DE2005858A1

DE2005858A1 - Photoelectric barrier

Info

Publication number: DE2005858A1
Application number: DE19702005858
Authority: DE
Inventors: Horst 8521 Hagenau Pntsching Ingo Dipl Phys 8520Er langen G08b 13 00 Kruger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1970-02-10
Publication date: 1971-08-26
Also published as: JPS539069B1

Description

Lichtschranke Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschranke, insbesondere zur sicherung eines Verschlusses, bei der ein von einem Sender ausgesandter Lichtstrahl, insbesondere mit infrarotem Licht, mit wenigstens einer Taktfrequenz getaktet ist und ein photoempfindliches Schaltelement, insbesondere eine Photodiode, als Empfänger vorgesehen ist.Light barrier The invention relates to a light barrier, in particular to secure a lock, in which a light beam emitted by a transmitter, in particular with infrared light, is clocked with at least one clock frequency and a photosensitive switching element, in particular a photodiode, as a receiver is provided.

Lichtschranken, die mit sichtbarem Licht arbeiten, können zur Sicherung eines Verschlusses, beispielsweise bei einem Tresor oder bei einem Gebäude, nicht benutzt werden. Gleichlichtschranken mit infrarotem Licht haben diesen Nachteil nicht. Der Sender solcher Lichtschranken enthält im allgemeinen eine Galliumarsenid--Lumineszenzdiode. Die bei solchen Gleichlichtschranken als Empfänger dienenden Photodioden können unter Umständen durch normales Licht überlistet werden. Eine Sicherheit, die etwa der eines Sicherheitsschlosses entspricht, ist deshalb auch mit einer solchen Gleichlichtschranke nicht gewährleistet.Photoelectric barriers that work with visible light can be used to secure a lock, for example in a safe or in a building to be used. Constant light barriers with infrared light have this disadvantage not. The transmitter of such light barriers generally contains a gallium arsenide light emitting diode. The photodiodes used as receivers in such constant light barriers can may be outwitted by normal light. A security that is about that corresponds to a security lock, is therefore also with such a constant light barrier not guaranteed.

Bei weiter Verbreitung von Überwa(hungssehranken mit gleicher Trägerfrequenz und nur einem Schwellwertmelder in der Auswertung ist es möglich, durch Verwendung eines zweiten Senders mit der Träerfrequen die Schranke zu iiberlisten, wenn die Trägerfrequenz des Senders und die optische Anordnung des Empfängers bekannt wird. Man kann diese Gefahr zwar durch Verwendung verschiedener Trägerfrequenzen ausschließen; diese Maßnahme ist aber mit einem erheblichen Aufwand verbunden, weil verschiedene Trägerfrequenzen auch verschiedene Typen der Lichtschranken erfordern.In the case of the widespread use of surveillance ranks with the same carrier frequency and only one threshold indicator in the evaluation is it possible by using of a second transmitter with the carrier frequency to outsmart the barrier if the The carrier frequency of the transmitter and the optical arrangement of the receiver is known. You can exclude this risk by using different carrier frequencies; However, this measure is associated with considerable effort because it is different Carrier frequencies also require different types of light barriers.

zusätzlicher Modulator 8 vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem Eingang des Senders 2 vorgegeben ist. Vom Sender 2 wird somit über die Optik 6 ein Lichtstrahl zur Empfängerseite übertragen, der die Taktfrequenz £T und die Schlüsselfrequenz fS enthält. Dieser Lichtstrahl wird über eine weitere Optik 10 und ein lichtempfindliches elektronisches Schaltelement 12, das vorzugsweise eine Photodiode sein kann, deren Empfindlichkeitsmaximum bei annähernd 0,9 pm liegt, einem Empfänger 14 vorgegeben, der in bekannter Weise aufgebaut ist und eine Demodulationestufe enthält. Am Ausgang des Empfängers 14 nach der Grenzwertmelderstufe erscheint die Schlüsselfrequenz f5, die zweckmäßig über eine Lastverstärkerstufe 16 einem Resonanzkreis 22 nach der Erfindung zugeführt werden kann. Als Resonanzkreis kann ein einfaches Resonanzfrequenzrelais vorgesehen sein, das auf die Schlüsselfrequenz fS abgestimmt ist. Wird in die Uberwachungsstrecke ein Uberlistungesender der Tastfrequenz fT eingebracht, so erscheint bei Unterbrechung der richtigen Lichtstrecke ein Dauersignal am Ausgang des Empfängers 14 und das Resonanzrelais 22 fällt ab. Dieser Abfall des Resonanzrelais kann über einen Ausgang 24 beispielsweise eine Alarmeinrichtung betätigen.additional modulator 8 is provided, the output signal of which has an input of transmitter 2 is specified. A light beam is thus emitted from the transmitter 2 via the optics 6 transmitted to the receiving end, the clock frequency £ T and the key frequency fS contains. This light beam is via a further optics 10 and a light-sensitive electronic switching element 12, which can preferably be a photodiode, whose The maximum sensitivity is approximately 0.9 pm, given to a receiver 14, which is constructed in a known manner and contains a demodulation stage. At the exit of the receiver 14 after the limit indicator stage, the key frequency appears f5, which is expediently connected to a resonance circuit 22 via a load amplifier stage 16 the invention can be supplied. A simple resonance frequency relay can be used as a resonance circuit be provided that is matched to the key frequency fS. Is in the monitoring path a trickle transmitter of the sampling frequency fT is introduced, then appears in the event of an interruption the correct light path a continuous signal at the output of the receiver 14 and that Resonance relay 22 drops out. This drop in the resonance relay can be output via an output 24 operate an alarm device, for example.

In der Anordnung nach Fig.2 wird das Ausgangssignal fS des Schlüsselfrequenzgenerators 8 sowohl dem Sender 2 als auch einem Eingang e1 einer Anordnung von elektronischen Schaltelementen 18, beispielsweise einem Exklusiv-Odergatter, vorgegeben, deren zweiter Eingang e2 die Schlüsselfrequenz f5 vom Ausgang des Empfängers 14 erhält. Dem Exklusiv-Odergatter kann das Resonanzrelais 22 zweckmäßig Uber eine elektronische Umkehrstufe 20 nachgeschaltet sein, falls dies für die Stromversorgung der elektronischen Schaltelemente der Gesamtanordnung vorteilhaft ist, beispielsweise wenn Schaltelemente einer negativen Logik verwendet werden.In the arrangement according to Figure 2, the output signal fS of the key frequency generator 8 both the transmitter 2 and an input e1 of an arrangement of electronic Switching elements 18, for example an exclusive-OR gate, specified, whose the second input e2 receives the key frequency f5 from the output of the receiver 14. The resonance relay 22 can expediently be connected to the exclusive-OR gate via an electronic Inverter 20 be connected downstream, if this is for the power supply of the electronic Switching elements of the overall arrangement is advantageous, for example when switching elements negative logic.

Der SchlU.selfrequenzgenerator 8 taktet den Sender 2 mit Impulsen, die einen Abstand TF entsprechend der Taktfrequenz und eine vorbestimmte Breite XL haben. In der Impulafolge mit der Schldsselfrequenz sind deshalb auch die Pausen fest vorgegeben.The key frequency generator 8 clocks the transmitter 2 with pulses, the a distance TF corresponding to the clock frequency and a predetermined width Have XL. The pauses are therefore also in the pulse sequence with the key frequency fixed.

Im Normalbetrieb erhält somit atch der Eingang e2 des Exklusiv--Odergatters 18 die gleiche Impulsfolge ohne Phasenverschiebung, so daß dessen Eingänge e1 und e2 zwar ein wechselndes aber stets für beide Eingänge gleiches Vorzeichen haben.In normal operation, atch receives input e2 of the exclusive OR gate 18 the same pulse train without phase shift, so that its inputs e1 and e2 have an alternating sign but always the same sign for both inputs.

Die Relaisspule des Resonanzrelais 22 soll erregt sein, solange gleichzeitig beide Eingänge e1 und e2 die Impulse L oder die Pausen 0 erhalten. Bei Einblendung eines in der Figur nicht dargestellten Uberlistungssenders in die Uberwachungsstrecke entsteht am Ausgang dss Empfängers 14 ein Dauersignal bei Unterbrechung der richtigen Lichtstrecke. Die Eingänge des Exklusiv--Odergatters erhalten somit verschiedenes Signal und das Relais 22 fällt ab.The relay coil of the resonance relay 22 should be energized as long as the same time both inputs e1 and e2 receive the impulses L or the pauses 0. When fading in a defraud transmitter, not shown in the figure, into the surveillance path a continuous signal arises at the output of the receiver 14 when the correct one is interrupted Light path. The inputs of the exclusive Oder gate thus receive different things Signal and the relay 22 drops out.

Auch wenn der genannte Uberlistungssender dem Empfänger 14 eine Impulsfolge mit dem gleichen Impulsabstand 7 , jedoch abweichender Impulsbreite 2 vorgibt, so wird die Schranke ebenfalls ansprechen, weil die Phasenstarrheit zwischen den Schlüsselfrequenzimpulsen der Senderseite und den Ausgangsimpulsen des Empfängers nicht mehr gegeben ist.Even if the said trickery transmitter sends the receiver 14 a pulse train with the same pulse spacing 7, but with a different pulse width 2, so the barrier will also respond because of the phase rigidity between the key frequency pulses the transmitter side and the output pulses of the receiver are no longer given.

Eine weitere Ausführungsform der Lichtschranke nach der Erfindung erhält man dadurch, aaß ein Schlüsselfrequenzgenerator 8 mit veränderbarer Frequenz gewählt wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß verschiedenen Lichtschranken verschiedene Schlüsselfrequenzen zugeordnet werden können. Es wird dann jeweils der Resonanzkreis 22 auf die gewählte Schlüsselfrequenz abgestimmt. Diese Schlüsselfrequenz kann geändert werden, falls die gewählte Schlüsselfrequenz einem nicht begrenzten Personenkreis bekannt geworden ist.Another embodiment of the light barrier according to the invention is obtained by using a key frequency generator 8 with a variable frequency is chosen. This version has the advantage that different light barriers different key frequencies can be assigned. It will then each the resonance circuit 22 tuned to the selected key frequency. This key frequency can be changed if the selected key frequency is not limited Group of people has become known.

Der Schlüsselfrequenzgenerator kann beispielsweise aus einem Rauschgenerator mit einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter und einem Zeitgatter für die Impulsbreite t L bestehen. Die statistisch verteilten Impulse des Rauschgenerators werden über den Tiefpaß der Zeitstufe zugeleitet, die Taktverschlüßler sein kann und unregelmäßige Impulse der Länge t L abgibt. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses erhalt man mit 1 , wenn die 2 #L Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einer Lichtschranke der genannten Art ein Verschlußsystem mit erhöhter Sicherheit aufzubauen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1566 733 bereits vorgeschlagen worden, der Photodiode auf der Empfängerseite Mittel nachzuschalten, mit denen die Koinzidenz oder die Antikoinzidenz der Frequenzen im empfangenen Signal feststellbar ist. Bei Koinzidenz ist der Verschluß entriegelt, bei Antikoinzidenz kann ein Alarmsignal ausgelöst werden.The key frequency generator can, for example, consist of a noise generator with a downstream low-pass filter and a time gate for the pulse width t L exist. The statistically distributed impulses of the noise generator are over the low-pass filter is fed to the time stage, which can be clock scrambler and irregular Emits pulses of length t L. The cutoff frequency of the low pass is obtained with 1 when the 2 #L The invention is based on the object with a Light barrier of the type mentioned to build a locking system with increased security. To solve this problem is in the German Offenlegungsschrift 1566 733 already it has been proposed to connect means downstream of the photodiode on the receiver side, with which the coincidence or the anticoincidence of the frequencies in the received signal is detectable. In the event of coincidence, the lock is unlocked, in the event of anticoincidence an alarm signal can be triggered.

Da Lumineszenzdioden definiert taktbar sind, ist der Bereich, aus dem die Taktfrequenz ausgewählt werden kann, nahezu beliebig und die Möglichkeit, die gewählten Frequenzen zufällig aufzufinden, praktisch ausgeschlossen. Die Überwachungssicherheit eines Verschlußsystems, das eine derartige Lichtschranke enthält, ist deshalb sehr groß. Durch die Beschränkung auf nur zwei Frequenzen, nämlich die Taktfrequenz und eine Schlüsselfrequenz, erhält man eine einfache und wirtschaftliche Ausführungsform der Lichtschranke mit einem hohen Sicherheitsgrad.Since luminescence diodes can be clocked in a defined manner, the area is off which the clock frequency can be selected, almost arbitrarily and the possibility of Finding the selected frequencies by chance is practically impossible. The surveillance security a shutter system that includes such a light barrier is therefore very great. Due to the restriction to only two frequencies, namely the clock frequency and a key frequency, a simple and economical embodiment is obtained the light barrier with a high level of security.

Dabei wird das von der Lumineszenzdiode ausgesandte Licht mit einer Taktfrequenz fT und einer Schlüsselfrequenz fS getaktet, wobei fT> fS ist. Die Photodiode kann in der bekannten Anordnung im Eingangskreis eines breitbandigen Selektivverstärkers angeordnet sein, dessen Bandbreite mindestens die Frequenz fT+fS und fT'fS umfaßt. Dem Ausgang des Verstärkers ist ein Demodulator nachgeschaltet, dessen Ausgang über einen schmalbandigen Selektivverstärker für die Frequenz fS einem ersten Eingang und Uber ein Glättungsglied einem zweiten Eingang eines Gatters zugeführt ist. Der schmalbandige Verstärker für die Schlüsselfrequenz kann ein Resonanzrelais sein. Vom Gatter wird bei Koinzidenz der Signale in den beiden Eingängen des Gattere mit einem Signal in einem ersten Ausgang der Verschluß entriegelt und bei Antikoinzidenz mit einem Signal in einem zweiten Ausgang ein Alarmsignal ausgelöst. In der bekannten Anordnung kann als Taktfrequenz 400 kHz gewählt werden. Die Schltlsselfrequenz kann voraugsweise weniger al 1/4 der Taktfrequenz betragen.The light emitted by the luminescent diode is thereby emitted with a Clock frequency fT and a key frequency fS clocked, where fT> fS. the Photodiode can in the known arrangement in the input circuit of a broadband Selective amplifier be arranged, the bandwidth of which is at least the frequency fT + fS and fT'fS includes. A demodulator is connected downstream of the output of the amplifier, its output via a narrowband selective amplifier for the frequency fS a first input and, via a smoothing element, a second input of a gate is fed. The narrow-band amplifier for the key frequency can be a resonance relay be. If the signals coincide with the two inputs of the gate, the gate the lock is unlocked with a signal in a first output and in the event of an anticoincidence triggered an alarm signal with a signal in a second output. In the well-known Arrangement can be selected as a clock frequency of 400 kHz. The key frequency can preferably less than 1/4 of the clock frequency.

In der bekannten nord iskt sur Überlageruez der Schlüsselfrequens mit der Taktfrequens eine entsprechende Ausgestaltung des Frequenzgebers vorgesehen. Auf der Senderseite ist eine Aufteilung des Signals in mehrere Kanäle mit Geräten erforderlich, die in bekannten Anlagen nicht enthalten sind. Es ist deshalb nicht möglich, vorhandene Lichtschranken mit einer zusätzlichen Schlüsselfrequenz zu versehen und die Frequenzen von der Empfängerseite zu überwachen. Die Maßnahmen nach dem bekannten Vorschlag bedingen somit eine größere Anderung der üblichen Ubtrwachungsschranken und damit verschiedene Typen.In the well-known north iskt sur Überlageruez the key frequency with the clock frequency a corresponding configuration of the frequency generator intended. On the transmitter side, the signal is divided into several channels required with devices that are not included in known systems. It is therefore not possible, existing light barriers with an additional key frequency to provide and to monitor the frequencies from the receiving end. The measures according to the known proposal thus require a major change in the usual monitoring barriers and thus different types.

Diese Nachteile können erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß auf der Senderseite ein Schlüsselfrequenzgenerator als zusätzlicher Modulator vorgesehen ist, dessen Schlüsselfrequenz der Taktfrequenz des Lichtsenders überlagert ist. Dem Empfänger ist ein auf die Schlüsselfrequenz abgestimmter Resonanzkreis nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal zur Betätigung einer Signaleinrichtung vorgesehen ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Sender und Empfänger der üblichen Lichtschranken nicht wesentlich geändert werden müssen, und daß beispielsweise bei steckbarer Ausbildung des Schlsselfrequenzgenerators und des Resonanzkreises eine individuelle Anpassung vorgenommen werden kann. Lichtschranken gleichen Bautyps sind dann durch verschiedene Schlsselfrequenzen gegeneinander verriegelt.These disadvantages can be avoided according to the invention in that A key frequency generator is provided as an additional modulator on the transmitter side whose key frequency is superimposed on the clock frequency of the light transmitter. A resonance circuit tuned to the key frequency is connected downstream of the receiver, whose output signal is provided for actuating a signaling device. These Arrangement has the advantage that the transmitter and receiver of the usual light barriers do not have to be changed significantly, and that for example with pluggable training the key frequency generator and the resonance circuit an individual adjustment can be made. Photoelectric barriers of the same type are then through different ones Key frequencies locked against each other.

Zwei Ausführungsbeispiele von Lichtschranken nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch veranschaulicht. Fig.1 zeigt ein Blockschaltbild einer Lichtschranke mit einem Resonanzrelais auf der Empfängerseite. In Fig.2 ist eine weitere Ausgestaltung der Anordnung nach Fig.1 dargestellt.Two embodiments of light barriers according to the invention are illustrated schematically in the drawing. Fig.1 shows a block diagram of a Light barrier with a resonance relay on the receiver side. In Fig.2 is a Another embodiment of the arrangement shown in Figure 1.

Nach Fig.1 ist auf der Senderseite ein Lichtsender 2 mit einer Lumineszenzdiode 4 und einer nachgeschalteten Optik 6 vorgesehen. Die Lumineszenzdiode 4 kann beispielsweise eine Galliumarsenid-Diode sein, die einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von etwa O,9,wn abgibt. Diese Grundfrequenz des Lichtstrahls wird mit einer Taktfrequenz fT von beispielsweise 400 kHz getaktet. Die Stromversorgung des Hochfrequenzsenders 2 wird nach der Erfindung mit einer Schlüsselfrequenz fS getaktet, die vorzugsweise wesentlich kleiner als die Taktfrequenz des Senders 2 sein soll. Zur Vorgabe der SchlUsselfrequenz fS ist ein Ladezeit der Zeitstufe annähernd gleich der Impulslänge T L ist. Durch die nachgeschaltete Zeitstufe wird das Impuls-Pausenverhältnis eingestellt. Anstelle des Rauschgenerators kann beispielsweise auch ein Oszillator mit veränderbarer Frequenz vorgesehen sein.According to Figure 1, a light transmitter 2 with a light emitting diode is on the transmitter side 4 and a downstream optics 6 are provided. The light emitting diode 4 can, for example be a gallium arsenide diode that emits a light beam with a wavelength of about 0.9 wn gives off. This fundamental frequency of the light beam is with a clock frequency fT clocked by, for example, 400 kHz. The power supply of the high frequency transmitter 2 is clocked according to the invention with a key frequency fS, which is preferably should be much smaller than the clock frequency of the transmitter 2. To specify the Key frequency fS is a The charging time of the timer is almost the same is the pulse length T L. The pulse-pause ratio is determined by the downstream timer set. Instead of the noise generator, it is also possible, for example, to use an oscillator be provided with a variable frequency.

Falls die Lichtschranke mit sichtbarem Licht einer Wellenlänge von beispielsweise 0,4 Sm arbeitet, so kann auch eine Lumineszenzdiode mit einem Galliumphosphid-Halbleiterkörper vorgesehen sein Es ist nicht erforderlich, daß die Schlüsselfrequenz jeweils einen fehlenden Impuls in der Impulsfolge der Taktfrequenz zur Folge hat. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, wenn die Schlüsselfrequenz jeweils in einem vorgegebenen Abstand der Impulsfolge mit der Taktfrequenz einen Impuls nur in seiner Amplitude verändert. Es kann von dem genannten Impuls noch ein Restträger verbleiben, der beispielsweise etwa 15% betragen kann.If the light barrier with visible light with a wavelength of for example 0.4 Sm works, a light emitting diode with a gallium phosphide semiconductor body can also be used It is not necessary that the key frequency is one missing pulse in the pulse train of the clock frequency. In certain circumstances it can be useful if the key frequency is in each case in a predetermined Distance of the pulse train with the clock frequency a pulse only in its amplitude changes. A residual carrier may still remain from the said pulse, the for example about 15%.

4 Patentansprüche 2 Figuren4 claims 2 figures

Claims

Claims. Light barrier in which a. Emitted by a transmitter Light beam is clocked with at least one clock frequency and a photosensitive Switching element is provided as a receiver, characterized in that on the A key frequency generator (8) is provided on the transmitter side as an additional modulator whose key frequency (fs) is superimposed on the clock frequency (of the light transmitter (2) and that the receiver (14) has a resonant circuit tuned to the key frequency (fs) (22) is connected downstream, the output signal for actuating a lock and / or a signaling device is provided.

2. Light barrier according to claim 1, characterized in that the An exclusive OR gate (18) is connected upstream of the resonance circuit, one input of which is connected (e1) the output signal of the key frequency generator (8) and its second input (e2) the key frequency f5 of the receiving end is specified.

3. Light barrier according to claims 1 or 2, characterized in that that a key frequency generator (8) is provided with a variable frequency.

4. Light barrier according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the key frequency generator (8) has a noise generator with a downstream Contains Tlefpassfilter and a time gate.

L e r s e i t e