DE19753472A1 - Photoelektrische Zelle mit stabilisierter Verstärkung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine photoelektrische Zelle, die eine Senderanordnung und eine Empfängeranordnung für optische Strahlen umfaßt, wobei die letztere Anordnung ein Ausgangssignal liefert, das schaltet, wenn ein Gegenstand in die Bahn des Strahls gelangt.

Die bekannten photoelektrischen Zellen umfassen in ihrer Empfängeran­ ordnung häufig einen Verstärker, der mit einem Eingang für das Emp­ fangssignal und mit einem Ausgang versehen ist, der ein Spannungssignal an eine Einrichtung liefert, die das Schaltsignal verarbeitet. Um nur die nützlichen Signale zu detektieren, wird manchmal am Ausgang des Ver­ stärkers ein Transistor angeordnet, der nur während durch gesendete Im­ pulse festgelegten Fenstern auf Durchlaß geschaltet ist. Es kommt jedoch vor, daß eine äußere elektrische Störung, die kurz vor der Front eines Im­ pulses erscheint, das Entstehen eines Signals verursacht, welches am Eingang des Verstärkers wahrgenommen wird, dessen Ausschwingdauer sehr viel größer als die Impulsdauer ist, was das Schalten der Zelle verän­ dert.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Zelle zu schaffen, die gegenüber Stö­ rungen unempfindlich ist, die außerhalb der Zeitspannen gesendeter Im­ pulse erscheinen und Gefahr laufen, das Schaltsignal zu beeinflussen.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Verarbeitungsstromkreis der Empfän­ geranordnung einen Schalter, der auf einem Abzweigungsweg der Verstär­ kungsschleife des Verstärkers angeordnet ist und durch das gepulste Sendesignal gesteuert wird, um während den diesem Signal zugehörigen Impulsen gesperrt und außerhalb dieser Impulse durchlässig zu sein. Auf diese einfache Art und Weise wird der Ausgang des Verstärkers unemp­ findlich gemacht.

Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung, die das Schaltsignal verarbeitet, einen Integrations- und Filterungsstromkreis, der eine Filterung des Span­ nungssignals über mehrere Impulse sicherstellt, und einen Komparator, der das integrierte und gefilterte Spannungssignal mit einer Schwelle ver­ gleicht.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung be­ schrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 schematisch eine photoelektrische Zelle gemäß der Erfindung,

Fig. 2 von dieser ein ausführlicheres schematisches Beispiel und

Fig. 3 einen Graph, der die Veränderung der zu diesem Schema ge­ hörenden elektrischen Größen zeigt.

Die dargestellte photoelektrische Zelle umfaßt eine Senderanordnung 10 und eine Empfängeranordnung 20. Die Senderanordnung 10 erzeugt ein gepulstes Signal E1 mit schwach zyklischem Verhältnis, das zu einem photoemissiven Bauteil 11, wie einer Photodiode, übertragen wird. Die Empfängeranordnung 20 umfaßt ein Photoempfängerbauteil 21, wie einen Optotransistor, der in Ansprechen auf Impulse E1 ein Stromsignal I mit hohem oder tiefem Pegel als Funktion der Anwesenheit oder der Abwesen­ heit eines Gegenstandes auf der Bahn des durch das Bauteil 11 gesende­ ten optischen Strahls produziert. Die Anordnung 20 umfaßt andererseits einen Stromkreis 22, der von dem Signal I ausgehend ein Spannungs­ signal 51 erzeugt, das durch eine Einrichtung 23 verarbeitet werden kann, um ein Schaltsignal S mit hohem oder niedrigem Pegel zu liefern, und die die Größe des Ausgangs der Zelle erzeugt.

Der Stromkreis 22 weist einen Ladungsverstärker A oder Transimpedanz­ verstärker auf, der an einem Eingang A1 das Stromsignal I und an einem Eingang A2 eine Referenzspannung Vref empfängt und an seinem Aus­ gang das Spannungssignal S1 liefert. Der Ausgang A3 des Verstärkers ist mit der Einrichtung 23 verbunden, die einen Integrations- und Filterungs­ stromkreis 25 und einen Komparator 26 umfaßt, der das resultierende gefilterte Signal mit einer Spannungsschwelle Vc vergleicht und das Schaltsignal S ganz oder gar nicht liefert.

Der Eingang A1 des Verstärkers ist an seinem Ausgang A3 mit einer Ver­ stärkungsschleife 24 verbunden, die mit einem Widerstand R1 versehen ist. Parallel zu dieser Schleife ist ein Kurzschlußweg 24a vorgesehen, der einen Transistor T1 umfaßt, der durch das Signal E1 auf eine Art und Weise angesteuert wird, daß er bei Sendeimpulsen gesperrt und außer­ halb dieser Impulse durchlässig ist. Zwischen dem Verbindungspunkt des Weges 24a mit dem Ausgang A3 des Verstärkers und dem Komparator 26 sind aufeinanderfolgend ein Transistor T2, der durch das Signal E1 ange­ steuert wird und nur bei Sendeimpulsen durchläßt, und dann der Inte­ grations- und Filterungsstromkreis 23 vorgesehen, dessen Aufgabe es ist, von dem Spannungssignal S1 ausgehend ein integriertes Spannungssignal S2 und dann ein integriertes und gefiltertes Signal S3 zu erzeugen, damit das Signal S von unerwünschten Erscheinungen, insbesondere elektri­ schen Störungen von der schnellen transienten Sorte befreit wird, die die Zelle beeinflussen, insbesondere wenn eine derartige Störung kurz vor dem Empfang eines zu detektierenden Impulses plötzlich erscheint.

In der Ausführungsform von Fig. 2 ist der Transistor T1 ein bipolarer pnp-Transistor, dessen Basis durch E1 über einen Widerstand K2 angesteuert wird, und der Transistor T2 ist ein MOS-Transistor. Der Stromkreis 23 umfaßt einen Integrator R3, C2, der zu T2 gehört, und ein Filternetzwerk R4, C3. In einer weniger vorteilhaften Ausführungsform, die insbesondere sperriger und weniger genau ist, könnte der Stromkreis 23 aus Kipp­ schaltungen zusammengesetzt sein.

Der Widerstand R5 des Fußes des Emitters des Optotransistors 21 bildet mit dem Kondensator C4, der vor dem Eingang A1 des Verstärkers ange­ ordnet ist, und mit dem Verstärkungswiderstand R1 ein Hochpaßfilter, das niederfrequentes Rauschen beseitigt.

Die Funktionsweise der Zelle wird in bezug auf Fig. 3 erläutert.

Bei Abwesenheit eines Impulses des Sendesignals E1 ist der Transistor T2 gesperrt und der Eingang des Komparators 26 liegt auf seinem hohen Pe­ gel. Wenn dann eine Störung von der schnellen transienten Sorte detek­ tiert wird, wird diese von dem Transistor T1 umgeleitet, der gestattet, über den Weg 24a den Verstärkungswiderstand R1 des Verstärkers, welcher als Folger arbeitet, kurzzuschließen. Dies vermeidet, daß ein Signal mit langer Ausschwingdauer erzeugt wird, das eine störende Einwirkung während des Erscheinens des folgenden Impulses hätte.

Bei Anwesenheit eines Impulses des Sendesignals E1 ist der Transistor T1 gesperrt und der Transistor T2 ist durchlässig. Wenn ein Gegenstand auf die Bahn des emittierten Lichts gelangt, nimmt das Stromsignal I den ent­ sprechenden Pegel an und wird von dem Verstärker A in das Spannungs­ signal S1 umgeformt. Dieses Signal S1 stellt die Antwort auf das Sendesi­ gnal richtig dar, wobei es von Störungsinformationen befreit ist, die auf der Flanke des Signals vorhanden sind. Das Signal S2 verkleinert sich stufenweise als Funktion der aufeinanderfolgenden Impulse, und das Si­ gnal S3 wird auf eine Art und Weise gefiltert, daß es am Eingang des Komparators gleichmäßig kleiner wird, wie in Fig. 3 gezeigt. Sobald S3 die Schwelle Vc erreicht, ändert das von dem Verarbeitungsstromkreis gelie­ ferte Schaltsignal S den Pegel.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine photoelektrische Zelle, deren Empfangsteil mit einem Verstärkerverarbeitungsstromkreis ausgestattet ist. Um die Zelle gegenüber elektrischen Störungen unempfindlich zu ma­ chen, umfaßt der Verarbeitungsstromkreis einen Transimpedanzverstär­ ker A, dessen Verstärkungsschleife 24 durch eine Abzweigung 24a mit ei­ nem Schalter T1 kurzschließbar ist, der durch das Sendesignal E1 gesteu­ ert wird. Der Schalter T1 ist bei Impulsen E1 gesperrt und ist außerhalb dieser Impulse durchlässig.

Claims (3)

1. Photoelektrische Zelle, umfassend: einerseits eine Senderanord­ nung, die mit einem elektrischen Stromkreis versehen ist, der ein gepulstes Sendesignal (E1) erzeugt, und die mit einem optoemissi­ ven Bauteil versehen ist, an den dieses Signal angelegt wird, und andererseits eine Empfängeranordnung, die mit einem Optoemp­ fangsbauteil und mit einem Verarbeitungsstromkreis (22) des Emp­ fangssignals (S1) versehen ist, das von dem Optoempfangsbauteil geliefert wird, wobei dieser Stromkreis einen Verstärker (A) umfaßt, der mit einem Eingang (A1) für den Signalempfang (I) und mit einem Ausgang (A3) ausgestattet ist, der ein Spannungssignal (S1) an eine Einrichtung (23) liefert, die das Schaltsignal (S) verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (A) ein Transimpedanzverstärker ist, der auf ei­ nem Abzweigungsweg (24a) seiner Verstärkungsschleife (24) mit ei­ nem Schalter (T1) versehen ist, der durch das gepulste Sendesignal (E1) gesteuert wird, um während den diesem Signal zugehörigen Impulsen gesperrt zu sein, und um außerhalb dieser Impulse durchlässig zu sein.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungsstromkreis (10) ein Mittel zum Sperren der Verarbeitung außerhalb der Impulsdauern des Sendesignals um­ faßt, wobei dieses Sperrmittel ein Transistor (T2) ist, der am Aus­ gang des Verstärkers (A) vorgesehen ist und durch das gepulste Si­ gnal (E1) gesteuert wird, um bei Anwesenheit von den diesem Signal zugehörigen Impulsen durchlässig zu sein.

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (23), die das Schaltsignal (S) verarbeitet, einen Integrations- und Filterungsstromkreis (25) umfaßt, der eine Filte­ rung des Spannungssignals (S1) über mehrere Impulse sicherstellt, und einen Komparator (26), der das integrierte und gefilterte Signal (S3) mit einer Schwelle (Vc) vergleicht.