DE10219126A1

DE10219126A1 - Photoelektrischer Sensor

Info

Publication number: DE10219126A1
Application number: DE10219126A
Authority: DE
Inventors: Susumu Mizuhara; Arata Nakamura; Hiroaki Nakanishi; Toshiaki Koya
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003023347A; DE10219126B4; US20030010891A1; US6720545B2; JP3454360B2; CN1384349A; CN1189735C

Abstract

Ein photoelektrischer Sensor sendet gepulstes Licht wiederholt aus, empfängt Licht, welches eine Störung enthalten kann, und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Empfangssignal. Das Niveau des Empfangssignals wird mit einem spezifizierten Schwellenwert zu einer Zeit verglichen, die gegenüber der Zeit der Lichtsendung etwas verzögert ist. Es wird eine Sensorausgabe auf der Grundlage des Ergebnisses dieses Vergleichs erzeugt. Wenn eine periodisch sich ändernde Störung vorhanden ist und das Empfangssignal eine Wechselspannungswellenform hat, wird das Niveau des Empfangssignals mit einem anderen Schwellenwert in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus verglichen. Die Zeit der nächsten Lichtaussendung wird auf der Basis des Ergebnisses des zweiten Vergleichs gesteuert.

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Sensor, der Lichtimpulse zum Nachweis des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Zielobjekts, seines Abstands, seiner Größe und seiner Eigenschaften verwendet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen solchen photoelektrischen Sensor, der mit Mitteln zur Verhinderung eines fehlerhaften Arbeitens auch in einer Umgebung versehen ist, wo periodische Störimpulse vorhanden sind, die zu einem Zeitpunkt erscheinen, der mit dem Zeitpunkt zur Beurteilung von empfangenem Licht zusammenfällt.
Zur Feststellung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Objekts, seines Abstandes oder seiner Eigenschaften in berührungsloser Weise ist es bekannt, Lichtimpulse verwendende elektrische Sensoren zu benutzen, die verschiedentlich photoelektrischer Sensor, Abstandssensor oder Versetzungssensor genannt werden. Lichtimpulse verwendende photoelektrische Sensoren setzen sich im Allgemeinen aus einem Lichtsender zum Aussenden von Lichtimpulsen auf einen Zielbereich und einem Lichtempfänger für den Empfang von aus dem Zielbereich herkommenden Lichtimpulsen zusammen. Sie lassen sich grob in den Transmissionstyp und den Reflexionstyp unterteilen. Bei einem photoelektrischen Sensor des Transmissionstyps fällt der Empfang von vom Lichtsensor ausgesendeten Impulsen durch den Lichtempfänger aus, wenn er durch ein Zielobjekt für den Nachweis unterbrochen wird. Im Falle eines photoelektrischen Sensors des Reflexionstyps werden im Gegensatz dazu die vom Lichtsender ausgesendeten Lichtimpulse vom Lichtempfänger durch deren Reflexion durch ein Zielobjekt empfangen.
Diese Sensoren können auch in einen integrierten Typ, bei dem Lichtsender und Lichtempfänger in einem gemeinsamen Gehäuseaufbau enthalten sind, und einen getrennten Typ, bei welchem diese in individuellen Gehäuseaufbauten enthalten sind, unterteilt werden.
Der integrierte Typ ist insofern vorteilhaft, als sich Lichtsender und -empfänger einfacher korrelieren oder synchronisieren lassen. Viele der photoelektrischen Sensoren des Reflexionstyps und diejenigen des Transmissionstyps, die getrennte Köpfe aufweisen, wie diejenigen, die Faseroptiken verwenden, sind als integrierter Typ aufgebaut. Viele der Sensoren des Transmissionstyps mit ungetrenntem Typ von Köpfen sind als getrennter Typ aufgebaut.
Wo ein photoelektrischer Sensor installiert ist, sind Störsignale unterschiedlicher Art, wie etwa Licht und elektromagnetische Wellen, zusätzlich zu den Lichtimpulsen, die vom Sensor selbst ausgesandt werden, zu erwarten. Wegen der Störungen dieser Art in der Umgebung erscheinen auf der Ausgangsleitung, die durch den Kondensator verläuft, welcher einen Wandler, wie etwa ein photoelektrisches Wandlerelement, im Lichtempfänger anschließt, eingemischt entweder über den Wandler oder über die Spannungsversorgungsleitung, Störimpulse. Einige solche Störimpulse erscheinen periodisch, während einige regellos erscheinen.
Es wurden viele verschiedene Verfahren entwickelt, um ein durch solche Störimpulse bewirktes fehlerhaftes Arbeiten eines Lichtempfängers zu verhindern. Eines dieser Verfahren beruht auf der Synchronisationstechnologie, mit welcher die zeitliche Lage der Lichtaussendung durch den Lichtsender und diejenige des Lichtempfangs durch den Lichtempfänger synchronisiert werden. Ein anderes Verfahren beruht auf der Identifikation einer Impulsanordnung. Die Sensorausgabe wird nicht eingeschaltet, es sei denn, mehr als eine spezifizierte Minimalanzahl von Impulsen werden kontinuierlich nachgewiesen. Sobald die Sensorausgabe eingeschaltet ist, wird sie nicht ausgeschaltet, es sei denn, mehr als eine spezifizierte Anzahl von Impulsen fehlen. Ein weiteres Verfahren ist eine Kombination von beiden dieser Technologien derart, dass die Synchronisationstechnologie in der ersten Stufe verwendet wird, um die Störungsimpulse zu eliminieren, die nicht in Übereinstimmung mit dem Empfangslichtniveau sind, wonach die Impulsanordnung in der späteren Stufe identifiziert wird, um Störungsimpulse zu eliminieren, die synchron mit der Beurteilungszeit oder der Lichtsendezeit sind.
Solche bekannten Verfahren sind wirksam gegen Störimpulse, die regellos im Empfangssignal erscheinen. Wenn die Störimpulse periodisch erscheinen und wenn die Zeit ihres Erscheinens mit der Beurteilungszeit oder der Zeit einer Lichtaussendung zusammenfällt, können sie kaum wirksam sein. Beispiele solcher Situationen treten in Fabriken und Lagerhäusern auf, wo Leuchtstofflampen einschließlich solcher des gewöhnlichen Frequenztyps und des Umpolertyps üblicher Weise verwendet werden. Da der Zeitpunkt der Lichtaussendung von solchen Sensoren im Hinblick auf das benötigte Ansprechniveau des Sensors nicht zu weit variiert werden kann, gibt es auch eine Grenze, innerhalb der die Wirkungen von Störimpulsen durch Änderung der Zeit der Lichtaussendung vermieden werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher im Hinblick auf die oben beschriebene Situation eine Aufgabe der Erfindung, einen Lichtimpulse verwendenden photoelektrischen Sensor zu schaffen, bei welchem ein fehlerhaftes Arbeiten auch dann vermieden werden kann, wenn Störimpulse periodisch und zu einer Zeit erscheinen, die mit derjenigen der Aussendung von Licht zusammenfällt.
Es ist eine weitere Aufgabe, Grundtechnologien für solche verbesserten photoelektrischen Sensoren zu entwickeln.
Unter einem Aspekt bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines photoelektrischen Sensors, welcher wiederholt Lichtimpulse aussendet, indem ein Lichtsendeelement bei einer spezifizierten Lichtsendezeit angesteuert wird, und welcher mit einem spezifizierten Schwellenwert das Niveau dessen vergleicht, was hier als das Empfangssignal bezeichnet wird, welches ein elektrisches Signal ist, das durch Verarbeitung von durch ein Lichtempfangselement empfangenem Licht bei einer Zeit (bezeichnet als Niveaubeurteilungszeit) mit einer geringen Verzögerung gegenüber der vorgenannten Lichtsendezeit gewonnen ist. Wenn eine einer Störung entsprechende Wechselspannungswellenform in dem Empfangssignal enthalten ist, wird die Lichtaussendung des Sensors so gesteuert, dass ein Nulldurchgangszeitpunkt dieser Wechselspannungswellenform und die Niveaubeurteilungszeit zusammenfallen, und eine Sensorausgabe auf der Grundlage des Ergebnisses des vorgenannten Vergleichs erzeugt.
In Obigem kann der "spezifizierte Schwellenwert" auf der Grundlage des bekannten Niveaus von Empfangssignalen, die auf vom Sensor selbst abgegebenem Licht beruhen, bestimmt werden. Die "leichte Verzögerung" zur Definition einer Zeit in einer solchen Situation ist ein allgemein bekanntes Verfahren der Korrelation (oder Synchronisation) von Lichtaussendung und Lichtempfang. Die Erfindung erfordert daher nicht, dass diese leichte Verzögerung nicht-null ist, d. h., der Vergleich dieses Schwellenwerts kann zu der gleichen Zeit wie der Beginn der Lichtaussendung initiiert werden.
"Störung" kann verschiedene Ursprünge haben. Störungen infolge von über das Lichtempfangselement eingemischtem Licht, wie etwa Licht von einer Umpoler-Leuchtstofflampe, sowie Störungen in Form elektromagnetischer Wellen, die über eine Netzleitung eingemischt werden, können eingeschlossen sein. "Wechselspannungswellenform", auf die oben Bezug genommen wurde, enthält nicht nur sinusförmige Wellenformen mit regelmäßig sich ändernden Signalniveaus, sondern auch verschiedene Wellenformen mit einer Ausgangspolarität, die sich häufig über ein Wechselspannungsnullniveau ändert.
Die Nulldurchgangszeit und die Niveaubeurteilungszeit müssen nicht exakt übereinstimmen. Ein gewisser Grad an Fehlübereinstimmung ist zulässig. Der zulässige Bereich der Fehlübereinstimmung kann abhängig von der Niveaubeurteilungszeit, etwa der Zeit, während welcher das Sampling-Tor im Falle eines Sensors mit einem Sampling-Tor offen gelassen wird, der Ausgabecharakteristik der der Störung entsprechenden Wechselspannungswellenform und dem Schwellenwert für die Beurteilung bestimmt werden.
Gemäß einem Verfahren dieser Erfindung wird das Niveau des Empfangssignals zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs der der Störung entsprechenden Wechselspannungswellenform (bezeichnet als "Störungsausgabe") oder wenn die Störungsausgabe ihren Minimalwert hat, beurteilt, auch wenn der Sensor in einer Umgebung verwendet wird, wo es wahrscheinlich ist, dass eine der Störung entsprechende Wechselspannungswellenform im Empfangssignal erscheint, wie etwa unmittelbar unterhalb einer Umpoler-Leuchtstofflampe. Ein fehlerhaftes Arbeiten, wie das Ausgeben einer Beurteilung des Vorhandenseins von (vom Sensor selbst ausgesendeten) Licht, obwohl gerade kein vom Sensor gesendeter Lichtimpuls empfangen wird, kann gemäß dieser Erfindung vermieden werden.
Bei dem diese Erfindung verkörpernden Verfahren wird bevorzugt, einen Nulldurchgangszeitpunkt auszuwählen, bei welchem sich die Polarität der der Störung entsprechenden Wechselspannungswellenform in die entgegengesetzte Polarität zur Polarität der Empfangssignalwellenform, die dem vom Sensor selbst ausgesendeten gepulsten Licht entspricht, ändert. Die "Polarität der Empfangssignalwellenform, die dem gepulsten Licht des Sensors selbst entspricht" kann die gleiche wie die Polarität der "spezifizierten Schwelle" zur Beurteilung des Niveaus des Empfangssignals sein. Dieser Schwellenwert wird üblicherweise auf der Seite der Spitze ausgewählt, die auf der Wellenform des Empfangssignals erscheint, das auf dem vom Sensor selbst gesendeten Impulslicht beruht. Wenn infolge beispielsweise der Charakteristik der Ausgabeschaltung Spitzen auf beiden Seiten erscheinen und Schwellenwerte mit beiden Polaritäten eingestellt werden, kann einer der Schwellenwerte ausgewählt und seine Polarität als die "Polarität der Empfangssignalwellenform" definiert werden.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Nulldurchgangszeit so ausgewählt, dass die der Störung entsprechende Wechselspannungswellenform sich auf die entgegengesetzte Polarität zu dort ändert, wo der Schwellenwert eingestellt ist, so dass das Erscheinen einer Störungsausgabe über den Schwellenwert hinaus während der Zeitdauer der Niveaubeurteilung (beispielsweise während das Sampling-Tor offen bleibt) zuverlässig vermieden werden kann. Dies macht es auch möglich, die Zeitdauer der Niveaubeurteilung etwas länger einzustellen.
In einem anderen Aspekt bezieht sich diese Erfindung auf einen photoelektrischen Sensor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er nicht nur Lichtsendemittel zum wiederholten Aussenden von gepulstem Licht durch Ansteuern eines Lichtsendeelements bei einer spezifizierten Lichtsendezeit, Lichtempfangsmittel für den Empfang von Licht und die Ausgabe eines dem empfangenen Licht entsprechenden elektrischen Empfangssignals, erste Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Niveaus des Empfangssignals mit einem spezifizierten ersten Schwellenwert, womit das Niveau des Empfangssignals bei einer Niveaubeurteilungszeit, die geringfügig gegenüber der Lichtsendezeit verzögert ist, bestimmt wird, und Signalprozessormittel zu Erzeugung einer Sensorausgabe beruhend auf dem Ergebnis eines Vergleichs durch die ersten Niveaubeurteilungsmittel aufweist, sondern auch zweite Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Niveaus des Empfangssignals mit einem Schwellenwert in der Nähe eines Wechselspannungsnullwerts, womit das Niveau des Empfangssignals beurteilt wird, sowie Sendezeitsteuermittel zur Steuerung der Zeit der nächsten Lichtaussendung durch die Lichtsendemittel beruhend auf dem Ergebnis eines Vergleichs durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel. Mit einem solchen photoelektrischen Sensor kann das Erscheinen einer durch den Schwellenwert in der Nähe des Wechselspannungsnulldurchgangs gemessenen Störungsausgabe durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel festgestellt und die Zeitlage der Lichtaussendung kann gemäß dem Zustand des Erscheinens einer solchen Störungsausgabe gesteuert werden. Das Empfangssignalniveau kann also dann beurteilt werden, wenn kaum eine Störungsausgabe vorhanden ist oder die Störungsausgabe in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus liegt, so dass ein auf eine Störung zurückgehendes fehlerhaftes Arbeiten vermieden werden kann. Die zweite Schwelle braucht lediglich "in der Nähe" eines Wechselspannungsnullniveaus zu liegen. Es hängt natürlich von der Charakteristik des Sensors ab, wie nahe die zweite Schwelle bei einem Wechselspannungsnullniveau liegen sollte, es sollte für einen Fachmann jedoch klar sein, dass, da dieser Schwellenwert zum Zwecke einer Verhinderung eines fehlerhaften Arbeitens infolge von Störungen vorgesehen ist, dieser Schwellenwert kleiner als der Schwellenwert der ersten Niveaubeurteilungsmittel sein muss.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung verzögern die Sendezeitsteuermittel den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit dem vorherigen Zeitpunkt der Lichtaussendung verstrichen ist, solange, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel bestimmen, dass das Niveau des Empfangssignals nahe beim Wechselspannungsnullniveau liegt. Die "offizielle Lichtsendezeitdauer" ist eine feste Zeitdauer für die periodische Aussendung von Impulslicht durch die Lichtsendemittel. Das Intervall zwischen aufeinander folgenden Aussendungen von Licht ändert sich gemäß dieser Ausführungsform jedoch abhängig vom Ergebnis der Beurteilung durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel. Das tatsächlich Intervall ist die Summe aus der offiziellen Lichtsendezeitdauer und der variablen Zeit, die die zweiten Niveaubeurteilungsmittel benötigen, um zu schließen, dass das Empfangssignalniveau in die Nähe des Nullniveaus gekommen ist.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird daher ein Minimum der so genannten offiziellen Lichtsendezeitdauer zwischen aufeinander folgenden Lichtaussendungen aufrecht erhalten, und jede Lichtimpulsaussendung findet nur statt, wenn das Niveau des Empfangssignals in der Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus befindlich bestimmt wird. Ein fehlerhaftes Arbeiten des Sensors kann also noch zuverlässiger verhindert werden.
Die Beurteilung, dass das Niveau des Empfangssignals in der Nähe eines Wechselspannungsniveaus liegt, kann durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel erfolgen, indem zwei Schwellenwerte in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus verwendet werden, wobei der eine positive Polarität und der andere negative Polarität hat. Die Beurteilung, dass das Niveau des Empfangssignals "in der Nähe" eines Wechselspannungsnullniveaus liegt, kann nur erfolgen, wenn das Niveau des empfangenen Signals innerhalb eines Bereichs liegt, der zwischen diesen beiden Schwellenwerten eingeschlossen ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verzögern die Sendezeitpunktsteuermittel den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit dem vorhergehenden Zeitpunkt der Lichtaussendung verstrichen ist, solange, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in eine solche Richtung ändert, dass sie entgegengesetzt zur Polarität eines Empfangssignals wird, das einem von einem Sensor selbst gesendeten normalen Lichtimpuls entspricht. Solche zweiten Niveaubeurteilungsmittel können so aufgebaut sein, dass sie einen Komparator zur Feststellung des Erscheinens eines Empfangssignals, welches einen spezifizierten Schwellenwert überschreitet, der die gleiche Polarität hat wie die Polarität eines normalen Empfangssignals, welches einem von dem Sensor selbst ausgesendeten normalen Impulslicht entspricht, und eine "Rückdetektorschaltung" zur Feststellung der hinteren Endposition eines solchen vom Komparator ausgegebenen Ausgangssignals, wenn er gerade das Erscheinen eines solchen Empfangssignals feststellt, aufweisen. Die Sendezeitsteuermittel verzögern dann den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung, bis die hintere Endposition des Ausgangssignals des Komparators durch die Rückdetektorschaltung festgestellt wird.
Bei einem so gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung aufgebauten Sensor findet eine Aussendung von gepulstem Licht unter der Bedingung statt, dass das Niveau des Empfangssignals als sich in einer solchen Richtung ändernd festgestellt wird, dass seine Polarität die gleiche wie diejenige eines normalen Empfangssignals, das normalem gepulstem Licht vom Sensor selbst entspricht, wird. Das Erscheinen einer den Schwellenwert in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus überschreitenden Störungsausgabe während der Zeitdauer für die Beurteilung des Niveaus des Empfangssignals (etwa während das Sampling-Tor offen gelassen ist) kann zuverlässig vermieden werden. Auf diese Weise kann die Zeitdauer für die Beurteilung des Niveaus des Empfangssignals etwas länger eingestellt werden. Die Sendezeitsteuermittel können vorzugsweise so eingestellt sein, dass sie ein Lichtsendezeitsignal für die nächste Lichtaussendung unmittelbar, nachdem eine voreingestellte Wartezeitdauer nach einer offiziellen Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Zeit der Lichtaussendung verstrichen ist, erzeugen, wenn die zweiten Niveaubeurteilungsmittel nicht beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in der Richtung ändert, in der sie entgegengesetzt zu der Polarität eines normalen Empfangssignals, das vom Sensor selbst ausgesendetem normalem Licht entspricht, wird. Zu diesem Zweck können die Sendezeitsteuermittel einen Zeitgeber enthalten, welcher mit der Zeitzählung ausgewählt startet, wenn eine offizielle Lichtsendezeitdauer vergangen ist oder wenn eine hintere Endposition des Ausgangssignals des Komparators durch die Rückdetektorschaltung festgestellt wird, und der ein Lichtsendezeitsignal für die nächste Lichtaussendung erzeugt, wenn eine spezifizierte Zeitdauer verstrichen ist.
Wenn ein solches Lichtsendezeitsignal erzeugt wird, sendet der Sensor den nächsten Lichtimpuls unmittelbar.
Es kann Situationen geben, wo der Nachweis der Änderung zur entgegengesetzten Polarität hin verfehlt wird, beispielsweise wegen des Verschwindens der Störung, so dass die Verzögerung der nächsten Lichtaussendung unbeabsichtigt fortgesetzt wird. Mit einem wie oben beschriebenen aufgebauten photoelektrischen Sensor lässt sich eine solche Situation vermeiden, weil eine Minimalzeitdauer der Lichtaussendung gewährleistet ist.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung verzögern die Sendezeitsteuermittel den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit dem vorhergehenden Zeitpunkt der Lichtsendung verstrichen ist, solange, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der sie gleich oder entgegengesetzt zur Polarität eines normalen Empfangssignals, das einem vom Sensor selbst ausgesendeten normalen Lichtimpuls entspricht, wird. Anders als bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der Erfindung findet eine Lichtaussendung unabhängig davon statt, ob die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in der Richtung ändert, in der sie die gleiche wie diejenige eines normalen Empfangssignals wird, weshalb eine Lichtaussendung schneller mit kürzerer Wartezeitdauer stattfinden kann, wenngleich auf Störungen zurückgehende Fehler weniger zuverlässig vermieden werden können als durch die zweite Ausführungsform.
Die zweiten Niveaubeurteilungsmittel gemäß der dritten Ausführungsform können so aufgebaut sein, dass sie zwei (erste und zweite) Komparatoren zur Feststellung des Erscheinens eines Empfangssignals, welches einen ersten oder zweiten Schwellenwert überschreitet, der die gleiche Polarität wie die oder die entgegengesetzte Polarität zu der eines normalen Empfangssignals hat, welches vom Sensor selbst ausgesendetem normalem Impulslicht entspricht, sowie zwei (erste und zweite) Rückdetektorschaltungen zur Feststellung der hinteren Endposition eines Ausgangssignals, das vom ersten oder zweiten Komparator ansprechend auf das Erscheinen eines die erste oder zweite Schwelle überschreitenden Empfangssignals ausgegeben wird, aufweist. Die Sendezeitsteuermittel verzögern den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung, bis die hintere Endposition des Ausgangssignals einer der beiden Komparatoren durch die entsprechende der Rückdetektorschaltungen nachgewiesen ist.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung sind die Sendezeitsteuermittel ausgewählt in einer ersten Betriebsart oder einer zweiten Betriebsart betreibbar. In der ersten Betriebsart verzögern die Sendezeitsteuermittel den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Zeit der Lichtaussendung verstrichen ist, solange, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der sie entgegengesetzt zur Polarität eines normalen Empfangssignals, das einem vom Sensor selbst ausgesendeten normalen Lichtimpuls entspricht, wird. In der zweiten Betriebsart bewirken die Sendezeitsteuermittel die Lichtaussendung unmittelbar, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Zeit der Lichtaussendung verstrichen ist, oder danach, indem eine spezifizierte Zeitdauer gewartet wird.
Ein so gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung aufgebauter photoelektrischer Sensor ist zweckmäßig, weil er in einer geeigneten Weise betrieben werden kann, abhängig von den Umgebungsbedingungen, in denen er installiert ist. Bei Gegenwart von Störlicht mit periodisch sich ändernder Helligkeit, wie etwa das Licht einer Umpoler-Leuchtstofflampe, kann die Wirkung der zweiten Ausführungsform erzielt werden, indem in der ersten Betriebsweise gearbeitet wird. Wenn ein weiterer Sensor in der Nachbarschaft vorhanden ist und es sein kann, dass von einem solchen benachbarten Sensor ausgesendetes Licht auch empfangen werden kann, obwohl keine periodisch erscheinende Störung in der Umgebung vorhanden ist, lässt sich eine solche wechselseitige störende Beeinflussung vermeiden, indem die zweite Betriebsart ausgewählt wird.
Es wird also bevorzugt, Stördetektormittel zum Feststellen von Störlicht und elektromagnetischen Störwellen einer Art, die ein Empfangssignal bewirkt, welches sich periodisch ändert und eine Wechselspannungswellenform hat, vorzusehen. Wenn solche Stördetektormittel vorgesehen sind, kann die erste Betriebsart ausgewählt werden, wenn das Vorhandensein eines solchen periodisch sich ändernden Störlichts oder elektromagnetischer Störwellen festgestellt werden. Die zweite Betriebsart kann bei Nichtvorhandensein einer solchen Störung ausgewählt werden. Das Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten kann manuell oder mittels eines speziell für diesen Zweck vorgesehen Schalters bewirkt werden.
Eines der Verfahren der Beurteilung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Störlicht und/oder elektromagnetischen Störwellen besteht darin, das Niveau des Empfangssignals mit einem bestimmten Schwellenwert zu vergleichen. Ein weiteres Verfahren besteht darin, festzustellen, ob das Niveau des Empfangssignals nahezu bei einem Wechselspannungsnullniveau über eine bestimmte Zeitdauer hinweg verbleibt, die kürzer als die offizielle Lichtsendezeit ist. Diese Verfahren sollen jedoch nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen sein.
Ein photoelektrischer Sensor gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung kann Zeitmessmittel zur Messung der Zeit, während welcher das Niveau eines Empfangssignals kontinuierlich in der Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus für eine spezifizierte Zeitdauer verbleibt, die kürzer als die offizielle Lichtsendezeitdauer ist, sowie Betriebsartenumschaltmittel zum Umschalten auf die zweite Betriebsart, wenn die mit den Zeitmessmitteln gemessene Zeit die spezifizierte Zeitdauer überschreitet, und auf die erste Betriebsart, wenn die mit den Zeitmessmitteln gemessene Zeit kürzer als die spezifizierte Zeitdauer ist, aufweisen. Mit einem so aufgebauten Sensor können die Betriebsarten abhängig vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Störlicht oder elektromagnetische Störwellen umgeschaltet werden.
Ein photoelektrischer Sensor, wie er oben beschrieben wurde, kann unter Verwendung einer integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet sein. Eine solche integrierte Halbleiterschaltung gemäß der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass sie einen ersten externen Anschluss für die Zufuhr von Spannung, einen zweiten externen Anschluss für die Ausgabe eines Sendesteuersignals für eine Treiberschaltung für das Lichtsendeelement des Sensors, einen dritten externen Anschluss für die Ausgabe eines Sensorlaststeuersignals für eine Treiberschaltung für die Sensorlast, eine Spannungsversorgungsschaltung für den Empfang von Spannung über den ersten externen Anschluss und die Schaffung einer stabilisierten Spannungsquelle für interne Schaltungen der integrierten Schaltung, eine Lichtempfangsschaltung zur Ausgabe eines Empfangssignals gemäß dem von dem Lichtempfangselement des Sensors empfangenen Licht, eine Lichtsendeschaltung zur Ausgabe des Sendesteuersignals auf den zweiten externen Anschluss, eine Ausgabeschaltung zur Ausgabe des Sensorlaststeuersignals auf den dritten externen Anschluss sowie eine Signalprozessorschaltung zur Steuerung der Ausgabeschaltung und der Lichtsendeschaltung durch das von der Lichtempfangsschaltung empfangene Empfangssignal aufweist. Die Lichtempfangsschaltung, die Lichtsendeschaltung, die Ausgabeschaltung und die Signalprozessorschaltung sind integriert, und die Signalprozessorschaltung umfasst erste Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Empfangssignals mit einem spezifizierten Schwellenwert zu einer Zeit, die gegenüber der Zeit der Lichtaussendung durch das Lichtsendeelement geringfügig verzögert ist, Signalverarbeitungsmittel zur Erzeugung einer Sensorausgabe gemäß einem Ergebnis des Vergleichs durch die ersten Niveaubeurteilungsmittel und zur Lieferung der Sensorausgabe an die Ausgabeschaltung, zweite Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Empfangssignals mit einem weiteren Schwellenwert in der Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus, sowie Lichtsendezeitsteuermittel zum Liefern, an die Lichtsendeschaltung, eines Lichtsendezeitsteuersignals zur Steuerung des Zeitpunkts der nächsten Lichtaussendung durch das Lichtsendeelement gemäß dem Vergleich durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel.
In Obigem enthält "Sensorlast" verschiedene Vorrichtungen, die elektrisch mit dem Sensor verbunden sind und auf der Grundlage von Ausgaben des Sensors gesteuert werden. Zu Beispielen für die Sensorlast gehören Eingabeeinheiten einer programmierbaren Steuerung. Zu Beispielen für ihre Treiberschaltung gehören Schalttransistoren und Triacs. Durch Verwendung einer solchen integrierten Halbleiterschaltung lässt sich der Sensor insgesamt verkleinern und die Produktionskosten können vermindert werden.
Mit einer integrierten Schaltung, wie sie oben beschrieben wurde, können auch verschiedene Funktionen, wie sie oben beschrieben wurden, vorgesehen werden. Beispielsweise können die Lichtsendezeitsteuermittel den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung verzögern, bis das Niveau des Empfangssignals gemäß den zweiten Niveaubeurteilungsmitteln in die Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus nach einer offiziellen Lichtsendezeitdauer kommt. Die Lichtsendezeitsteuermittel können den Zeitpunkt der Lichtaussendung verzögern, bis durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel festgestellt wird, dass sich das Niveau des Empfangssignals in der Richtung ändert, dass es die entgegengesetzte Polarität zu derjenigen eines normalen Empfangssignals, das einem von dem Lichtsendeelement gesendeten normalen Impuls entspricht, hat. Die Lichtsendezeitsteuermittel können die nächste Lichtaussendung des Lichtsendeelements unmittelbar, nachdem eine spezifizierte Zeitdauer lang seit der vorhergehenden Lichtaussendung des Lichtsendeelements gewartet worden ist, bewirken.
Die Signalprozessorschaltung kann so eingerichtet sein, dass sie ausgewählt in einer ersten und einer zweiten Betriebsart betreibbar ist, wobei die erste Betriebsart die ist, bei der der Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung verzögert ist, bis durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel festgestellt wird, dass das Niveau des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der es die entgegengesetzte Polarität zu derjenigen eines normalen Empfangssignals, das einem von dem Lichtsendeelement ausgesendeten normalen Impuls entspricht, hat, und die zweite Betriebsart die ist, in der die nächste Lichtaussendung unmittelbar nach einer spezifizierten Zeitdauer seit der vorhergehenden Aussendung von Licht durch das Lichtsendeelement bewirkt wird. Störungsnachweismittel können ferner zum Nachweis des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von periodisch sich änderndem Störlicht oder elektromagnetischen Störwellen mit einer Wechselspannungswellenform und zum entsprechenden Auswählen der ersten oder zweiten Betriebsart vorgesehen sein. Die Beurteilung eines solchen Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins kann durch Vergleichen des Empfangssignalniveaus mit einer spezifizierten Schwelle oder durch Überprüfung, ob das Empfangssignalniveau nahezu gleich einem Wechselspannungsnullniveau über eine spezifizierte Zeitdauer hinweg verbleibt, bewirkt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines diese Erfindung verkörpernden photoelektrischen Sensors, das dessen Gesamtaufbau wiedergibt,
Fig. 2A ist ein Blockdiagramm des Niveaubeurteilungsblocks und Fig. 2B ist ein Blockdiagramm des Signalprozessorblocks der Fig. 1,
Fig. 3 ist ein Schaltbild des Impulsgeneratorblocks der Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 ist ein Flussdiagramm des Arbeitens des in Fig. 3 gezeigten Impulsgeneratorblocks,
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm des Arbeitens des photoelektrischen Sensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Impulsgeneratorblocks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm des Arbeitens des in Fig. 6 gezeigten Impulsgeneratorblocks,
Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm des Arbeitens des photoelektrischen Sensors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 9 ist ein Schaltbild eines Impulsgeneratorblocks gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild eines photoelektrischen Sensors vom Betriebsartenumschalttyp gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 11 ist ein Schaltbild eines Impulsgeneratorblocks für den Sensor der Fig. 10 zur Verwendung in der ersten Betriebsart,
Fig. 12 ist ein Schaltbild eines Impulsgeneratorblocks für den Sensor der Fig. 10 zur Verwendung in der zweiten Betriebsart,
Fig. 13 ist ein Schaltbild eines Störungsdetektorblocks der Fig. 10,
Fig. 14 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens der Berechnung der Nulldurchgangszeit,
Fig. 15 ist ein Flussdiagramm des Vorgangs für die Betriebsartumschaltung des photoelektrischen Sensors gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 16 ist ein Diagramm zur Wiedergabe eines Beispiels für die Wellenformänderung, wenn die Betriebsart für einen photoelektrischen Sensor gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung umgeschaltet wird,
Fig. 17 ist ein Diagramm zur Wiedergabe der Steuerung der Zeit für die Lichtaussendung für jede der beiden Betriebsarten,
Fig. 18 ist ein Schaltbild eines photoelektrischen Sensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Als Nächstes wird die Erfindung anhand eines Beispiels eines diese Erfindung verkörpernden photoelektrischen Sensors beschrieben. Gleichzeitig wird ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Sensors beschrieben. Das Beispiel zeigt den Sensor mit seinem Lichtsender und -empfänger im gleichen Gehäuseaufbau enthalten, dies soll jedoch den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Solange das Arbeiten des Lichtsenders und -empfängers korreliert (oder synchronisiert) werden kann, können sie auch in getrennten Gehäuseaufbauten enthalten sein. Es ist auch zu beachten, dass der Sensor gemäß dieser Erfindung alle Arten von Sensoren, die Lichtimpulse verwenden, einschließlich Sensoren zur Feststellung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Zielobjekts sowie des Abstands zum Zielobjekt, seiner Größe und Eigenschaften, enthält.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung einen Lichtsender 1, einen Lichtempfänger 2, einen Oszillator (OSC) 3, einen Impulsgeneratorblock 4 mit zwei Eingängen IN1 und IN2 und drei Ausgängen OUT1-3, einen Lichtniveaubeurteilungsblock 5 mit zwei Eingängen IN1 und IN2 und einem Ausgang OUT und einen Signalprozessorblock 6 mit zwei Eingängen IN1 und IN2 und einem Ausgang OUT.
Der Lichtsender 1 enthält eine Treiberschaltung 12, die durch einen Treiberimpuls betätigt wird, der vom Ausgang OUT1 des Impulsgeneratorblocks 4 (in Fig. 1 als Transistor mit geerdetem Emitter mit Emitterwiderstand 12A gezeigt) ausgegeben wird, sowie ein durch diese Treiberschaltung 12 angesteuertes Lichtemissionselement 13 (in Fig. 1 gezeigt als Leuchtdiode, die für die Abgabe von infrarotem oder sichtbarem Licht eingerichtet ist). Vom Lichtemissionselement 13 wird gepulstes Licht auf einen Zielbereich für den Nachweis synchron mit dem am Ausgang OUT1 des Impulsgeneratorblocks 4 ausgegebenen Ansteuerimpuls abgegeben.
Der Lichtempfänger 2 arbeitet als photoelektrischer Wandler zur Umwandlung von Lichtimpulsen, die aus dem Zielbereich des Nachweises empfangen wurden, in einen elektrischen Impuls, und weist einen Widerstand 21 und eine Photodiode 22, die zwischen einer Spannungsquelle und Masse in Reihe geschaltet sind, einen Koppelkondensator 23 zum Herausgreifen der Änderungen der Spannung an dessen gemeinsamem Punkt sowie eine Verstärkerschaltung AMP 24 zur Verstärkung und Ausgabe des vom Koppelkondensator 23 ausgegebenen Signals auf. Das so von der Verstärkerschaltung 24 ansprechend auf das vom Lichtempfänger 2 empfangene Licht ausgegebene elektrische Signal wird nachfolgend als "Empfangssignal" bezeichnet und wird dem Eingang IN2 des Impulsgeneratorblocks 4 und dem Eingang IN2 des Lichtniveaubeurteilungsblocks 5 zugeführt.
Der Oszillator 3 dient zur Ausgabe eines Taktimpulses mit einer spezifizierten Frequenz. Dieser Taktimpuls wird dem Eingang IN1 des Impulsgeneratorblocks 4 zugeführt. Gemäß diesem Beispiel wird der Taktimpuls vom Oszillator 3 in Intervallen von ungefähr 0,625 µs ausgegeben. Er ist so eingestellt, das Licht mit einer Rate von einmal pro 160 Zählungen × 0,625 µs = 10 µs (sogenannte offizielle Lichtsendezeitdauer) abgegeben wird, es sei denn der Zähler wird angehalten (wie nachstehend erläutert wird).
Der Impulsgeneratorblock 4 erzeugt drei verschiedene Arten von Steuerimpulsen auf der Grundlage des am Eingang IN1 eingegebenen Taktimpulses und des am Eingang IN2 eingegebenen Empfangssignals und gibt sie über die drei Ausgänge OUT1-3 aus. Eines der Steuersignale wird als "Lichtsendezeitimpuls" bezeichnet und dient der Spezifizierung des Zeitpunkts der Lichtemission durch den Lichtsender 1 und wird aus dem Ausgang OUT1 der Treiberschaltung 12 des Lichtsenders 1 zugeführt. Ein weiteres der Steuersignale wird als "Toröffnungszeitimpuls" bezeichnet und dient der Spezifizierung der Lichtniveaubeurteilungszeit (oder des Zeitpunkts für das Öffnen des Sampling- Tores gemäß diesem Beispiel). Dieser Impuls wird über den Ausgang OUT2 dem Eingang IN1 des Lichtniveaubeurteilungsblocks 5 zugeführt. Das dritte der Steuersignale wird als "Hereinnahmezeitimpuls" bezeichnet und dient der Spezifizierung des Zeitpunkts für die Hereinnahme von Signalen in den Signalprozessorblock 6. Dieser Impuls wird über den Ausgans OUT3 dem Eingang IN1 des Signalprozessorblocks 6 zugeführt. Eine detailliertere Beschreibung des Impulsgeneratorblocks 4 wird nachfolgend gegeben.
Der Lichtniveaubeurteilungsblock 5 dient der Öffnung des Sampling-Tores synchron mit dem am Eingang IN1 eingegebenen Toröffnungszeitimpuls, um das dann über den Eingang IN2 empfangene Empfangssignal mit einem spezifizierten Schwellenwert zu vergleichen und ein Beurteilungssignal, welches das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von empfangenem Licht angibt, zu erzeugen und auszugeben.
Wie in Fig. 2A gezeigt, enthält der Lichtniveaubeurteilungsblock 5 einen Komparator 51 (CMP3) mit einem nicht- invertierenden Eingang (+) und einem invertierenden Eingang (-) sowie eine UND-Schaltung 510 zur Berechnung eines logischen Produkts der Eingabe am Eingang IN1 (Toröffnungszeitimpuls) und der Ausgabe des Komparators 51. Das Signal aus dem Eingang IN2 (das heißt, das Empfangssignal V des Lichtempfängers 2) wird auf den nicht-invertierenden Eingang (+) des Komparators 51 gegeben, während ein Vergleichsschwellenwert Vth3 auf seinen invertierenden Eingang (-) gegeben wird. Zusammenfassend führt der Lichtniveaubeurteilungsblock 5 eine binäre Operation auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem Empfangssignal V und dem Schwellenwert Vth3 aus, erzeugt ein Beurteilungssignal "H" für das Vorhandensein von empfangenem Licht und "L" für das Nichtvorhandensein von empfangenem Licht und gibt es über den Ausgang OUT auf den Eingang IN2 des Signalprozessorblocks 6 aus. In diesem Beispiel wird der Schwellenwert Vth3 gleich 55 mV gesetzt im Hinblick auf die Beziehung mit dem Spitzenwert eines bekannten Empfangssignals, welches auf dem vom Sensor selbst gesendeten Impuls beruht.
Der Signalprozessorblock 6 wirkt als digitales Tiefpassfilter und enthält, wie in Fig. 2B gezeigt, ein n-stufiges (z. B. 8-stufiges) Schieberegister 61 mit einem Dateneingang IN und einem Takteingang CK, ein (erstes) RS-Flipflop 62, welches durch den Anstieg des am Eingang IN2 eingegebenen Beurteilungssignals "H" gesetzt und durch den Anstieg des am Eingang IN1 eingegebenen Hereinnahmezeitimpulses "H" zurückgesetzt wird sowie UND-Glied 63 zur Gewinnung des logischen Produkts der logischen Summen der Ausgaben der Stufen des Registers 61, ein NICHT-ODER-Glied zur Gewinnung der invertierten logischen Summen der Ausgaben der Stufen des Registers 61 sowie ein wieteres (zweites) RS-Flipflop 65, welches durch den Anstieg "H" der Ausgabe des UND-Glieds 63 gesetzt und durch den Anstieg von "H" der Ausgabe des NICHT-ODER-Glieds 64 rückgesetzt wird.
Der Hereinnahmezeitimpuls von Eingang IN1 wird auf den Takteingang CK des Schieberegisters 61 gegeben. Eine Verschiebung im Signalprozessorblock 6 findet also auf der Grundlage des Hereinnahmezeitimpulses statt, und die am Eingang IN2 eingegebenen Beurteilungssignale "H" und "L" werden in die erste Stufe des Schieberegisters 61 über das erste RS-Flipflop 62 hereingenommen, während jede Stufe des Schieberegisters 61 sequenziell in die nächste Stufe verschoben wird. Während das Sampling-Tor des Lichtniveaubeurteilungsblocks 5 offen ist, dient das erste Flipflop 62 dazu, die Ausgabe "H" am Ausgang OUT zu halten. Anders ausgedrückt wird, wenn "H" selbst einmal als das Beurteilungssignal, während das Sampling-Tor offen ist, ausgegeben wird, bevor Signale in das Schieberegister 61 hereingenommen werden, "H" in das Schieberegister 61 eingegeben.
Der Eingabezeitpunkt eines Impulses vom Eingang IN1 auf den Rücksetzanschluss R des ersten RS-Flipflop (oder die Rücksetzzeit des Flipflop 62) muss geringfügig gegenüber demjenigen des Impulses vom gleichen Eingang IN1 auf den Takteingang CK des Schieberegisters 61 verzögert sein. Aus diesem Grund wird in Wirklichkeit eine Verzögerungsschaltung oder dergleichen zwischen dem Eingang IN1 und dem RS-Flipflop eingesetzt, obwohl sie zur Vereinfachung der Offenbarung in der Figur nicht gezeigt ist.
Die Ausgabe des UND-Glieds 63 wird "H", wenn jede der Stufen des Schieberegisters 61 "1", "H" angebend, ist und das zweite Flipflop 65 beim Anstieg dieses "H" gesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ausgabe des zweiten Flipflop 65, welche die Sensorausgabe in diesem Beispiel ist, "H", was angibt, dass der vom Sensor selbst gesendete Impuls normal empfangen worden ist. Wenn andererseits jede Stufe des Schieberegisters 61 "0", "L" angebend, ist, wird die Q-Ausgabe des NICHT-ODER- Glieds 64 "H", und das zweite Flipflop 65 gelangt in den Rücksetzzustand. Das zweite Flipflop 65 verbleibt im Rücksetzzustand, bis eine Setzeingabe vom UND-Glied 63 empfangen wird.
Gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung ist also der Lichtempfänger 2 mit einem digitalen Tiefpassfilter versehen, welches so eingerichtet ist, dass es "H" nur ausgibt, wenn eine spezifizierte Anzahl von Lichtimpulsen kontinuierlich empfangen worden ist. Sobald "H" ausgegeben ist, setzt dies fort, bis jede Stufe des Schieberegisters 61 "0" wird.
Wie in größeren Einzelheiten in Fig. 3 gezeigt, enthält der Impulsgeneratorblock 4 einen Zähler 48, welcher einen Dateneingang IN und einen Rücksetzsignaleingang RST aufweist und dazu dient, auf eine Zahl n (n = 0-159) zu zählen, ein Paar von Komparatoren 41 (CMP1) und 42 (CMP2), die parallel auf der Ausgangsseite des Eingangs IN2 vorgesehen sind, ein ODER-Glied 43 zur Gewinnung einer logischen Summe der Ausgabe dieser beiden Komparatoren, sowie ein UND-Glied 44 zur Gewinnung eines logischen Produkts der Impulsausgabe, die erzeugt wird, wenn der Zähler 48 "1" zählt, und der Ausgabe des ODER-Glieds 43, ein NICHT-Glied 45 zur Invertierung der Ausgabe des UND-Glieds 44, ein RS-Flipflop 46, welches durch den Anstieg von "H" der Ausgabe eines NICHT-Glieds 45 (oder "L" der Ausgabe des UND- Glieds 44) gesetzt und durch den Anstieg von "H" der Ausgabe des UND-Glieds rückgesetzt wird, sowie ein weiteres UND-Glied 47 zur Gewinnung des logischen Produkts der Ausgabe des RS- Flipflop 46 und der Eingabe am Eingang IN1 (oder des Taktimpulses).
Der Zähler 48 dient zur Inkrementierung der Zählzahl n sequenziell durch die Taktimpulse, die vom UND-Glied 47 auf den Dateneingang IN gegeben werden, und zur Ausgabe von verschiedenen Impulsen auf der Grundlage der Zählzahl n zur Steuerung des Sendens und Empfangens von Licht, wie oben erläutert, einschließlich der drei Arten von Steuerimpulsen OUT1-OUT3. Ausführlicher erklärt, wird, wenn n = 1 (zur "Störungsprüfzeit"), der Taktimpuls auf das UND-Glied 44 ausgegeben. Wenn n = 2-5, werden die Lichtsendezeitimpulse vom Ausgang OUT1 auf den Lichtsender 1 ausgegeben, womit bewirkt wird, dass Lichtimpulse vom Lichtsender 1 ausgegeben werden. Wenn n = 6-7, werden die Toröffnungszeitimpulse vom Ausgang OUT2 auf den Lichtniveaubeurteilungsblock 5 übertragen. Wenn die Zählzahl n = 8, wird der Hereinnahmezeitimpuls vom Ausgang OUT3 auf den Signalprozessorblock 6 übertragen. Wenn die Zählzahl n = 159, wird ein Rücksetzimpuls auf den eigenen Rücksetzsignaleingang RST ausgeben, was die Zählzahl n auf "0" zurücksetzt. Fig. 3 zeigt n = 0 im Zähler 48 nicht.
Wie sich aus der Figur ergibt, wird, da der Taktimpuls vom Eingang IN1 über das UND-Glied 47 auf den Eingang IN des Zählers 48 gegeben wird, wenn das RS-Flipflop 46 im Setzzustand ist (Q = "H"), die Zählzahl um +1 durch den Taktimpuls vom Eingang IN1 erhöht. Wenn das RS-Flipflop 46 andererseits im Rücksetzzustand (Q = "L") ist, wird die Ausgabe des UND- Glieds 47 "L", weshalb der Taktimpuls das UND-Glied 47 nicht durchlaufen kann, wobei das Inkrementieren der Zählzahl n gestoppt wird, bis sich das RS-Flipflop 46 erneut im Setzzustand befindet.
Das UND-Glied 44 gibt "H" nur aus, wenn die Ausgabe des ODER-Glies 43 bei Eintreten des Störungsprüfzeitpunkts (oder wenn n = 1) "H" ist. Das RS-Flipflop 46 wird durch den Anstieg von "H" der Ausgabe des UND-Glieds 44 rückgesetzt, seine Ausgabe wird durch das NICHT-Glied 45 invertiert, wenn die Ausgabe des UND-Glieds 44 "L" ist, und wird durch den Anstieg von "H" gesetzt. Das RS-Flipflop 46 wird also beim Eintreffen des Störungsprüfzeitpunkts nur rückgesetzt, wenn die Ausgabe des ODER-Glieds 43 "H" ist. Dementsprechend hält das Inkrementieren der Zählzahl n nur an, wenn n = 1 und die Ausgabe des ODER-Glieds 43 "H" ist. Da die Ausgabe des ODER-Glieds 43 "L" nur wird, wenn die Ausgaben der beiden Komparatoren 41 und 42 beide "L" sind, hört die Inkrementierung der Zählzahl n erst auf, wenn n = 1 und die Ausgabe von einem der beiden Komparatoren 41 und 42 "H" ist.
Die beiden Komparatoren 41 und 42 dienen zur konstanten Überwachung des Lichts, das gerade empfangen wird, auf der Grundlage des Werts des Empfangssignals V, das aus dem Eingang IN2 empfangen wird. Der Empfangssignalwert V aus dem Eingang IN2 wird dem nicht-invertierenden Eingang (+) des ersten Komparators 41 eingegeben, und ein Schwellenwert Vth1 wird als Referenz auf seinen invertierenden Eingang (-) gegeben. Die Ausgabe des ersten Komparators 41 ist also "H", wenn V ≥ Vth1, und "L", wenn V < Vth1. Dieser Schwellenwert Vth1 ist von der positiven Polarität in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus und kann auf etwa gleich +25 mV eingestellt werden.
Der Empfangssignalwert V wird auch auf den invertierenden Eingang (-) des zweiten Komparators 42 gegeben und ein weiterer Schwellenwert Vth2 als Referenz wird auf den nicht- invertierenden (+) gegeben. Die Ausgabe des zweiten Komparators 43 ist also "L", wenn V > Vth2, und "H", wenn V ≤ Vth2. Dieser Schwellenwert Vth2 ist von der negativen Polarität in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus und kann auf etwa gleich -25 mV eingestellt werden. Die Ausgabe des ODER-Glieds 43 ist also "L" nur, wenn Vth2 < V < Vth1.
Mit dem so aufgebauten Impulsgeneratorblock 4 bleibt, wenn der Wert des Empfangssignals V zum Störungsprüfzeitpunkt (welcher unmittelbar vor der Lichtaussendung gemäß diesem Beispiel liegt, oder wenn ein Lichtimpuls des Sensors selbst gerade nicht gesendet wird) nicht innerhalb des Ausgabebereichs nahe null zwischen Vth1 und Vth2 liegt, die Zählzahl n = 1, bis V dahin kommt, die Ungleichung Vth2 < V < Vth1 zu erfüllen. Der Lichtsendezeitimpuls aus dem Ausgang OUT1 wird also verzögert, bis der Wert des Empfangssignals V wieder dahin kommt, die Ungleichung Vth2 < V < Vth1 zu erfüllen.
Fig. 4 ist ein Flussdiagramm des Arbeitens des Impulsgeneratorblocks 4, der wie oben beschrieben aufgebaut ist. Dieses Flussdiagramm kann als die Software-Verarbeitung durch den Impulsgeneratorblock mittels eines Mikrocomputers darstellend betrachtet werden.
Wenn die Zählzahl n des Zählers 48 gleich 1 ist, das Eintreffen des Störungsprüfzeitpunkts angebend (JA in Schritt 401), wird der Wert des Empfangssignals V in Gegenwart von Störungslicht über die Komparatoren CMP1 und CMP2 geprüft (Schritt 402). Wenn Vth2 < V < Vth1 (JA in Schritt 403), wird die Zählzahl n um +1 erhöht (Schritt 405) auf n = 2 erhöht, und das Programm geht nach Schritt 406 weiter. Wenn V ≤ Vth2 oder V ≥ Vth1 (NEIN in Schritt 403) wird andererseits die Zählzahl n beibehalten, so dass n = 1, bis V dahin kommt, die Bedingung Vth2 < V < Vth1 zu erfüllen.
Wenn n = 2-5 (JA in Schritt 406), wird ein Lichtsendezeitimpuls am Ausgang OUT1 ausgegeben, was bewirkt, dass gepulstes Licht vom Lichtsender 1 gesendet wird (Schritt 407). Jedes Mal, wenn ein Lichtsendezeitimpuls ausgegeben wird, wird die Zählzahl n um +1 erhöht (Schritt 405), bis sie 6 wird. Vier Lichtimpulse werden dann über eine Zeitdauer von ungefähr 2,5 µs (4 × 0625 µs) ausgegeben.
Wenn die Zählzahl n 6 oder 7 ist (JA in Schritt 408), wird ein Toröffnungszeitimpuls am Ausgang OUT2 ausgegeben (Schritt 409), so dass das Sampling-Tor im Lichtniveaubeurteilungsblock 5 geöffnet wird und das Niveau des zu dieser Zeit dem Eingang IN2 zugeführten Empfangssignals identifiziert wird, was bewirkt, dass ein Beurteilungssignal erzeugt und ausgegeben wird, um anzuzeigen, ob Licht normal empfangen worden ist oder nicht. Sobald ein Toröffnungszeitimpuls ausgegeben wird, wird die Zählzahl n um +1 erhöht (Schritt 405), und der Zyklus der Schritte 408, 409 und 405 wird wiederholt, bis n 8 wird.
Wenn die Zählzahl n 8 wird (JA im Schritt 410), wird ein Hereinnahmezeitimpuls am Ausgang OUT3 ausgegeben (Schritt 411). Als Antwort gibt der Signalprozessorblock 6 ein Beurteilungssignal ("H" oder "L", das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von empfangenem Licht angebend), eingegeben am Eingang IN2, in die erste Stufe des Schieberegisters ein, was bewirkt, dass der Inhalt einer jeden Stufe zur gleichen Zeit verschoben wird. In diesem Beispiel wird, da Beurteilungssignale für eine Stufe für 4 Impulse von im Schritt 407 gesendetem Licht gewonnen werden, eine Sensorausgabe "H" oder "L" pro 100 µs (offizielle Lichtsendezeitdauer) × 8 (Anzahl der Stufen) gewonnen.
Wenn die Zählzahl n 159 erreicht (JA in Schritt 412), wird ein Rücksetzimpuls erzeugt und auf den Rücksetzsignaleingang RST des Zählers 48 selbst gegeben. Dies setzt die Zählzahl n auf null zurück, und die Zählzahl n wird danach erneut um +1 erhöht (Schritt 405). Wenn die Zählzahl n 9-158 ist, findet nur die Erhöhung der Zählzahl n um +1 pro Zyklus statt.
Als Nächstes wird auf das Zeitdiagramm der Fig. 5 Bezug genommen, um das Arbeiten des wie oben aufgebauten photoelektrischen Sensors zu erläutern. Auf der linken Seite der Fig. 5 gibt Vth3 den Nachweisschwellenwert Vth3 (55 mV) des Komparators (CMP3) 51 des Lichtniveaubeurteilungsblocks 5, AC0 sein Wechselspannungsnullniveau, Vth1 den Schwellenwert mit positiver Polarität (+25 mV) des ersten Komparators (CMP1) 41 des Impulsgeneratorblocks 4, Vth2 den Schwellenwert mit negativer Polarität (-25 mV) des zweiten Komparators (CMP2) 42 des Impulsgeneratorblocks 4, CMP3 den Ausgabezustand des dritten Komparators CMP3 (beruhend auf "H" und "L") an, CMP1 ist die Ausgabe des ersten Komparators (CMP1) 41, CMP2 die Ausgabe des zweiten Komparators (CMP2) 42, ZÄHLER gibt die Ausgabe des UND-Glieds 47 des Impulsgeneratorblocks 4 (oder die Eingabe in den Zähler), OUT1 den Lichtsendezeitimpuls, ausgegeben am Ausgang OUT1 des Impulsgeneratorblocks 4, und OUT2 den Toröffnungszeitimpuls, ausgegeben am Ausgang OUT2 des Impulsgeneratorblocks 4, an. Ws (stehend für Ws1, Ws2 und Ws3) gibt die Wellenform mit einer positive Spitze (mit positiver Polarität) des Empfangssignals, das auf dem vom Sensor selbst gesendeten Lichtimpuls beruht, und Wn die Wechselspannungswellenform des Empfangssignals, das auf Störungslicht einer Umpoler- Leuchtstofflampe mit einer Frequenz von 50 kHz beruht, an. Es ist zu beachten, dass die drei Wellenformen Ws1, Ws2 und Ws3, die in Fig. 5 gezeigt sind, dem Zwecke der Erläuterung des Arbeitens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dienen und nicht eine realistische Weise darstellen sollen, in der Impulse vom Lichtsender 1 gesendet werden.
Fig. 5 zeigt, dass die Ausgabe des dritten Komparators (CMP3) 51 "H" ist, solange der Wert des Empfangssignals V über dem Schwellenwert Vth3 liegt, unabhängig davon, ob das Empfangssignal auf einen vom Sensor selbst gesendeten Lichtimpuls oder auf Störungslicht zurückgeht, dass die Ausgabe des ersten Komparators (CMP1) 41 "H" ist, wenn das Empfangssignal V über seinem Schwellenwert Vth1 liegt, und dass die Ausgabe des zweiten Komparators (CMP2) 42 "H" ist, wenn das Empfangssignal V unter seinem Schwellenwert Vth2 liegt.
Wenn die Störungsprüfzeit in dem mit "1" im Kreis angegebenen Zeitpunkt eintritt (n = 1), wenn das Empfangssignal Wn oberhalb des ersten Schwellenwerts Vth1 liegt, ist die Ausgabe des ersten Komparators (CMP1) 41 "H", der Zählwert n wird nicht erhöht und die Ausgabe am Ausgang OUT1 ist "L". Wenn danach das Ausgabeniveau der Wellenform des Empfangssignals Wn kleiner als die erste Schwelle Vth1 wird, beginnt sich die Zählzahl n erneut zu der Zeit, die durch "2" im Kreis angegeben ist, zu erhöhen. Gleichzeitig wird die Ausgabe am Ausgang OUT1 "H" und die Sendung von Licht setzt sich fort (n = 2-5). Als Nächstes wird, da die Ausgabe am Ausgang OUT2 zu dem Zeitpunkt, der durch "3" im Kreis gezeigt ist, "H" wird, das Sampling-Tor für empfangenes Licht geöffnet. Die Wellenform Ws1 gibt die des zu diesem Zeitpunkt ausgesendeten Lichts an. Was dann empfangen wird, ist die Summe aus Ws und der Störungswellenform Wn.
Wenn der Störungsprüfzeitpunkt eintrifft (n = 1), wie durch "4" im Kreis angegeben, nimmt die Zählzahl n weiterhin zu, da das Ausgangsniveau der Störungswellenform Wn zu dieser Zeit zwischen den Schwellenwerten Vth1 und Vth2 liegt, so dass Lichtaussendung unmittelbar stattfindet und das Sampling-Tor für das empfangene Licht aufgeht, wie durch "5" im Kreis angegeben wird. Ws2 zeigt die Signalwellenform, welche aufgrund der Lichtsendung des Lichtsenders 1 zu dieser Zeit erscheint.
Wenn der Prüfzeitpunkt eintritt (n = 1), wie er durch "6" im Kreis angegeben ist, ist die Ausgabe des zweiten Komparators (CKP2) 42 "H", weil das Ausgabeniveau Wn des Empfangssignals dann unter dem Schwellenwert Vth2 mit negativer Polarität liegt, und die Zählzahl n wird nicht erhöht. Die Ausgabe am Ausgang OUT1 wird dann "L". Wenn das Ausgabeniveau Wn des Empfangssignals das Niveau des Schwellenwerts Vth2 zum Zeitpunkt, der durch "7" im Kreis angegeben ist, überquert, wird das Erhöhen der Zählzahl n wieder aufgenommen und das Ausgabeniveau des Ausgangs OUT1 wird "H". Dementsprechend wird der Lichtimpuls vom Lichtsender 1 gesendet (n = 2-5). Nachfolgend, zu dem Zeitpunkt, der durch "8" im Kreis angegeben ist, wird das Ausgabeniveau am Ausgang OUT2 "H" und das Sampling-Tor für empfangenes Licht öffnet sich. Ws3 zeigt die Signalwellenform, welche aufgrund der Lichtsendung des Lichtsenders 1 zu dieser Zeit erscheint.
Wenn kein Störungslicht Wn vorhanden ist (wenngleich nicht gesondert gezeigt), ist das Ausgabeniveau nahezu null, wenn der Störungsprüfzeitpunkt eintrifft, und liegt zwischen Vth1 und Vth2. Die Lichtaussendung findet also einmal pro offizieller Lichtsendezeitdauer von 100 µs statt.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird also die Aussendung von Licht so gesteuert, dass der Nulldurchgangszeitpunkt des Empfangssignals Wn mit Störungslicht (wenn Vth2 < V < Vth1 in diesem Beispiel) und der Zeitpunkt des Öffnens des Sampling-Tores zusammenpassen. Dadurch werden die Spitzen des Empfangssignals, das auf dem vom Lichtsensor selbst gesendeten Licht beruht, und das Empfangssignal, das auf Störungslicht beruht, nicht überlagert, so dass die Auswirkung einer Störung minimiert werden kann und ein genauer Nachweis und eine genaue Beurteilung erreicht werden können.
Fig. 6 zeigt einen weiteren Impulsgeneratorblock gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Auf einen photoelektrischen Sensor, welchen einen solchen Impulsgeneratorblock enthält, wird hier als Sensor gemäß der zweiten Ausführungsform Bezug genommen. Der Impulsgenerator gemäß der zweiten Ausführungsform ist teilweise ähnlich demjenigen der oben unter Bezug auf Fig. 3 beschriebenen ersten Ausführungsform. Gleiche oder äquivalente Komponenten werden durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet und nicht wiederholt beschrieben. Ein einziger Komparator (CMP1) 41 befindet sich auf der Ausgangsseite des Eingangs IN2, und eine Rückdetektorschaltung 80, die nachstehend noch erläutert wird, ist mit der Ausgangsseite dieses Komparators 41 verbunden. Der Impulsgeneratorblock 41 enthält ferner einen Verzögerungsüberwachungszeitgeber (ZEITGEBER) 49 mit einem Rücksetzsignaleingang RST und einem Ausgang UP sowie ein Flipflop 46, das so eingerichtet ist, das es durch eine Ausgabe einer Rückdetektorschaltung 80 oder des Zeitgebers 49 gesetzt wird.
Die Rückdetektorschaltung 80 wird so bezeichnet, weil sie dazu dient, den rückwärtigen Endpunkt der Impulswellenform, die in der Ausgabe des Komparators (CMP1) 41 erscheint, festzustellen, wobei sie "H" ausgibt, wenn ein rückwärtiger Endpunkt festgestellt worden ist. Der Verzögerungsüberwachungszeitgeber 49 dient zur Überwachung des Zeitverlaufs in Bezug auf eine Verzögerungsgrenzzeit t für die Sendung von Licht, wobei er von der Verzögerungsgrenzzeit t zu abzuziehen beginnt, wenn die Störungsprüfzeit eintrifft, und "H" ausgibt, wenn die Verzögerungsgrenzzeit t abgelaufen ist.
Das RS-Flipflop 46 wird zurückgesetzt, wenn der Störungsprüfzeitpunkt eintrifft (wenn n = 1) und wird danach gesetzt, wenn die Rückdetektorschaltung 80 den Endpunkt feststellt oder die Verzögerungsgrenzzeit t abgelaufen ist, ohne dass der Rückendpunkt durch die Rückdetektorschaltung 80 festgestellt worden ist. Zusammenfassend wird dadurch, da die Zählzahl n der gleiche Wert bleibt, ohne Erhöhung nach dem Eintreffen des Störungsprüfzeitpunkts, bis eine nächste Rückposition festgestellt wird, die die Sendung von Licht verzögert. Wenn keine Rückendposition festgestellt wird, wird die Erhöhung der Zählzahl n nach Verstreichen einer Verzögerungsgrenzzeit t wieder aufgenommen, und der Lichtsender 1 beginnt, die Sendung von gepulstem Licht wieder aufzunehmen.
Gemäß einem Beispiel wird die Verzögerungsgrenzzeit t länger als die offizielle Lichtsendezeitdauer von 100 µs, z. B. auf 200 µs, eingestellt. Wenn die Inkrementierung der Zählzahl n nicht gestoppt wird, werden vier Impulse pro offizieller Lichtsendezeitdauer von 160 Zählungen × 0,625 µs = 100 µs ausgesendet, wie oben unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform der Erfindung erläutert. Anders ausgedrückt, wird gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung Licht wenigstens einmal pro 300 µs gesendet.
Auf Fig. 7 wird als Nächstes Bezug genommen, um Vorgänge des Impulsgeneratorblocks 4 gemäß der zweiten Ausführungsform zu erläutern. Wie oben erläutert, kann dies auch als die Software-Verarbeitung durch den Block mit einem Mikrocomputer interpretiert werden.
Wenn die Zählzahl n 1 ist, um anzugeben, dass es sich um den Störungsprüfzeitpunkt handelt (JA in Schritt 701), wird der Verzögerungsüberwachungszeitgeber T1 zurückgesetzt und das Abziehen von der Verzögerungsgrenzzeit t begonnen (Schritt 702). Gleichzeitig prüfen der Komparator (CMP1) 41 und die Rückdetektorschaltung 80, ob der Wert V des Empfangssignals unmittelbar vor der Überquerung des Wechselspannungsnullniveaus steht (Schritt 703). Wenn die Rückendposition festgestellt worden ist (JA in Schritt 704), wird die Zählzahl n um +1 erhöht (Schritt 707), so dass n = 2, und das Programm nach Schritt 406 im Flussdiagramm der Fig. 4 weiter. Wenn keine Rückendposition festgestellt wird (NEIN in Schritt 704), wird das Erhöhen der Zählzahl n gestoppt (Schritt 706), bis eine Rückendposition festgestellt wird (JA in Schritt 704) oder eine spezifizierte Verzögerungsgrenzzeit t verstrichen ist (JA in Schritt 705). Wenn das Erhöhen der Zählzahl n begonnen wird, werden die im Flussdiagramm der Fig. 4 gezeigten Schritte 406-413 wiederholt.
Als Nächstes wird auf das Zeitdiagramm der Fig. 8 Bezug genommen, um die Vorgänge des Impulsgeneratorblocks 4 gemäß der in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungsform zu erläutern. Auf der linken Seite gibt Vth3 den Nachweisschwellenwert (55 mV) des dritten Komparators (CMP3) 51 des Lichtniveaubeurteilungsblocks 5, AC0 wieder das Wechselspannungsnullniveau, Vth1 den Schwellenwert positiver Polarität (+25 mV> des Komparators (COMP1) 41 des Impulsgeneratorblocks 4, CMP3 die Ausgabe des dritten Komparators (CMP3) 51, CMP1 die Ausgabe des Komparators (CMP1) 41, ZÄHLER die Ausgabe des UND-Glieds 47 des Impulsgeneratorblocks 4 (oder die Eingabe in den Zähler), OUT1 den ausgegebenen Lichtsendezeitimpuls am Ausgang OUT1 des Impulsgeneratorblocks 4 und OUT2 den ausgegebenen Toröffnungszeitimpuls am Ausgang OUT2 des Impulsgeneratorblocks 4, Ws die Wellenform des Empfangssignals, das auf der Lichtsendung des Sensors selbst beruht, und Wn die Wellenform des Empfangssignals, das auf Störungslicht von einer Umpoler-Leuchtstofflampe mit einer Frequenz von 50 kHz beruht, an.
Fig. 8 zeigt, dass die Ausgabe des dritten Komparators (CMP3) 51 "H" ist, solange der Wert des Empfangssignals V über dem Schwellenwert Vth3 liegt, unabhängig davon, ob das Empfangssignal auf einem vom Sensor selbst gesendeten Lichtimpuls oder auf Störungslicht zurückgeht, und dass die Ausgabe des Komparators (CMP1) 41 "H" ist, wenn das Empfangssignal V über dem Schwellenwert Vth1 liegt.
Wenn die Störungsprüfzeit an dem durch "1" im Kreis in Fig. 8 angegebenen Zeitpunkt eintrifft, zu dem das Empfangssignal Wn über der Schwelle Vth1 liegt, ist die Ausgabe des Komparators (CMP1) 41 "H", weshalb die Erhöhung des Zählwerts n gestoppt wird und die Ausgabe am Ausgang OUT1 "L" ist. Wenn das Ausgabeniveau der Wellenform des Empfangssignals Wn niedriger als der erste Schwellenwert Vth1 danach wird, das heißt, wenn ein Rückpunkt in der Impulswellenform, die auf der Ausgabe der Komparators (CMP1) 41 beruht, festgestellt wird, beginnt die Zählzahl n zu dem Zeitpunkt, der durch "2" im Kreis angegeben ist, erneut erhöht zu werden, und das Senden von Licht setzt sich fort (n = 2-5). Weiter danach, zu dem Zeitpunkt, der durch "3" im Kreis angegeben ist, wird die Ausgabe am Ausgang OUT2 "H" und das Sampling-Tor geöffnet.
Wenn kein Störungslicht Wn vorhanden ist (obwohl nicht gesondert gezeigt), ist das Ausgabeniveau des Komparators (CMP1) 41 stets null. Die Rückposition wird also nicht festgestellt und die Sendung von Licht durch den Lichtsender 1 durch den Nachweis eines Rückendpunkts nicht ausgelöst. In diesem Fall arbeitet der Verzögerungsüberwachungszeitgeber 49 alle 200 µs nach dem Eintreten eines Störungsprüfzeitpunkts (einmal alle 100 µs), weshalb eine Emission von Licht alle 300 µs stattfinden kann.
In diesem Fall ist der Zeitpunkt für das Öffnen des Sampling-Tores nahezu der gleiche wie die Spitzenposition der empfangenen Lichtwellenform, die auf der Sendung von Licht durch den Sensor selbst beruht, und der Nulldurchgangszeitpunkt der empfangenen Lichtwellenform, die auf Störungslicht beruht. Anders ausgedrückt, werden gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Zeit, unmittelbar bevor auf der Grundlage des Schwellenwerts Vth1 festgestellt wird, dass die auf Störungslicht zurückgehende Ausgabe das Wechselspannungsnullniveau überquert, und die Zeit für das Senden von Licht synchronisiert, so dass der Zeitpunkt für das Erscheinen einer Spitze der empfangene Lichtwellenform, die auf vom Sensor selbst gesendetem Licht beruht, an den Nulldurchgangszeitpunkt der empfangenen Lichtwellenform, die auf Störungslicht beruht, angepasst wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung können daher der Nulldurchgangszeitpunkt und der Zeitpunkt des Öffnens des Sampling-Tores genauer als gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung synchronisiert werden. Da dieser Nulldurchgangszeitpunkt erscheint, wenn die Polarität der Empfangssignalwellenform Wn, die auf Störungslicht beruht, auf die entgegengesetzte zur Polarität der Empfangssignalwellenform Ws, die auf dem von ihm selbst abgegebenen Lichtimpuls beruht, umschaltet, werden die Spitzen der Wellenformen Wn und Ws auch dann nicht mit der gleichen Polarität überlagert, wenn eine hochfrequente Störung auf der Ausgangsleitung für empfangenes Licht erscheint.
Es wurde zwar ein Beispiel gezeigt, bei welchem die Lichtsendung beginnt, wenn, oder unmittelbar nachdem, das Ausgabeniveau der empfangenen Lichtwellenform kleiner als der Schwellenwert Vth1 mit positiver Polarität wird, oder bei welchem der Nulldurchgangszeitpunkt ausgewählt wurde, wenn die Polarität der Empfangssignalwellenform Wn, die auf Störungslicht beruht, sich auf die Polarität ändert, die entgegengesetzt zu der der Empfangssignalwellenform Wn, die auf dem ihm selbst ausgesendeten Impulslicht beruht, entgegengesetzt ist, kann der Nulldurchgangszeitpunkt auf einen Zeitpunkt gewählt werden, zu dem die Polarität der Empfangssignalwellenform Wn mit Störungslicht sich auf die gleiche Polarität wie die der Empfangssignalwellenform Ws, die auf vom Sensor selbst gesendetem Licht beruht, ändert.
Fig. 9 zeigt einen weiteren Impulsgeneratorblock 4 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Senden von Licht so gesteuert wird, dass es zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor den beiden Nulldurchgangszeitpunkten stattfindet. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform, wobei ein Paar aus (ersten und zweiten) Komparatoren (CMP1 und CMP2, wie in Fig. 3 gezeigt) 41 und 42 und auch ein Paar von (ersten und zweiten) Rückdetektorschaltungen 80 und 81, die parallel zum Setzeingang S des Flipflop 46 über ein ODER-Glied 82 geschaltet sind, vorhanden ist.
Die dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zeitpunkte, unmittelbar bevor das Empfangssignalniveau V, das auf Störungslicht beruht, das AV Nullniveau überquert, auf der Grundlage des Schwellenwerts Vth1 des ersten Komparators (CMP1) 41 und des Schwellenwerts Vth2 des zweiten Komparators (CMP2) 42 festgestellt werden. Licht kann also nicht nur zu dem Zeitpunkt gesendet werden, zu dem das Empfangssigalausgabeniveau niedriger als der Schwellenwert Vth1 mit positiver Polarität wird, sondern auch wenn es größer als der Schwellenwert Vth2 mit negativer Polarität wird. Das Arbeiten eines photoelektrischen Sensors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung (gekennzeichnet als einen Impulserzeugungsblock gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung enthaltend) ist ähnlich demjenigen eines Sensors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die oben beschrieben wurde, weshalb eine wiederholte Beschreibung nicht erfolgt.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm eines photoelektrischen Sensors mit Betriebsartenumschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Der Sensor gemäß der vierten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei (erste und zweite) Betriebsarten vorgesehen sind. Die erste Betriebsart ist eine, bei welcher eine Lichtaussendung bewirkt wird, indem gewartet wird, nachdem eine spezifizierte Lichtsendezeitdauer eingetroffen ist (wenn der Zähler 48 gemäß diesem Beispiel die Zahl n = 1 zählt), bis die Zeit dem Erscheinen eines Nulldurchgangs der Empfangssignalwellenform entspricht, oder bis zum Eintreffen eines spezifizierten Nulldurchgangs. Die zweite Betriebsart ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtsendung unmittelbar nach dem Eintreffen der spezifizierten Lichtsendezeitdauer stattfindet oder indem eine spezifizierte Störungsvermeidungszeitdauer lang gewartet wird. Der Sensor ist auch mit einer Funktion des Störungsnachweises und einer Funktion der automatischen Umschaltung auf die erste Betriebsart, wenn eine Störung festgestellt wird, und auf die zweite Betriebsart, wenn keine Störung festgestellt wird, versehen.
Der photoelektrische Sensor gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Lichtsender 1, einen Lichtempfänger 2, einen Oszillator 3, Impulsgeneratorblöcke 4a und 4b, die jeweils zwei Eingänge IN1 und IN2 und drei Ausgänge OUT1-3 haben, einen Lichtniveaubeurteilungsblock 5, einen Signalprozessorblock 6, einen Schalterblock 7 mit sechs Eingängen INla, IN2a, IN3a, IN1b, IN2b und IN3b, drei Ausgängen OUT1-3 und einem Schaltereingang IN0 sowie einen Störungsdetektorblock 8 mit zwei Eingängen IN1 und IN2 und einem Ausgang OUT. Der Lichtsender 1, der Lichtempfänger 2, der Oszillator 3, der Lichtniveaubeurteilungsblock 5 und der Signalprozessorblock 6 sind die gleichen wie die oben unter Bezug auf die erste Ausführungsform und die dritte Ausführungsform der Erfindung beschriebenen und werden daher nicht wiederholt beschrieben.
Der Störungsdetektorblock 8 dient zur Feststellung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines periodisch sich ändernden Störungslichts oder elektromagnetischer Störwellen und zur Ausgabe eines Signals, welches das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer solchen Störung angibt, über seinen Ausgang OUT. Der Schalterblock 7 dient zum Schalten zwischen ersten und zweiten Betriebsarten, wie unten beschrieben, gemäß den vom Störungsdetektorblock 8 ausgegebenen Nachweisergebnissen.
Im Einzelnen erläutert, schließt, wenn ein (nachstehend zu erläuterndes) Zeitablaufsignal vom Störungsdetektorblock 8 auf den Eingang IN0 gegeben wird, der Schalterblock 7, dass eine Störung der oben beschriebenen Art vorhanden ist, und die Betriebsart wird auf die zweite Betriebsart umgeschaltet oder in der zweiten Betriebsart beibehalten, in welcher die Steuerimpulssignale von Ausgängen OUT1-3 des zweiten Impulsgeneratorblocks 4b über Eingänge IN1a-3a hereingenommen und über entsprechende Ausgänge OUT1-3 des Schalterblocks 7 ausgegeben werden. Die zweite Betriebsart ist die Standardbetriebsart gemäß diesem Beispiel.
Bei Fehlen einer Ausgabe am Ausgang OUT des Störungsdetektorblocks 8 über eine spezifizierte Zeitdauer (z. B. 20 µs) hinweg wird geschlossen, dass keine Störung vorhanden ist, und die Betriebsart wird umgeschaltet auf oder gehalten in der ersten Betriebsart, in welcher die Ausgabesignale am Ausgang OUT1-3 des ersten Impulsgeneratorblocks 4a über Eingänge IN1b-3b hereingenommen und entsprechende Ausgänge OUT1-3 des Schalterblocks 7 ausgegeben werden.
Zusammenfassend wird entweder der erste oder zweite Impulsgeneratorblock 4a und 4b gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung geeignet ausgewählt, abhängig vom Ergebnis der Beurteilung oder des Nachweises durch den Störungsdetektorblock 8, ob eine Störung der oben beschriebenen Art vorhanden ist oder nicht, und die Ausgangssignale des ausgewählten Impulsgeneratorblocks (z. B. ein Lichtsendezeitimpuls, ein Toröffnungszeitimpuls und ein Hereinnahmezeitimpuls) an Ausgängen OUT1-3 werden dem Lichtsender 1, dem Lichtniveaubeurteilungsblock 5 und dem Signalprozessorblock 6 zugeführt.
Fig. 11 zeigt den Schaltungsaufbau des ersten Impulsgeneratorblocks 4a, der verwendet wird, wenn die erste Betriebsart ausgewählt ist. Wie leicht einsichtig ist, ist der erste Impulsgenerator 4a ähnlich aufgebaut wie der Impulsgeneratorblock 4 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die oben unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurde, mit Ausnahme, dass der Verzögerungsüberwachungszeitgeber T1 fehlt. Äquivalente oder gleiche Komponenten werden daher mit den gleichen Bezugszahlen angegeben und nicht wiederholt beschrieben. Der in Fig. 11 gezeigte Impulsgeneratorblock 4a steuert auch so, dass Licht gesendet wird, wenn das Ausgangsniveau der auf Störung beruhenden Empfangssignalwellenform Wn niedriger als der Schwellenwert Vth1 mit positiver Polarität wird, und dass die spezifizierte Nulldurchgangszeit der auf Störung beruhenden Empfangssignalwellenform und die Zeit des Öffnens des Sampling-Tores zusammenpassen.
Der erste Impulsgeneratorblock 4a ist nicht mit dem Verzögerungsüberwachungszeitgeber T1 versehen, weil er nur verwendet werden soll, wenn die erste Betriebsart ausgewählt ist, und die erste Betriebsart wird unter der Bedingung ausgewählt, dass keine Störung mit einer Wechselspannungswellenform vorhanden ist. Es ist also nicht wahrscheinlich, dass die Lichtaussendung aufhört, ohne dass eine Rückposition festgestellt worden ist. Der Verzögerungsüberwachungszeitgeber T1 oder dgl. kann vorgesehen sein, um auf die Möglichkeit eines plötzlichen Verschwindens des Empfangssignals aufgrund von Störung vorbereitet zu sein. In diesem Beispiel ist jedoch der Verzögerungsüberwachungszeitgeber T1 um des Vorteils einer Vereinfachung des Gesamtaufbaus des Sensors weggelassen.
Fig. 12 zeigt den Schaltungsaufbau des zweiten Impulsgeneratorblocks 4b, der verwendet wird, wenn die zweite Betriebsart ausgewählt ist. Wie leicht einsichtig ist, ist der zweite Impulsgeneratorblock 4b ähnlich aufgebaut wie der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebene Impulsgeneratorblock 4 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, mit Ausnahme, dass ein Lichtemissionsverzögerungszeitgeber T2 anstelle des NICHT-Glieds 45 der ersten Ausführungsform vorgesehen ist. Der Lichtemissionsverzögerungszeitgeber T2 ist so eingerichtet, dass er durch eine Ausgabe des UND-Glieds 44 zurückgesetzt wird und ein Setzsignal auf das Flipflop nach Ablauf einer spezifizierten Zeitdauer t₂ ausgibt.
Genauer erläutert, wird, wenn der Wert V des Empfangssignals, das am Eingang IN2 eingegeben wird, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Lichtaussendung des Lichtsender 1 (der Störungsprüfzeit) vergangen ist, nicht zwischen den Schwellenwerten Vth1 und Vth2 des ersten und zweiten Komparators (CMP1) 41 und (CMP2) 42 liegt, die Zeit für die Lichtaussendung um die spezifizierte Zeitdauer t₂ verzögert, indem interpretiert wird, dass das auf eine Art von Störung einzelnen Auftretens zurückgeht, und in dem Versuch, eine solche einmalige Störung zu vermeiden. Dieses Beispiel ist nutzbringend, wenn Impulse von ähnlichen benachbarten Sensoren als Störung zu betrachten sind und ihre wechselseitige Beeinträchtigung zu verhindern ist. Aus diesem Grund wird die Verzögerungszeit t₂ auf 40 µs im Hinblick auf die offizielle Lichtsendezeitdauer von 100 µs eingestellt.
Wie in Fig. 13 gezeigt, setzt sich der Störungsdetektorblock 8 aus einem Paar von (ersten und zweiten) Komparatoren (CMP1) 41 und (CMP2) 42, die parallel auf der Ausgangsseite des Eingangs IN2 angeschlossen sind, einem ersten ODER-Glied 1301 zur Gewinnung der logischen Summe der Ausgaben der beiden Komparatoren 41 und 42, einem zweiten ODER-Glied 1301 zur Gewinnung der logischen Summe der Ausgaben des ersten ODER- Glieds 1301 und des Eingangs IN1 sowie einem Überwachungszeitgeber T3 zusammen, welcher durch die Ausgabe des zweiten ODER- Glieds 1302 rückgesetzt wird und ein Zeitablaufsignal über einen Ausgang UP, das als Störungsnachweissignal dient, nach Ablauf einer spezifizierten Zeitdauer t₃ (der "Nulldurchgangszeit" t₃ = 20 µs in diesem Beispiel) ausgibt.
Der erste und zweite Komparator (CMP1) 41 und (CMP2) 42 sind so aufgebaut, wie oben unter Bezugnahme auf den zweiten Impulsgeneratorblock 4b erläutert, und haben Schwellenwerte Vth1 (+25 mV) und Vth2 (-25 mV) in der Nähe des Ausgabeniveaus null. Der Wert V des Empfangssignals, das vom Lichtempfänger 2 über den Eingang IN2 eingegeben wird, wird mit den Schwellenwerten Vth1 und Vth2 der beiden Komparatoren verglichen. Wenn er oberhalb Vth1 oder unter Vth2 liegt, wird ein Impuls auf den Rücksetzsignaleingang RST des Überwachungszeitgebers T3 über die ODER-Glieder 1301 und 1302 eingegeben und der Überwachungszeitgeber T3 damit zurückgesetzt. Gemäß diesem Beispiel wird ein Lichtsendezeitimpuls, der am Ausgang OUT1 des Schalterblocks 7 ausgegeben wurde, auf den Eingang IN1 und dann über das zweite ODER-Glied 1302 auf den Rücksetzsignalanschluss RST des Überwachungszeitgebers T3 gegeben und der Überwachungszeitgeber T3 dadurch zurückgesetzt.
Der Überwachungszeitgeber T3 dient zur Messung (Überwachung) der Zeit, während welcher der Wert V des auf Störung beruhenden Empfangssignals in der Nähe eines Nullniveaus (oder innerhalb des Nulldurchgangsbereichs zwischen +25 mV und) -25 mV) verbleibt. Während "H" auf seinen Rücksetzsignaleingang (RST) gegeben wird, wird die Messung nicht fortgesetzt. Der Überwachungszeitgeber T3 gibt also ein Zeitablaufsignal am Ausgang UP aus, das angibt, dass keine Störung vorhanden ist, wenn der Wert V des auf Störung beruhenden Empfangssignals innerhalb des vorgenannten Nulldurchgangsbereichs für eine spezifizierte Zeitdauer t₃ (20 µs) verbleibt, die kürzer als die offizielle Lichtsendezeitdauer (100 µs) ist. Da der Zeitgeber t₃ zurückgesetzt wird, wenn die Zeit, während welcher der Wert V im Nulldurchgangsbereich verbleibt, kürzer als 20 µs aufgrund des Auftretens von Störung oder aus welchem Grund auch immer ist, wird das Zeitablaufsignal am Ausgang UP nicht ausgegeben. Wenn eine solche Situation für eine bestimmte Zeitdauer anhält, schließt der Schaltblock 7, dass eine Störung vorhanden ist, und es wird die zweite Betriebsart ausgewählt.
Wie sich aus obiger Beschreibung ergibt, wird der Nachweis des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Störung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung konstant von einer Lichtaussendung bis zur nächsten Lichtaussendung durchgeführt, wobei jedesmal zwischen Umschalten der Betriebsart und Verbleiben in der gleichen Betriebsart ausgewählt wird.
Obwohl das Vorhandensein und Nichtvorhandensein einer Störung gemäß dem oben beschriebenen Beispiel abhängig davon bestimmt wird, ob die "Nulldurchgangszeit" tz (die Zeitdauer, während welcher der Empfangssignalwert V in der Nähe des Nullniveaus während des Intervalls zwischen einer Lichtaussendung bis zur nächsten Lichtaussendung gehalten wird) größer als eine spezifizierte Zeitdauer t₃ ist, kann die Nulldurchgangszeit auch durch eine direkte Berechnung gewonnen werden. Die Nulldurchgangszeit tz kann beispielsweise folgendermaßen berechnet werden:

tz = {T sin^-1({V₁+V₂}/2V_p)}/2π

indem Werte V₁, V₂ und V_p, die in Fig. 14 gezeigt sind, verwendet werden, das heißt V₁ und V₂ sind die Absolutwerte von Vth1 bzw. Vth2 (oder 25 mV), V_p ist der halbe Spitzenwert der auf Störung beruhenden Empfangssignalwellenform Wn (80 mV in diesem Beispiel) und T ist die Zeitdauer der auf Störung beruhenden Empfangssignalwellenform Wn.
Als Nächstes wird auf das Flussdiagramm der Fig. 15 Bezug genommen, um einen Vorgang für das Umschalten zwischen den Betriebsarten für den photoelektrischen Sensor gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben.
Wie im Flussdiagramm gezeigt, wird, wenn eine Zeit für das tatsächliche Senden von Licht eintrifft (beispielsweise wenn die Zählzahl n 2-5 ist), ein Lichtimpuls vom Lichtsender 1 gesendet (Schritt 1501) und eine Störungsnachweisroutine über den Störungsdetektorblock 8 auch ausgeführt (Schritt 1502). Wenn eine Störung durch den Störungdetektorblock 8 festgestellt wird (JA in Schritt 1503), wird der Lichtsender 1 so eingestellt, dass die nächste Lichtimpulsaussendung in der ersten Betriebsart ausgeführt wird (Schritt 1505). Wenn andererseits festgestellt wird, dass keine Störung vorhanden ist (NEIN in Schritt 1503), wird der Lichtsender 1 so eingestellt, dass die nächste Lichtimpulsaussendung in der zweiten Betriebsart ausgeführt wird (Schritt 1504).
Die Weise, in der sich die Wellenform des vom Lichtempfänger 2 empfangenen Signals bei einer Betriebsartänderung ändert, wird als Nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 16 erläutert, wobei Wn + Ws eine Verbundwellenform für beide Empfangssignale angibt, die auf dem vom Sensor selbst gesendeten Impuls und einer Störung beruhen.
Während der ersten Zeitdauer zwischen t₁, zu der ein Lichtimpuls gesendet wird, und t₂, zu der nächste Lichtimpuls gesendet wird, ist keine Störung vorhanden, weshalb keine auf Störungslicht beruhende Wellenform Wn vorhanden ist. Die Nulldurchgangszeit tz wird also über 20 µs gehalten und die zweite Betriebsart bleibt weiterhin bei t₂ ausgewählt. Während der nächsten Zeitdauer zwischen t₂ und t₃, zu der die nächste Lichtimpulssendung stattfindet, wird jedoch eine Störung festgestellt und es erscheint eine Wellenform Wn, die eine Wirkung der Störung angibt. Als Ergebnis wird die Nulldurchgangszeit tz kleiner als 20 µs und die erste Betriebsart wird für die auf t₃ folgende Lichtimpulssendung ausgewählt.
In diesem Beispiel findet die Lichtimpulssendung mit der offiziellen Lichtsendezeitdauer von 100 µs statt. Die nächste Lichtimpulssendung nach t₃ ist als bei t₄ stattfindend gezeigt, das auf eine spezifizierte Nulldurchgangszeit der Empfangssignalwellenform (wenn sie von positiv nach negative wechselt) passt.
Die Zeitsteuerung der Lichtimpulssendung wird unter Bezugnahme auf Fig. 17 genauer erläutert, um klar den Unterschied zwischen den beiden Betriebsarten in Gegenwart einer Störung, das heißt in Gegenwart einer Wellenform Wn, die auf einer Störung beruht, zu zeigen.
Fig. 17 zeigt, dass ein Lichtimpuls bei t₁₁ gesendet wurde und dass das Senden des nächsten Lichtimpulses bei t₁₂ nach einer offiziellen Lichtsendezeitdauer von ungefähr 100 µs, wenn die Zählzahl n 1 wird, erwartet wird. Wie gezeigt, ist jedoch das auf einer Störung beruhende Empfangssignal auf einem Niveau leicht oberhalb des Schwellenwerts Vth1 bei der Störungsprüfzeit. In der ersten Betriebsart wartet der Lichtsender 1 bis t₁₃ und sendet Licht, wenn der Signalwert V kleiner als der Schwellenwert Vth1 mit positiver Polarität wird. In der zweiten Betriebsart findet die nächste Sendung (nach t₁₁) statt, nachdem der Lichtsender 1 eine spezifizierte Wartezeitdauer (40 µs) bis t₁₄ gewartet hat. Fig. 17 zeigt eine spezielle Situation, in der die auf Störung beruhende Wellenform Wn den Schwellenwert Vth1 überschreitet und auf eine Ausgabespitze zur tatsächlichen Zeit der Lichtimpulssendung t₁₄ in der zweiten Betriebsart zugeht. Dies bedeutet, dass es wahrscheinlich ist, dass der Zeitpunkt des Öffnens des Sampling-Tores und der Zeitpunkt für das Erscheinen der Ausgabespitze des Störungslichts zusammenfallen. Dies gibt an, dass mit der ersten Betriebsart ein genauerer Nachweis als mit der zweiten Betriebsart bei Vorhandensein von Störungslicht möglich ist.
Wie oben erläutert, ist die zweite Betriebsart wirkungsvoller als die erste Betriebsart zur Verhinderung einer wechselseitigen störenden Beeinflussung. In der zweiten Betriebsart kann die offizielle Lichtsendezeitdauer auf der Grundlage der wechselseitigen exklusiven logischen Summe (exklusiv-ODER) zwischen Stufen 1 und 8 des Schieberegisters 61 des Signalprozessorblocks 6 variabel gemacht werden. Genauer erläutert, geschieht dies, indem die Einrichtung so getroffen wird, dass die offizielle Lichtsendezeitdauer von 100 µs auf 80 µs (80% von 100 µs) nach einer Verzögerung von 40 µs in der Lichtsendung geändert wird, wenn das exklusiv-ODER von Stufen 1 und 8 "H" ist. Auf diese Weise kann auch, wenn zwei ähnliche Sensoren ganz in der Nähe zueinander vorhanden sind und die Zeitdauer des Erscheinens einer Empfangssignalwellenform, die auf Impulslicht von diesen beruht, und diejenige des vom Sensor selbst ausgesendeten Lichts vollständig zusammenfallen können, das Verfehlen der Verzögerung der Aussendung von Licht aufgrund von deren Wechselwirkung vermieden werden.
Fig. 18 zeigt einen photoelektrischen Sensor gemäß einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er ein Sensor gemäß der in Fig. 10 gezeigten vierten Ausführungsform dieser Erfindung ausgebildet als Einchip-IC ist. Er umfasst einen Lichtsender 1, einen Einchip- IC 100 und eine Anzeigelampe 110, wie etwa eine LED, zur Anzeige des Betriebszustands (z. B. der Ein/Aus-Beurteilung) des Sensors. Der Lichtsender 1 ist der gleiche wie der unter Bezug auf Fig. 10 erläuterte. Integriert auf dem Halbleitersubstrat des Einchip-IC 100 sind eine Signalprozessorschaltung 101, eine Oszillatorschaltung (OSC) 102, eine Spannungsquellenschaltung (SPANNUNG) 103, eine Lichtsendeschaltung (SENDEN) 104, eine Ausgabeschaltung 105 und eine Lichtempfängerschaltung 200. Die Lichtempfängerschaltung 200 enthält eine Photodiode 22, einen I/U-Wandler 25, Koppelkondensatoren 230a und 230b, einen Vorverstärker 240a und einen Leistungsverstärker 240b. Die an der Photodiode 22 gewonnen Ausgabe aufgrund von empfangenem Licht wird durch den I/U-Wandler 25 umgewandelt, durch den Vorverstärker 240a und den Leistungsverstärker 240b verstärkt und der Signalprozessorschaltung 101 als Empfangssignal zugeführt. Die Koppelkondensatoren 230a und 230b dienen dem Abschneiden von Niederfrequenzkomponenten, womit Spannungsänderungen (Wechselspannungskomponenten) an jedem Verbindungspunkt eliminiert werden und das Signal dem nachgeschalteten Verstärker zugeführt wird.
Im Allgemeinen wird das Verstärkungsverhältnis für empfangene Signale bei der Signalverarbeitung durch einen photoelektrischen Sensor ziemlich groß. Um die Wirkungen von Störungen zu minimieren, ist es unbedingt nötig, die Drähte in der Signalverstärkungsschaltung so weit wie möglich zu verkürzen. In diesem Beispiel werden daher die integriert ausgebildeten Kondensatoren 230a und 230b zum Koppeln der Photodiode 22 mit dem Vorverstärker 240a und des Vorverstärkers 240a mit dem Leistungsverstärker 240b verwendet, anstelle extern vorgesehene Kondensatoren zu verwenden.
Die Oszillatorschaltung 102 dient zur Erzeugung von Standardtaktimpulsen und zur Lieferung derselben an die Signalprozessorschaltung 101. Die Spannungsquellenschaltung 103 dient dazu, Spannung von außerhalb über einen Spannungseingang 100b und einen ersten externen Anschluss 100c zu erhalten und eine konstante Spannung den verschiedenen Schaltungsteilen zuzuführen.
Die Signalprozessorschaltung 101 dient dazu, die Funktionen des Störungsdetektorblocks 8, der Impulsgeneratorblöcke 4a und 4b, des Lichtniveaubeurteilungsblocks 5, des Signalprozessorblocks 6 und des Schalterblocks 7, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert wurden, mit Hilfe der Lichtsendeschaltung 104 und der Ausgabeschaltung 105 durchzuführen. Kurz gesagt, dient die Signalprozessorschaltung 101 dazu, Steuersignale an die Lichtsendeschaltung 104 zur Steuerung des Zeitpunkts der Lichtaussendung auf der Grundlage von Empfangssignalen von der Lichtempfangsschaltung 200 auszugeben.
Die Lichtsendeschaltung 104 dient dazu, dieses Steuersignal von der Signalprozessorschaltung 101 zu empfangen und Lichtsendezeitimpulse als Treibersteuersignale an die Treiberschaltung 12 des Lichtsenders 1 zu senden, die über einen zweiten externen Anschluss 100a angeschlossen ist.
Die Signalprozessorschaltung 101 dient auch dazu, eine (Ein/Aus-)Beurteilung zum Zwecke einer Sensorausgabe auf der Grundlage vom Empfangssignalen, die von der Lichtempfangsschaltung 200 geliefert werden, durchzuführen und ein Steuersignal beruhend auf dieser Beurteilung an die Ausgabeschaltung 105 auszugeben. Die Ausgabeschaltung 105 ist elektrisch mit einem Schalttransistor 111 über einen dritten externen Anschluss 100d verbunden und dient dazu, dieses Steuersignal von der Signalprozessorschaltung 101 zu erhalten und Ausgabetreiberimpulse als Sensorausgabe auf diesen Schalttransistor 111 auszugeben. Obwohl in der Figur nicht gezeigt, ist dieser Schalttransistor 111 mit einer Sensorlast verbunden, welche ein Gegenstand der Steuerung durch diesen photoelektrischen Sensor ist. Zu Beispielen für die Sensorlast gehören eine Eingabeschaltung (aufweisend beispielsweise ein Relais und einen Optokoppler), welche eine Eingabeeinheit einer programmierbaren Steuerung bildet. Mit anderen Worten dient der Schalttransistor 111 als Treiberschaltung für die Sensorlast und die Ausgabeschaltung 105 steuert die Spannungsversorgung der Sensorlast über diesen Schalttransistor 111.
Die Signalprozessorschaltung 101 dient ferner zur Ausgabe eines Steuersignals an die Anzeigelampe 110 zu ihrer Ein- und Ausschaltung, abhängig vom Ergebnis der vorgenannten (Ein/Aus-)Beurteilung, so dass der Benutzer die Sensorausgabe ohne Schwierigkeiten feststellen kann.
Die fünfte Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als die Funktionen von Hauptschaltungen für den photoelektrischen Sensor gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung als Einchip-IC integriert werden können, dass die Vorrichtung miniaturisiert werden kann und die Produktionskosten reduziert werden können. Obgleich oben ein Beispiel gezeigt wurde, in welchem die Photodiode 22 zu einem Teil des IC gemacht wurde, kann eine extern vorgesehene Photodiode stattdessen verwendet werden, so dass eine Photodiode mit einer größeren Lichtempfängerfläche verwendet und damit die Empfindlichkeit des Sensors verbessert werden kann. Obgleich der Ausdruck "Sampling- Tor" in obiger Beschreibung häufig verwendet wurde, ist die Erfindung auf alle Arten von photoelektrischen Sensoren anwendbar, welche die Zeit der Lichtaussendung mit derjenigen der Beurteilung des Niveaus des empfangenen Lichts synchronisieren. Das Vorhandensein eines Sampling-Tores soll nicht als notwendiges Element der Erfindung betrachtet werden.
Zusammenfassend schafft die vorliegende Erfindung Lichtimpulse verwendende photoelektrische Sensoren, die in der Lage sind, effektiv auch in Gegenwart von Störimpulsen zu arbeiten, die periodisch und zu einem Zeitpunkt erscheinen, der mit dem der Beurteilung des Niveaus des empfangenen Lichts zusammenfällt.

Claims

1. Ein Verfahren zur Steuerung eines photoelektrischen Sensors, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
wiederholtes Senden von gepulstem Licht durch Ansteuern eines Lichtsendeelements des photoelektrischen Sensors bei einer spezifizierten Lichtsendezeit;
Vergleichen des Niveaus eines Empfangssignals mit einem spezifizierten Schwellenwert und Beurteilen hiermit des Niveaus des Empfangssignals zu einer Niveaubeurteilungszeit, die etwas gegenüber der Lichtsendezeit verzögert ist, wobei das Empfangssignal gemäß einer Ausgabe des Lichtempfangselements des photoelektrischen Sensors für Empfangslicht ausgegeben wird;
Steuern des Lichtsendeelements, wenn das Empfangssignal eine einer Störung entsprechende Wechselspannungswellenform enthält, so, dass ein Nulldurchgangszeitpunkt der Wechselspannungswellenform und die Niveaubeurteilungszeit zusammenfallen; und
Erzeugen einer Sensorausgabe beruhend auf dem Ergebnis des Vergleichs.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nulldurchgangszeitpunkt einer ist, zu welchem die Polarität der der Störung entsprechenden Wechselspannungswellenform sich so ändert, dass sie entgegengesetzt zur Polarität der Wellenform eines Empfangssignals wird, das gepulstem Licht entspricht, das von dem photoelektrischen Sensor ausgesendet wird.

3. Ein photoelektrischer Sensor, welcher aufweist:
Lichtsendemittel zum wiederholten Senden von gepulstem Licht durch Ansteuern eines Lichtsendeelements bei einer spezifizierten Lichtsendezeit;
Lichtempfangsmittel für den Empfang von Licht und die Ausgabe eines dem empfangenen Licht entsprechenden elektrischen Empfangssignals;
erste Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Niveaus des Empfangssignals mit einem spezifizierten ersten Schwellenwert, um damit das Niveau des Empfangssignals zu einer Niveaubeurteilungszeit zu beurteilen, die gegenüber der Lichtsendezeit etwas verzögert ist;
Signalprozessormittel zum Erzeugen einer Sensorausgabe beruhend auf dem Ergebnis eines Vergleichs durch die ersten Niveaubeurteilungsmittel;
zweite Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Niveaus des Empfangssignals mit einem zweiten Schwellenwert in der Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus, um damit das Niveau des Empfangssignals zu beurteilen; und
Sendezeitsteuermittel zur Steuerung der Zeit einer nächsten Lichtaussendung durch die Lichtsendemittel beruhend auf dem Ergebnis des Vergleichs durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel.

4. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei der zweite Schwellenwert der zweiten Niveaubeurteilungsmittel kleiner als der erste Schwellenwert der ersten Niveaubeurteilungsmittel ist.

5. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei die Sendezeitsteuermittel den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung verzögern, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Zeit der Lichtaussendung verstrichen ist, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel beurteilen, dass das Niveau des Empfangssignals in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus liegt.

6. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei die zweiten Niveaubeurteilungsmittel zwei Schwellenwerte in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus verwenden, wobei einer der beiden Schwellenwerte positive Polarität und der andere der beiden Schwellenwerte negative Polarität hat, wobei die zweiten Niveaubeurteilungsmittel nur dann beurteilen, dass das Niveau des Empfangssignals in der Nähe des Wechselspannungsnullniveaus liegt, wenn das Niveau des empfangenen Signals innerhalb eines Bereichs zwischengenommen zwischen den beiden Schwellenwerten liegt.

7. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei die Sendezeitsteuermittel die Zeit der nächsten Lichtaussendung verzögern, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Zeit der Lichtaussendung verstrichen ist, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der sie entgegengesetzt zur Polarität eines normalen Empfangssignals, das einem vom Sensor selbst ausgesendeten normalen Lichtimpuls entspricht, wird.

8. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 7, wobei die Sendezeitsteuermittel ein Lichtsendezeitsignal für die nächste Lichtaussendung erzeugen, unmittelbar nachdem eine voreingestellte Wartezeitdauer nach einer offiziellen Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Zeit der Lichtaussendung verstrichen ist, wenn die Niveaubeurteilungsmittel nicht beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der sie entgegengesetzt zur Polarität eines normalen Empfangssignals wird, das einem vom Sensor selbst ausgesendeten normalen Lichtimpuls entspricht.

9. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei die zweiten Niveaubeurteilungsmittel aufweisen:
einen Komparator zur Feststellung des Erscheinens eines Empfangssignals, welches einen spezifizierten Schwellenwert übersteigt, der die gleiche Polarität wie die Polarität eines normalen Empfangssignals, das von dem Sensor ausgesendetem normalem Impulslicht entspricht, hat; und
eine Rückdetektorschaltung zur Feststellung der Rückendposition eines von dem Komparator ansprechend auf das Erscheinen ausgegebenen Ausgangssignals;
wobei die Sendezeitsteuermittel die Zeit der nächsten Lichtaussendung verzögern, bis die Rückendposition des Ausgangssignals des Komparators durch die Rückdetektorschaltung festgestellt wird.

10. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 9, wobei die Sendezeitsteuermittel einen Zeitgeber enthalten, welcher die Zählzeit ausgewählt startet, sobald eine offizielle Lichtsendezeitdauer verstrichen ist oder sobald eine Rückendposition des Ausgangssignals des Komparators durch die Rückdetektorschaltung festgestellt wird, und ein Lichtsendezeitsignal für die nächste Lichtaussendung erzeugt, wenn eine spezifizierte Zeitdauer verstrichen ist.

11. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei die Sendezeitsteuermittel die Zeit der nächsten Lichtaussendung, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Lichtsendezeit verstrichen ist, verzögert, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der sie die gleiche oder entgegengesetzte Polarität eines normalen Empfangssignals, das einem von dem Sensor selbst ausgesendeten normalen Lichtimpuls entspricht, wird.

12. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei die zweiten Niveaubeurteilungsmittel aufweisen:
einen ersten Komparator zur Feststellung des Erscheinens eines Empfangssignals, welches einen ersten Schwellenwert übersteigt, der die gleiche Polarität wie die Polarität eines normalen Empfangssignals, das von dem Sensor ausgesendetem normalem Impulslicht entspricht, hat;
einen zweiten Komparator zur Feststellung des Erscheinens eines Empfangssignals, welches einen zweiten Schwellenwert übersteigt, der die entgegengesetzte Polarität zur Polarität eines normalen Empfangssignals, das von dem Sensor ausgesendetem normalem Impulslicht entspricht, hat;
eine erste Rückdetektorschaltung zur Feststellung der Rückendposition eines ausgegebenen Ausgangssignals, das von dem ersten Komparator ansprechend auf das Erscheinen eines die erste Schwelle übersteigenden Empfangssignals ausgegeben wird; und
eine zweite Rückdetektorschaltung zur Feststellung der Rückendposition eines Ausgangssignals, das von dem zweiten Komparator ansprechend auf das Erscheinen eines die zweite Schwelle übersteigenden Empfangssignals ausgegeben wird;
wobei die Sendezeitsteuermittel die Zeit der nächsten Lichtaussendung verzögern, bis die Rückendposition des Ausgangssignals von entweder dem ersten oder dem zweiten Komparator durch die entsprechende der ersten Rückdetektorschaltung und zweiten Rückdetektorschaltung festgestellt wird.

13. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 3, wobei die Sendezeitsteuermittel auswählbar in einer ersten Betriebsart oder einer zweiten Betriebsart betreibbar sind; wobei die erste Betriebsart eine ist, in der die Sendezeitsteuermittel den Zeitpunkt der nächsten Lichtaussendung, nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Lichtsendezeit verstrichen ist, verzögern, bis die zweiten Niveaubeurteilungsmittel beurteilen, dass die Polarität des Niveaus des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der es die entgegengesetzte Polarität zur Polarität eines normalen Empfangssignals, das einem von dem Sensor selbst gesendeten normalen Lichtimpuls entspricht, wird, wobei die zweite Betriebsart eine ist, in der die Sendezeitsteuermittel eine Lichtaussendung, unmittelbar nachdem eine offizielle Lichtsendezeitdauer seit der vorhergehenden Zeit der Lichtaussendung verstrichen ist, bewirken, oder danach ein Warten eine spezifizierte Zeitdauer lang.

14. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 13, welcher ferner aufweist:
Störungsdetektormittel zur Feststellung von Störungslicht und elektromagnetischen Störwellen, die ein Empfangssignal bewirken, welches periodisch variiert, eine Wechselspannungswellenform aufweist, wobei die erste Betriebsart und die zweite Betriebsart ausgewählt werden abhängig davon, ob Störungslicht oder elektromagnetische Störwellen durch die Störungsdetektormittel festgestellt werden oder nicht.

15. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 14, wobei die Störungsdetektormittel das Vorhandensein einer Störung feststellen, indem bestimmt wird, ob das Niveau eines Empfangssignals in der Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus für eine spezifizierte Zeitdauer verbleibt, die kürzer als die offizielle Lichtsendezeitdauer ist.

16. Der photoelektrische Sensor nach Anspruch 13, welcher ferner aufweist:
Zeitmessmittel zur Messung von Zeit, während welcher das Niveau eines Empfangssignals kontinuierlich in der Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus für eine spezifizierte Zeitdauer verbleibt, die kürzer als die offizielle Lichtsendezeitdauer ist, und
Betriebsartenschaltmittel zum Umschalten auf die zweite Betriebsart, wenn die mit den Zeitmessmitteln gemessene Zeit die spezifizierte Zeitdauer überschreitet, und auf die erste Betriebsart, wenn die mit den Zeitmessmitteln gemessene Zeit kürzer als die spezifizierte Zeitdauer ist.

17. Eine integrierte Halbleiterschaltung für einen photoelektrischen Sensor mit einem Lichtsendeelement und einem Lichtempfangselement, wobei die integrierte Schaltung aufweist:
einen ersten externen Anschluss für die Zufuhr von Spannung;
einen zweiten externen Anschluss zur Ausgabe eines Sendesteuersignals für eine Treiberschaltung für das Lichtsendeelement;
einen dritten externen Anschluss zur Ausgabe eines Sensorlaststeuersignals für eine Treiberschaltung für eine Sensorlast;
eine Spannungsquellenschaltung für den Empfang von Spannung über den ersten externen Anschluss und für die Schaffung einer stabilisierten Spannungsquelle für interne Schaltungen der integrierten Halbleiterschaltung;
eine Lichtempfangsschaltung zur Ausgabe eines Empfangssignals gemäß von dem Lichtempfangselement empfangenem Licht;
eine Lichtsendeschaltung zur Ausgabe des Sendesteuersignals auf den zweiten externen Anschluss;
eine Ausgabeschaltung zur Ausgabe des Sensorlaststeuersignals auf den dritten externen Anschluss; und
eine Signalprozessorschaltung zur Steuerung der Ausgabeschaltung und der Lichtsendeschaltung durch das von der Lichtempfangsschaltung empfangene Empfangssignal;
wobei die Lichtempfangsschaltung, die Lichtsendeschaltung, die Ausgabeschaltung und die Signalprozessorschaltung integriert sind;
wobei die Signalprozessorschaltung aufweist:
erste Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Empfangssignals mit einem spezifizierten Schwellenwert zu einer Zeit, die etwas gegenüber der Zeit der Lichtaussendung durch das Lichtsendeelement verzögert ist;
Signalprozessormittel zur Erzeugung einer Sensorausgabe gemäß einem Ergebnis des Vergleichs durch die ersten Niveaubeurteilungsmittel und Lieferung der Sensorausgabe an die Ausgabeschaltung;
zweite Niveaubeurteilungsmittel zum Vergleichen des Empfangssignals mit einem weiteren Schwellenwert in der Nähe eines Wechselspannungsnullniveaus; und
Lichtsendezeitsteuermittel zum Liefern, an die Lichtsendeschaltung, eines Lichtsendezeitsteuersignals zur Steuerung der Zeit der nächsten Lichtaussendung durch das Lichtsendeelement gemäß dem Vergleich durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel.

18. Die integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 17, wobei die Signalprozessorschaltung auswählbar in einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart betreibbar ist;
wobei die erste Betriebsart eine ist, in der die Zeit der nächsten Lichtaussendung verzögert ist, bis durch die zweiten Niveaubeurteilungsmittel festgestellt wird, dass das Niveau des Empfangssignals sich in einer Richtung ändert, in der es die entgegengesetzte Polarität zu der eines normalen Empfangssignals, das einem von dem Lichtsendeelement gesendeten normalen Impuls entspricht, hat;
wobei die zweite Betriebsart eine ist, in der die nächste Lichtaussendung unmittelbar nach einer spezifizierten Zeitdauer seit der vorhergehenden Lichtaussendung durch das Lichtsendeelement bewirkt wird.