert, wobei die Strahlrichtung des Laserstrahls von der Position der Laserdiodenhalterung beeinflussbar ist. Die Strahlrichtung des Laserstrahls kann gemäß einer vorgegebenen Funktion variiert werden. Aus einem die Strahlintensität an der Laser-Empfangseinheit repräsentierenden Empfangssignal wird in einem der Laser-Empfangseinheit zugeordneten Regel- und Steuergerät ein Regelsignal erzeugt, das einem weiteren, der Laser-Sendeeinheit zugeordneten Regel- und Steuergerät zugeführt wird, in welchem aus dem Regelsignal gemäß einer hinterlegten Optimierungsfunktion eine das Piezoelement beaufschlagende Steuerspannung zur Einstellung der Laserdiodenposition erzeugt wird.
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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 gegenständlichen 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 einem die Sendelichtstrahlen empfangenden Empfänger, wobei zur Durchführung einer bidirektionalen Datenübertragung integriert sind. in der ersten Einheit ein zweiter Empfänger und in der zweiten Einheit ein zweiter Sendelichtstrahlen emittierender Sender Zur optischen Datenübertragung sind die zu übertragenden Daten den Sendelichtstrahlen in Form von Kodierungen aufgeprägt. Der Pegel des am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignals wird mittels des zweiten Senders an den zweiten Empfänger in der ersten Einheit übertragen und in Abhängigkeit hiervon eine Verstelleinheit betätigt. Mittels derer wird der erste Sender auf den ersten Empfänger ausgerichtet. Dem zweiten Sender ist eine Verstelleinheit zugeordnet, die in Abhängigkeit der Empfangssignale des zweiten Empfängers verstellbar ist. Die Empfangssignale des zweiten Empfängers werden mittels des ersten Senders an den ersten Empfänger in der zweiten Einheit übertragen. In Sendepausen, in welchen der erste beziehungsweise zweite Sender keine Daten überträgt, wird von diesem der aktuelle Pegel des Empfangssignals an den ersten beziehungsweise zweiten Empfänger übertragen, wodurch die Vorrichtung fortlaufend justiert 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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Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1: Vorrichtung zur optischen Datenübertragung, nicht zur Erfindung gehörend.
- 2: Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Datenübertragung.
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1 zeigt schematisch den Aufbau einer nicht zur Erfindung gehörenden 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 Verstelleinheit 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 ist erfindungsgemäß dahingehend weiter gebildet, 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 gemäßFigur 2.
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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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Bezugszeichenliste
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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
