DE1623778B2

DE1623778B2 - Lichtschranke

Info

Publication number: DE1623778B2
Application number: DE1967L0057684
Authority: DE
Inventors: Reimar 6051 Jügesheim; Seyfarth Paul Dipl.-Ing. 5628 Heiligenhaus Kunert
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1967-10-19
Filing date: 1967-10-19
Publication date: 1976-02-12
Also published as: DE1623778A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke, insbesondere fotoelektrische Kontakteinrichtung für Zeiger-Ineßgeräte, mit einer Halbleiterlumineszenzdiode und mindestens einem Fotoempfänger in Form einer Fotodiode oder eines Fototransistors, bei der mindestens tine von einem Objekt beeinflußbare und durch die Lumineszenzdiode und den mindestens einen Fotoemplänger begrenzte Lichtstrecke gebildet ist und mit mindestens einem die Lumineszenzdiode speisenden Oszilla tor.

Eine solche Lichtschranke ist aus der GB-PS 17 178 bekannt.

Außer Lichtschranken sind für die Grenzwertanzeige sogenannte HF-Abgriffe bekanntgeworden, die »inen rückgekoppelten Hochfrequenzoszillator aufweiten. Die Oszillatorspule und die Rückkopplungsspule Sind räumlich derart angeordnet, daß die Kopplung durch die Einführung einer metallischen Fahne in das Feld zwischen beiden Spulen geändert werden kann. Bei eingeschobener Fahne ist die Rückkopplung derart verkleinert, daß die Oszillatorschwingung abreißt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranke so weiterzuentwickeln, daß bei kleinen Abmessungen und geringer Verlustwärme die Streu- <>$ üchtunempfindlichkeit durch eine auf ein sehr enges Frequenzband begrenzbare Arbeitsweise weiter verbessert wird.

Ausgehend von einer Lichtschranke der eingangs genannten Art besteht die Lösung dieser Aufgabe darin. daß die zur Erzeugung von ungedämpften Oszillatorschwingungen erforderliche Rückkopplung über die

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Ausführungsbeispiele gemäß der Erf.ndung werden an Hand von F i g. 1 bis 5 erläutert.

Fig. 1 stellt das Grundprinzip der Lichtschranke

F ig· 2 zeigt eine Gabellichtschranke nach diesem

lus den F i g. 3a und 3b sind Bauformen für Meßinstrumente mit einstellbarer Fotodiode und einer mit dem Zeiger gekoppelten Halbleiterlumineszenzdiode zu ersehen;

F i g. 4 stellt eine Mehrfachlichtschranke dar;

F i g. 5 zeigt ein Schaltungsbeispiel eines rückgekoppelten Osziüatorverstärkers mit einer Halbleiterlumineszenzdiode als Lichtsender und einem Fototransistor als Empfänger.

In F i g. 1 ist mit 1 eine Halbleiterlumineszenzdiode und mit 2 eine Fotodiode bezeichnet. Die zwischen diesen beiden Bauelementen verlaufende Wellenlinie deutet den Lichtverlauf an. Das Ausgangssignal der Fotodiode 2 steuert den Wechselspannungsverstärker 3 aus. Dei :iicht unterbrochenem Lichtstrahl ist die über die Halbleiterlumineszenzdiode 1 und die Fotodiode 2 verlaufende Rückkopplungsschleife so stark wirksam, daß der Verstärker 3 ungedämpft schwingt. Sobald die Ab schirmfahne 4 den Lichtstrahl unterbricht, wird die Rückkopplung unterbrochen und die Oszillatorschwingung setzi aus. Die beiden Schaltzustände des Verstärkers können in bekannter Weise zur Ansteuerung eines in F i g. 1 nicht dargestellten elektrischen oder elektronischen Relais dienen.

Eine nach diesem Prinzip aufgebaute Gabellicht schranke ist aus dem Schnittbild nach F i g. 2 zu ersehen. Sie besteht aus einer Halbleiterlumineszenzdiode 12 als Sender, einer Gabel 13 und einer Fotodiode 14 als Empfänger. Die Halbleiterbauelemente 12 und U können mit so geringen Abmessungen gefertigt wer den, daß die Höhe einer solchen Lichtschranke bei einer Schlitzbreite von etwa 1 mm nur etwa 5 mm beträgt. Zur Unterbrechung des Lichtstrahls dient die aus Metall oder Kunststoff bestehende Fahne 15. Derartige Lichtschranken können in größerer Zahl fest oder verstellbar in Meßinstrumente eingebaut werden. Der Instrumentenzeiger dient dann als Unterbrechungsfahne. Die zugehörigen aus Halbleitern aufgebauten Verstärker können innerhalb des Meßinstrumentengehäuses oder in dessen unmittelbarer Nähe untergebracht werden.

In Fig.3a ist mit 16 eine Halbleiterlumineszenzdiode, mit 18 ein Lichtleitstab und mit 24 eine Fotodiode bezeichnet. Die Fotodiode und der Lichtleitstab werden mit Hilfe eines Halters 15 an der Achse 17 eines Meßinstrumentes befestigt. Das eigentliche Meßwerk ist nicht dargestellt. Der Lichtleitstab 18 hat gleichzeitig die Funktion des Zeigers. Sobald dieser am Ende abgekrümmte Lichtleitstab auf seiner Bahn die Fotodiode 24 passiert, wird über die nicht dargestellte Verstärkereinrichtung ein Signal abgegeben. Die Fotodiode 24 ist auf einem Schwenkarm 60 befestigt, so daß sie auf jeden beliebigen Punkt der im Querschnitt gezeichneten Skala 61 eingestellt werden kann.

Die Bauform nach F i g. 3b weicht von F i g. 3a lediglich dahingehend ab, daß ein nicht abgebogener Lichtleitstab 18 zur Anwendung gelangt. Die Fotodiode 24

ist um 90° verdreht montiert, so daß die Verlängerung des Lichtleitstabes auf der Lichteinfallsebene senkrecht jteht. Infolge der kleinen Abmessungen der Fotodioden können auch hier mehrere fotoelektrische Kontakteinf ichiungen fest oder verschiebbar innerhalb des Zeigerausschlagbereichs untergebracht sein. Die Halbleiterlu- »lineszenzdiode 16 wird dabei von einem Wechsel-Itrom beaufschlagt, der eine einzige oder mehrere iberlagerte Frequenzen aufweisen kann.

F i g. -i zeigt im Prinzip eine Mehrfachlichtschranke mit einer einzigen Halbleiterlumineszenzdiode 11, Fotodioden 21, 22, 23 mit zugehörigen Resonanzverstärkern unterschiedlicher Frequenz 31, 32, 33 und verichiedenen Lichtleitstäben 51, 52, 53. Die Lichtstrahlen sind mit Wellenlinien 41,42,43 angedeutet.

Das Schaltungsbeispiel eines rückgekoppelten Osziltetorverstärkers gemäß F i g. 5 weist eine Halbleiterlueiineszenzdiode 10 und einen Fototransistor 20 auf. Die Blende 40 dient zur Unterbrechung des Lichtstrahles zwischen diesen beiden Bauelementen. Mit 74 ist ein Koppelkondensator, mit 62 ein Arbeitswiderstand, mit 63 ein Verstärkertransistor, mit 64, 65 ein ohmscher Spannungsleiter, mit 66 ein Koppelkondensator, mit 67 ein Schaltungstransistor, mit 68 eine Diode, mit 69 ein Relais, mit 70 ein Glättungskondensator und mit 71 ein Widerstand im Kollektorkreis des Transistors 63 bezeichnet. Die Schaltung wird über die Klemmen 72, 73 mit Gleichspannung versorgt.

Die Schaltung hat folgende Wirkungsweise:

Der Fototransistor 20. der Kondensator 74, die Widerstände 62, 64 und 71, der Verstärkertransistor 63 und die Halbleiterlumineszenzdiode 10 bilden einen schwingungsfähigen rückgekoppelten Verstärker. Der Ruhestrom des Verstärkertransistors ist bestimmt durch die Größe und das Verhältnis der Widerstände 64, 65 und 71. Da der Kollektor des Transistors 63 mit der Anode der Halbleiterlumineszenzdiode 10 verbunden ist. ist durch den Ruhestrom des Transistors 63 auch der Arbeitspunkt der Lumineszenzdiode 10 vorgegeben. Bei nicht unterbrochenem Lichtstrahl ist ferner über die Lichtstrecke der Arbeitspunkt des Fototransistors festgelegt. Beim Einschaltet; der SpHsegleichspannung erzeugt der Kuhestrom des Transistors 63 in der Lumineszenzdiode 10 eine bestimmte Lichtmenge, die den Fototransistor 20 weiter aufsteuert. Damit erhält die Basis des Transistors 63 über den Koppelkondensator 74 ebenfalls ein aufsteuerndes Signal. Der Strom im Verstärkertransistor 63 steigt bis zur Sättigung an. Da im Sättigungszustand die Spannung

ίο an dem Koppelkondensator 74 konstant ist, entfällt an der Basis des Transistors 63 das Aussteuerungssignal und der Transistorstrom fällt auf den Ruhestrom zurück. Dieses Spiel wiederholt sich mit einer Frequenz, die im wesentlichen durch das aus dem Kondensator 74 und dem Widerstand 62 bestehende Zeitglied bedngt ist. Die Halbleiterlumineszenzdiode sendet also Wechsellicht mit der Verstärkerfrequenz aus.

Wird nun die Rückkopplung durch das Eintauchen der Blende 40 in den Strahlengang unterbrochen, so setzen die Schwingungen aus und die Diode 10 gibt lediglich ein Gleichlicht ab. Sobald die Blende 40 den Lichtweg freigibt, setzen die Schwingungen erneut ein. ]e nach Betriebszustand des Oszillatorverstärkers kann am Cmitter des Verstärkertransistors 63 ein Wechselstrom- oder ein Gleichstromsignal abgegriffen werden. Der anfallende Wechselstrom wird über den Kondensator 66 ausgekoppelt, der den Emitter des Verstärkertransistors 63 mit der Basis des Schalttransistors 67 verbindet. Die positiven Halbwellen steuern den Transistor auf, so daß über die Wicklung des Relais 69 ein pulsierender Gleichstrom fließt. Die negativen Halbwellen fließer, über die Diode 68 ab. Der Kondensator 70 dient zur Giättung des das Relais 69 erregenden Stromes. Das elektromagnetische Relais, dessen Kontakte nicht eingezeichnet sind, kann selbstverständlich auch durch ein elektronisches Relais ersetzt werden. Das Relais führt immer dann den Erregerstrom, wenn die Blende 40 den Lichtweg nicht unterbricht und die volle Rückkopplung gegeben ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtschranke, insbesondere fotoelekirische Kontakteinrichtung für Zeigermeügeräte, mit einer > Halbleiterlumineszenzdiode und mindestens einem Fotoempfänger in Form einer Fotodiode oder eines Fototransistors, bei der mindern;; eine von einem Objekt beeinflußbare und durch die Lumineszenzdiode und den mindestens einen Fotoempfänger begrenzte Lichtstrecke gebildet ist und mit minde-Itens einem die Lumineszenzdiode speisenden Oszillator, dadurchgekennzeichnet, daß die tür Erzeugung von ungedämpften Oszillatorschwingungen erforderliche Rückkopplung über die mindestens eine Lichtstrecke (1,2) verläuft.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlumineszenzdiode (16) in der Nähe der Zeigerachse (17) eines Meßinstrumentes befestigt ist und daß die Meßstrecke über einen als Lichtleitstab (18) ausgebildeten Zeiger bis zur Zeigerspitze geführt ist.

3. Lichtschranke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer Halbleiterlumineszenzdiode (11) mehrere Fotodioden (21, 22, 23) und Oszillatoren in Form von Resonanzverstärkern (31.32, 33) zugeordnet sind und daß die Resonanzverstärker (31, 32, 33) unterschiedliche Frequenzen aufweisen, so daß die Halbleiterlumineszenzdiode ein Frequenzgemisch ausstrahlt, das von den entsprechend abgestimmten Resonanzverstärkern selektiv verarbeitet wird.

4. Lichtschranke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrecken von der Halbleiterlumineszenzdiode (11) über mehrere Lichtleitstäbe (51, 52, 53) zu verschiedenen Meßstellen geführt sind.