DE1943738A1

DE1943738A1 - Signaluebertragung mit im Funkenlicht zirkulierender Polarisation

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Publication number: DE1943738A1
Application number: DE19691943738
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Altrogge
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1969-08-28
Publication date: 1971-04-29
Also published as: ES371430A1; CH550447A; DE1943738C3; BE738764A; FR2017877A1; DE1943738B2

Description

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Wilhelm Altrogge, Montreux CP. 268 (Schweiz) ^

Signalübertragung mit im Funkenlicht zirkulierender Polarisation.

Für eine photo elektrische Übertragung ist es meistens vorteilhaft, wenn man ctie Lichtenergie so weitgehend wie möglich zeitlich, räumlich und spektral konzentrieren kann. Anstatt den Strahlengang einer Lichtquelle mit mechanischen Mittel zu unterbrechen, lassen sich besser Funkenlichtimpulse verwenden. Ausser der wesentlich grösseren Störsicherheit gegen Fremdlicht kann man auch -falls nicht Hebel herrscht- reichweiteraässig viel mehr erreichen. Zudem ermöglichen die modernen Bauelemente nunmehr ganz einfache Baufonnen, wie sie sich besonders senderseitig schaffen lassen. Da die einzelne Lichterscheinung nur etwa eine Zehntausendstel Sekunde währt, ist trotz der hohen Momentanhelligkeit keinerlei Blendung vorhanden. Die physikalischen Vorgänge haben nichts mit Laser zu tun, monochromatischen Impulsen extremer Richtwirkung, die nochmals mindestens looo mal kürzer sind. Funkenentladungen für die Signalgebung sind seit ein paar Jahrzehnten konventionell.. Man hat sie seinerzeit, allerdings weitgehend aperiodisch, als Alternative zur akustischen Übertragung, zur Lösung von Problemen der Strassenverkehrssignalisierung herangezogen, mit Reichweiten von immerhin loo m. Im Prinzip lässt sich als Funkengenerator gut eine Kondensatorzündanlage verwenden, von der Art, wie sie heute für moderne Flugmotoren üblich ist. MaturgemäsB kommt man bei einer Reichweite von Io bis 3° ^m schon rait einem sehr verkleinerten Modell aus. Allerdings ist immer eine Batterie nötig. Diese lässt sich einsparen, wenn man sich für die Versorgung der Funkenlichtquelle einer kleinen piezoelektrischen Lruckanordnung bedient.

Beim sog. Überholmelder, der seinerzeit in mehreren europäischen Ländern gesetzlich eingeführt werden sollte, strahlte der Sender einen Impulsschauer aus, der am Verstärkerausgang integrierend ausgewertet wurde. Diese Vorkehrung war ausreichend, um den Einfluss von Wetterleuchten, Schlagschatten und anderen Fremdlichterscheinungen weitgehend auszuschalten.

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Der vor eineinhalb Jahrzehnten erreichte Grad der btörsicherheit genügt , aber nicht für industrielle Signalaufgaben. Man denke z.B.. an Schweissvorgänge in Empfängernähe, Leuchtstoffröhren, fieflexe an schnell laufenden Maschinen, Kontaktfunken und Stroboskope. Man kann mittels UV-Filter an den Rand des Spektrums gehen, aber dann wird die Lichterscheinung für das Auge praktisch nicht mehr sichtbar. Sie soli aber gerade gesehen werden. Auch für die drahtlose Betätigung von automatischen Toren wäre eine Verbesserung der Licht impulstechnik hinsichtlich möglicher Störfaktoren wichtig.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Signalübertragung zu schaffen, bei der mit einfachsten Mitteln nahezu vollständige Sicherheit gegenüber allem Fremdlicht, d.h. besonders alle Impulserscheinungen der Umgebung des Empfängers eingeschlossen, besteht. Weiterhin sollte das Licht in einem beschränkten Umfange auch kodierbar sein. Denn für industrielle Steuervorgänge und bei der Fernsteuerung automatischer Tore muss man die Möglichkeit haben, individuell zu programmieren. Eine frequenzmässige Unterscheidung kommt für Funkenlicht weniger in Betracht. Sie ist zu aufwendig und ware zudem manipulierbar.

Der Erfindungsgrundgedanke besteht darin, die Polarisation innerhalb einer möglichst geringen Funkenfolge ziiäoaLieren zu lassen, wobei das jeweilige Programm einem optischen Speicher zugeordnet ist. Zur konstruktiven Realisierung sind jedoch eine Reihe von zusätzlichen Erfindungsgedanken notwendig« Beispielsweise muss man mit einem einzigen Impulsverstärker auskommen, auch um Abgleichkomplikationen aus dem Wege zu gehen. In einem weiteren Erfindungsgedanken werden Polarisationsdrehung und Funkenauslösung auf einfachste Weise synchronisiert. Um die Energie exakt auf die Entladungsseite zu übertragen, muss senderseitig ein kleiner Impulstransformator Verwendung finden. Dabei darf der Schliesschalter nicht überlastet werden. Es muss also ein Weg hinsichtlich des Kontaktabbrandes gefunden werden, ein Problem, das von Kondensatorzündanlagen für Verbrennungskraftmaschinen sehr bekannt bzw. immer no oh akut ist, zudem man hier keinen Transistor einsetzen kann« im Gegensatz zu einfachen Magnetzündungen.

Wenn man von Lichtvergleichemessungen älterer Art ausgeht, um mit dem Stand* der Technik zu beginnen, so ist es z.B. geläufig, die beiden Photo st rom β empfangeβeitig zu kompensieren. Um störendes Gleiohlicht zu eliminieren, schaltet man gewöhnlich ausserhalb des Lichtkegels eine zweite Photozelle zu« Für Signalanlagen mit modulierter Farbe werden Doppelempfänger in vergleichen-

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der Schaltung verwendet, mit zwei unterschiedlichen Filtern spektral voneinander entfernterer Farben. Im Auswerteteil der Gegentaktschaltung ist die inverse lichtelektrische Empfindlichkeit maesgeJbend. Bei Code-Übertragungen hat man das Licht zweier Lichtquellen verschiedener Polarisation miteinander gemischt. Die Trennung geschieht mit λ /4- Filtern. Gegenüber all dem ist die Aufgabenstellung der Erfindung eine gänzlich andere.

Ihr liegt als Elementarsignal der Doppelfunke zugrunde. Schon mit ihm allein ist eine absolut störsichere, gering kodierte Übertragung prinzipiell möglich, wenn die lineare Polarisation hilfsweise herangezogen wird. Vorwiegend wird es so gehandhabt, dass tier eine Teilfunke senkrecht zum anderen polarisiert ist. Kachfolgend soll die Erfindung an einem speziellen Ausführungsbeispiel erläutert werden, bei dem das Hauptaugenmerk auf den Fernst euerungsvorgang bei automatischen Toren gerichtet ist. Jedoch müssen zuerst einige Bauelemente besprochen werden, denn für handliche,kleine Taschenformat-Bender bedarf es neuer Wege.Z.B. ist deshalb in Fig.l von einer Kleinstbatterie 1 ausgegangen worden, wie sie für Schwerhörigengeräte üblich ist.

her Transistorzerhacker 2 füllt kontinuierlich einen kapazitiven Speicher 3· i/amit steht für eine Funkenfolge von 2 bis 6 .Entladungen eine Gesamtenergie von ca. 2oo iviilliwattsekunden zur Verfugung. xj&b ist nicht einmal der ütiergiebetrag, den ein Streichholz beim Durchzünden abgibt. Er genügt aber für einen Streusignal winkel von ca.2o Grad mit Io bis 2o m sicherer Überbrückung. Der Autofahrer muss also keineswegs, wie bei konventionellen Lichtsignalgeräten mit dem Glühfaden, "zielen". Natürlich Hesse sich der Sander auch als Durchblickröhrchen ausbilden, um noch mehr Energie einzusparen oder noch weiter zu signalisieren.Der Miniaturtransformator ist sekundärseitig von einem .aintladungskondensator 5 umgeben. Das Entladungsgefäss kann man gleichzeitig als Optik ausbilden, die je nach den Signal wünschen unterschiedlich polarisiert ist.Die Funkenstrecke entlädt sich in Form eines Gleitfimkens. Geeignetes wiaterial (Keramik) dazu wird in USülfür Zündanlagen hergestellt'.

Der Schliesschalter ist vorzugsweise als Tiifechselkontakt ausgebildet. Liegt der Mittelkontakt nach links, so ist der Abbrand auch nach langer Betriebswert minimal. Die unergiedo/sierung bleibt demnach exakt.Wenn dieser Schalt—

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Vorgang ausgelöst wird, entspannt sich ein kleiner Eenrgiebetrag des Speicherkondendsators 3 auf den um etwa eine Grössenordnung kleineren MP-Kondensator 8. Dabei wird der Impulstransformator Io stoss-magnetisiert, und füllt spontan seine kapazitive Aussenbelegung 5. Diese wiederum entlädt sich an der Gleitfunkenbelegung 9 entlang über die Funkenstrecke des iintladungsgefässes 6.

Um den in der Einleitung erwähnten Iioppelfunken zu erzeugen, muss der Wechselkontakt 7 nach rechts gelegt werden. Dann entlädt sich der MP-Kondensator unmittelbar auf die Primärwicklung des T_ransfoimators. Erfahrungsgemäss ist der Kontakt abbrand gross. Transistorschalter kann man nicht verwenden, wie die Praxis gezeigt hat. Deshalb ist die untere Kontaktbelegung scheibenartig ausgebildet und drehbar.

Innerhalb des Entladungsgefässes, vorzugsweise im gleichen G as raum, ist ein Ringschalter Io vorgesehen, der sinngemäss die behaltfunktionen von 7 übernehmen kann. In der Bohre rollt eine Quecksilberkugel, wenn man den Sender dreht. Gleichzeitig aber dreht sich damit die Scheibe 11, welche polarisiert ist* Lichtblitze werden demgemäss immer genau in einer vorgegebenen Lage ausgelöst. Damit ist der Lichtggber für Handbetätigung geeignet, muss also nicht unbedingt stationär installiert werden.

Analog ist auch der Empfanger mit einem Pötaisationsfliter vor seiner Optik ausgerüstet. Er verfügt Über 2 Fotoelemente, die in Kompensationsschaltung zueinander wirken, sodass in der Endstufe ein unpolarisiert eingetretenes Lichtsignal nicht ausgewertet wird. Me eine der beiden Photozellen kann unpolarieiert sein. Allenfalls hat sie eine etwaB kleinere Optik als die andere, deren Empfindlichkeit durch das vorgeschaltete Polarisationsfilter gedämpft ist. Diese andere Fotozelle jedenfalls sperrt die Anordnung, wenn Lichtimpulse gleicher Polarisation ankommen, denn um ein Wutzsignal zu erhalten, muss die Signal strahlung' gegensinnig zum ünpfänger polarisiert sein.

Schematisch ist die Empfangsanordnung in Fig. 2 wiedergegeben worden. Im Strahlengang des Senders, angegeben mit der Linie 2o, liegt die Zwillingsfotozelle 12 mit der Kathode 13 in der Mitte. Lie beiden Zuleitungen der Anoden 14 und 15 gehen zum Kompensationsteil 16. In den auswertet eil I7 treten nur Signale über, wenn das Polarisationsfilter 18 gegensinnig zu 11 (Fig. 2) polarisiert ist. Dann nämlich kann das gröesere Fotoelement (15)

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■ein· Sperrwirkung nicht ausüben. Sm ea eioh ua einen lapulsveretlrker handelt, und au oh wegen der Kompensation, kann starkes Gleich- oder Blinklioht keinerlei störende Binwirkung hervorrufen. Wenn Lichtblitse bsw. Funkenstrahlung genau gleicher Polarisation eintreffen, ist natürlioh die übertragung optimal aperrend. Bei nicht genauer Obereinati — »ng la Tblarlsationssustand sum Sipfanger, s.B. wenn die Filter linear sind und aidl iaa 45 Grad unterscheiden, iat iaaer noch kein Signalübertritt ton 16 auf 17 möglich.

Pie Hauptaufgabe der Erfindung aber ist, nachdem oben die allgemeinen technischen Voraussetzungen geschaffen sind, eine einfache Signalübertragung mittleren Kodierungsgrades su schaffen. Eingangs war schon erwfchnt worden, dass man die Sonderkonstruktion auf eine Energieabgabe pro lute sign al von 2oo Milliwattsekunden abstellen sollte. Dann bleiben die Bauformen elegant und handlich, wie man sie von Funkwallensendem für To rautoaatiken gewohnt ist, die beispielsweise in Nordamerika schon su einem Standardartikel geworden Bind. Welchen αrad der Verschlüsselung man alt diesem Bnergiebetrag bei etwa' 6 Funken pro Nutζsignal erreichen kann, 'sei nachfolgend dargestellt, um besser au verstehen, dass man sich für die entgültig· Lösung su einea einfachen, mittleren Weg der Kodierung entscheiden sollte.

Diese Folge von angenommen 6 Funken, au denen der MP-Kondensator 8 nur 3 mal angefüllt werden muss, kann nioht nur alt gans verschiedenen Polariaationsarten sondern auoh normalem Licht impuls oder keinem programmiert «erden· Dazu kann jedoch nioht der Lrehsender verwendet werden. Bessier lasst sich vor der Sendexoptik eine Folie vorbeiführen, auf der sich abweohsinde Streifen mit diverser oder keiner Polarisation befinden. Das Programm ist also optisch gespeichert. Inalog, aber für die Polarisationeaustände gegensinnig, wäre vor der finpfangsoptik su verfahren. Das Segment 18 in Fig. 2 muss je naoh Programm in vorgegebener Weise von Funke su Funke fortbewegt werden» Das geschieht nach jedem Impuls im auswertet eil 17 aittels eines Sohrittsohaltwerkes einfachster Au»-führung, welches über die Achse 19 das Folienaegment 18 vorrückt.

Lie Sechser-Folge sei beispielsweise folgende massen programmiert ι funke It Sender linkedrehend, ükpfänger rechtedrehend. Funke 2t Sender reohtsdrehend, Empfänger linkaArehend. Funke 3 t Rird ausgelassen aa Sender, iätpfinger rastet mit 17 schon bei Funke 2 um 2 Schritte weiter, iunke 4t Sender linear, waagerecht, Ikpfanger linear senkreoht polarisiert. Funke 5 unpolarialert

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(d.h. Sperrung). Deshalb ist der Auswerteteil für den Schlussfunken 6, zu 2 Schritten vorbereitet: Sender elliptisch polarisiert, Empfänger entsprechend gegensinnig. Wir sehen aus diesem Beispiel, mit welchej? Differenzierung die 6 Standardschritte einer Funkenfolge zu belegen sind. Jedes falsche Einzelsignal, oder die nicht durchlaufende Signalisierung der Sechserfolge in einer bestimmten Zeit, hat in 17 die Folge-sofortiger Löschung, in den .Ausgangszustand erneuter Einpfangsberei tschaft. Die Kodierung ist derart hochgradig, dass sie für die Praxis reduziert werden kann und man z.B. für'einfache Torsteneiungen mit weniger Funken auskommen kann.

Im folgenden zweiten Beispiel soll vorausgesetzt werden, dass bei Abstrahlung eines Doppelfunkens der eine davon entfallen könnte, der zweite also nur aus Gründen grösserer iänpfangssicherheit abgestrahlt wird. Daraus ergibt sich, W dass eben auch nur 3 polarisationsoptische Charakteristika gewählt werden. Weil es im Kraftfahrzeugwesen möglich ist, dass reflektierende Chromteile und Scheinwerferstreuscheiben u.U. bei bestimmten Reflektionsvorgängen polarisierte Lichtanteile linearer Art abstrahlen können, wird nachfolgend nur die zirkuläre Polarisation gewählt. Handelsübliche Filter stehen unter dem Warenzeichen "Polaroid" zur Verfügung. Inzwischen sind sie auch preisgünstig.

Mit der Dreierkombination ergeben sich 6 unterschiedliche Möglichkeiten, w^rm linksdrehend mit "a" und rechtsdrehend mit ^flb"bezeichnet wird, also folgende: a-b-a, b-a-b, a«*a-a, b-b-b, a-a-b, a-rb-b, b-b-a, b-a-a. Bei Reduktion auf 2 Nutzsignale noch: a-a, b-b, a-b, b-a und schliesslich ganz einfach a und b. Das sind zusammen 14 eindeutige Signalunterscheidungen mit grosser Übertragungssicherheit gegenüber allem Stör- und Fremdlicht, sei es in Impulsform " oder als Dauerstrahlung.

Ausserdem kann der Folienvorrat in Kleinformat erstellt werden, auf dem fortlaufend alle 12 Signale einpolarisiert sind, durch Einbettung dichroitischer Kristallgruppierung. Das verbilligt die Herstellung ungemein. Einige der Signale werden durch Umkehrung identisch benutzbar für Sender und Empfänger. Wichtig ist die kurzfristige Urastellbarkeit bzw. der Programmwechsel. Die Synchronisation des Empfängers zum Sendeprogramm erfordert keinerlei elektronische Abstimmung oder geechwindigkeitegeregelte Motore, wie das kostspieligerweise bei anderen Verfahren erforderlich ist. Hat der Sender ss.B» die Folge · a-b-a, so wird auf d« Folienträger 18 einfach die Type b-a-to eingeschoben. Mit federn Signalschritt (16 nach 1?) rückt 18 eine Haste vor» bereit für die nächste Polariaationsart»

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Ler Schnellwecheel des Programms (Folientausch) ist besonders wichtig für Grossgaragen mit einer Haupteinfahrt. Bisher muss der Einlass begehrende Autofahrer einen Schlüssel an der Kontaktsäule einstecken oder einen Münzautomaten bedienen. In Zukunft kann er eine Programmfolie im Wagen mit sich führen, die bei langsamem Ioirchrollen durch eine Impulslichtschranke den gewünschten Schaltvorgang auslöst. Als Tageskarte kann die Folie vorausbezahlt sein bzw. einen Monatsvorrat mit täglich anderem Polarisationsprogramm haben. Noch praktischer ist in diesem Zusammenhang das Kefleiprinzip. üamit erübrigt sich ein Sender im Wagen. Lie Sender-Brapfänger-Anlage an der Zufahrt strahlt unpolarisierte Funkenimpulse u.U. in einem bewegten Lichtkegel aus. Ler iüinlass begehrende weist dem Gerät einen Keflexstreifen mit eingebetteter dichroitischer Polarisationsfolge vor, die in Bruchteilen einer Sekunde abgestrahlt ist. Gegenüber der magnetischen Programmierung moderner Postabwicklung (Briefsortierung) ist das Verfahren dynamischer zu handhaben.

Las Reflexgerät kann aber auch in einer Anlage für automatische Torbetätigung untergebracht sein, die auf dem Tor eelbst montiert ist. La der bender und der Empfänger auf dem bewegten Tor in dieser Zeitspanne nicht für eigentliche Signalaufgaben benötigt werden, können sie hilfsweise eine Lichtschranke oder einen Lichtvorhang bilden, um Personen wie Fahrzeuge vor jeglicher Aufprallgefahr zu schützen.

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Claims

Hauptanspruoh t

Signalübertragung und Anlage mit einer Folge von Lichtimpulsen, wobei sowohl der Sender wie der Etapfanger polarisiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks optimaler Störsicherheit bzw. einfacher Kodierung eine möglichst kurze Impulsfolge vorbekannten Funkenlichtes verwendet wird, in dessen Strahlengang sich miteinander gegensinnig programmierte Polarisationsfolien als zirkulierende Speicherelemente bewegen.

Anspruch .It Signalübetragung und Anlage nach Hauptanepruch, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine der beiden Fotozellen der kompensierenden Zwillingsoptik zum Schütze vor Fremdlicht polarisiert ist.

Anspruch 2: Signalübertragung und Anlage nach Hauptanepruch und 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in wechselnder Polarisation vor dem Empfanger zirkulierende Folie bei jedem neuen Impuls mittels eines Schrittschaltwerkes des Auswerteteiles des Verstärkers fortbewegt wird.

Anspruch 3< Signalübertragung und Anlage nach Hauptanspruch mit einem Sender, dessen (lineare) Polarisationsfolie zwecks Sychronisierung gleichzeitig mit einem Quecksilberschalter gedreht wird.

Anspruch 41 Sender zur Signalanlage nach Hauptanepruch, dadurch gekennzeichnet, dass dieser achsial über eine durchsehbare Röhre verfügt, um in Sonderfällen genauer auf die Fotozelle ausrichten zu können.

^ Anspruch $t Sender zur Anlage nach Hauptanspruch d.g.d. seine Funkerstrecke

mittels eines pi32,0-elektrischen Generators betrieben wird.

Anspruch 61 Signalverfahren nach Hauptanspruch d.g.d. als Signalelement ein Poppelfunke verwendet wird.

Anspruch 7 t Anlage nach Hauptanspruch d.g.d. der Primärkreis des . Sender-ImpulBtransformators durch Aufladung und gegeben er. fall β Ent_T . ladung energetisiert wird.

Anspruch β ι Anaige nach Hauptanspruch mit einem Sender d.gd. in seinem Entaldungsgefäss ein Gleitfunke (kanalisiert) überschlägt.

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Anspruch 9 t Signalverfahren nach Hauptanspruch, dadurch gekennaeiLchnet dass das Reflexprinzip angewendet wird.

Anspruch Io : Anlage nach Hauptanspruch und 9» d.g.d. der Lichtsender keine polarisierten Impulse aussendet, sondern unpolarisiert ist.

Anspruch 11: Anlage nach Hauptanspruch und 9>lo d.g.d. der stationäre Sender einen ständig bewegten Strahlungskegel hat.

Anspruch 12: Anlage nach Hauptanspruch und lo, 11, 12 d.g.d. dieselbe vor einer Garagenzufahrt zwecks Auslösung des Torantriebes aufgestellt ist.

Anspruch 13: Signalverfahren nach Hauptanspruch und 9» d.g.d. als Auslöseorgan eine in den Strahlengang des fieflexgerätes gehaltene und somit abgetastete Streifenfolie mit Abschnitten wechselnder Polarisation gehalten wird, die als Basis einen Reflexanstrich hat.

Anspruch 14» Anlage nach Hauptanspruch und 9» d.g.d. die kombinierte Sende-iänpfangs— Anordnung hinter dem Garagentor angebracht ist.

Anspruch 13» Anlage nach Hauptanspruch, 9 und 14, d.g.d. das Reflexgerät zusammen mit dem Antrieb eine Baueinheit auf dem Tor bildet.

A nspruch 16t Anlage nach Hauptanspruch, 9, 14 und 15 d.g.d. zur Sicherung der Torbewegung das HeflSxgerät hilfsweise eine Lichtschranke oder einen Lichtvorhang in der Garageneinfahrt errichtet.

Anspruch 17 t Anlage nach Hauptanspruch, 9, 14, 15, 16 d.g.d. das Gerät jegliche Signalaufnahme von aussen negiert, solange -Lichtschrankengesteuertder Wagen in der Garage ist.

Anspruch l·¹; ι Signalverfahrenrund Anlage nach Haupt anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen, eine Impulslichtschranke durchfahrend, eine zugeordnete Folie mit dem Polarisationsprogramm durchstrahlen lässt·

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