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Die
Erfindung betrifft einen Lichtvorhang gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
derartiger Lichtvorhang in Form einer mehrstrahligen Einweglichtschranke
ist aus der
DE 39 39
191 A1 bekannt. Die Lichtstrahlen emittierenden Sender
dieses Lichtvorhangs sind in einer Sendereinheit angeordnet, die
insbesondere in einem ersten Gehäuse integriert ist. Die
Lichtstrahlen empfangenden Empfänger dieses Lichtvorhangs
sind in einer Empfangereinheit angeordnet, die insbesondere in einem
zweiten Gehäuse integriert ist. Jeweils ein Sender und
ein Empfänger bilden eine Lichtschranke und arbeiten derart
zusammen, dass die Lichtstrahlen des Senders bei freiem Überwachungsbereich
auf den zugeordneten Empfänger geführt sind. Eine
Objekterkennung erfolgt in einer den Empfängern zugeordneten
Auswerteeinheit dadurch, dass die Unterbrechung der Lichtstrahlen
wenigstens einer der Lichtschranken registriert wird.
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Die
Sender und Empfänger der einzelnen Lichtschranken werden
zyklisch einzeln nacheinander aktiviert. Hierzu ist in der Sendereinheit
ein erstes elektronisches Schaltwerk mit Schieberegistern vorgesehen,
mittels dessen die Sender einzeln nacheinander aktiviert werden.
Weiterhin ist in der Empfängereinheit ein zweites, entsprechendes
elektronisches Schaltwerk integriert, mittels dessen die Empfänger
einzeln nacheinander aktiviert werden. Die Senderaktivierung und
die Empfängeraktivierung wird auf optischem Weg synchronisiert.
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Durch
diese Maßnahmen wird insoweit ein störsicherer
Betrieb des Lichtvorhangs erhalten, dass eine eindeutige Zuordnung
der Sender zu den jeweils zugeordneten Empfängern gegeben
ist.
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Jedoch
wird die Störsicherheit derartiger Lichtvorhänge
weiterhin dadurch beeinflusst, dass den Nutzsignalen in den Empfängern
Störanteile durch Signalrauschen und dergleichen überlagert sind.
Weiterhin können unerwünschte Störungen
bei Applikationen mit Mehrfachanordnungen von Lichtvorhängen
auftreten, wenn Lichtstrahlen eines Lichtvorhangs auf Empfänger
eines anderen Lichtvorhangs treffen und dort zu Fehlschaltungen
führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem
Konstruktions- und Kostenaufwand die Störsicherheit eines
Lichtvorhangs der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1
vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Der
erfindungsgemäße Lichtvorhang dient zur Erfassung
von Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst eine
eine Anzahl von Lichtstrahlen emittierenden Sendern aufweisende Sendereinheit
und eine eine Anzahl von Lichtstrahlen empfangenden Empfängern
aufweisende Empfängereinheit. Jeweils ein Sender und ein
Empfänger bilden eine Strahlachse derart, dass bei freiem Überwachungsbereich
die Lichtstrahlen des Senders einer Strahlachse auf den Empfänger
der jeweiligen Strahlachse geführt sind. Die Empfängereinheit
weist einen Synchrondemodulator auf, auf welchen die Empfangssignale
der Empfänger geführt sind. Die Ausgangssignale
des Synchrondemodulators sind einer Auswerteeinheit zur Generierung
eines Objektfeststellungssignals zugeführt.
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Durch
den Einsatz des Synchrondemodulators sowie spezieller übertragener
Codes können aus den Empfangssignalen der Empfänger
Nutzsignalanteile effizient herausgefiltert werden und Störsignalanteile
eliminiert werden, wodurch eine signifikante Erhöhung des
Signalrauschabstands erreicht wird. Damit wird eine erhöhte
Störsicherheit des erfindungsgemäßen
Lichtvorhangs erhalten. Dementsprechend kann gegenüber
herkömmlichen Lichtvorhängen die Reichweite des
erfindungsgemäßen Lichtvorhangs, das heißt
der maximal mögliche Abstand zwischen Sendereinheit und
Empfängereinheit, erhöht werden. Alternativ kann
bei gleicher Reichweite die Sendeleistung der Sender gegenüber herkömmlichen
Lichtvorhängen reduziert werden, das heißt es
können weniger hochwertige und damit kostengünstigere
Sender eingesetzt werden, wodurch sich ein erheblicher Kostenvorteil
ergibt.
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Da
für sämtliche Empfänger nur ein Synchrondemodulator
benötigt wird, kann der konstruktive Aufwand für
den erfindungsgemäßen Lichtvorhang gering gehalten
werden. Dies wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass die Sender
und Empfänger der einzelnen Strahlachsen zyklisch einzeln
nacheinander aktiviert werden. Dabei wird durch eine optische Synchronisierung
des Lichtvorhangs erreicht, dass immer der Sender und Empfänger
einer Strahlachse gleichzeitig aktiviert werden. Durch die Einzelaktivierung
der Empfänger können dessen Empfangssignale einzeln
nacheinander dem Synchrondemodulator zugeführt werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Lichtvorhang wird den Lichtstrahlen
aller Sender dasselbe Trägersignal, vorzugsweise in Form
einer bestimmten Trägerfrequenz aufgeprägt. Zudem
werden den Lichtstrahlen der Sender als Übertragungssignale
Codes aufgeprägt und die in den Empfängern angekommenen
Signale mit einer Erwartungshaltung entsprechend des jeweiligen
Codes korreliert. Vorteilhaft wird den Lichtstrahlen des Senders
einer ersten Strahlachse ein erster Code aufgeprägt, der
sich von einem zweiten Code, der den Lichtstrahlen der Sender aller
anderen Strahlachsen aufgeprägt unterscheidet. Damit kann
die erste Strahlachse zur optischen Synchronisierung des Lichtvorhangs
genutzt werden.
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In
dem Synchrondemodulator erfolgt einerseits die Rückgewinnung
des Trägersignals aus den Empfangssignalen der einzelnen
Empfänger. Andererseits erfolgt im Synchrondemodulator
eine Demodulation der Empfangssignale. In der Auswerteeinheit erfolgt
die Dekodierung und Auswertung der übertragenen Codes,
wobei dort ein Vergleich, das heißt eine Korrelation mit
vorgegebenen Erwartungshaltungen vorgenommen wird.
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Da
den Lichtstrahlen aller Strahlachsen dieselbe Trägerfrequenz
als Trägersignal aufgeprägt ist, kann die Rückgewinnung
des Trägersignals im Synchrondemodulator fortlaufend für
die Empfangssignale aller Empfänger erfolgen, ohne dass
hierzu eine Anpassung oder Änderung im Synchrondemodulator erfolgen
muss. Dies bedeutet, dass die Rückgewinnung des Trägersignals
aus den Empfangssignalen aller Empfänger ohne zusätzliche
Totzeiten möglich ist.
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Eine
unerwünschte gegenseitige Beeinflussung unterschiedlicher,
gegebenenfalls dicht nebeneinander stehender Lichtvorhänge
kann bereits dadurch vermieden werden, dass für die unterschiedlichen
Lichtvorhänge mit verschiedenen Trägersignalen
gearbeitet wird. Die Trägersignale können hierzu in
einer Betriebsartenauswahl für einen Lichtvorhang individuell
initialisiert werden. Weiterhin kann die Gefahr gegenseitiger Beeinflussungen
von Lichtvorhängen dadurch reduziert werden, dass für
die einzelnen Lichtvorhänge unterschiedliche Codes verwendet werden,
die dem Lichtstrahlen dieser Lichtvorhänge aufgeprägt
werden.
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Der
erfindungsgemäße Lichtvorhang ist bevorzugt als
Sicherheitslichtvorhang ausgebildet, der im Bereich der Sicherheitstechnik,
insbesondere im Bereich des Personenschutzes eingesetzt wird. Zur Erfindung
der hierbei geltenden Sicherheitsanforderungen weist der erfindungsgemäße
Lichtvorhang hierzu einen fehlersicheren Aufbau auf.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1:
Blockschaltbild eines Lichtvorhangs mit einem Synchrondemodulator.
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2:
Variante eines Synchrondemodulators für den Lichtvorhang
gemäß 1.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Lichtvorhangs 1 zur Erfassung
von Objekten in einem Überwachungsbereich. Der Lichtvorhang 1 weist eine
Sendereinheit 2 mit einer Reihenanordnung von Lichtstrahlen 3 emittierenden
Sendern 4 auf. Die Sendereinheit 2 ist in einem
ersten nicht dargestellten Gehäuse integriert. Die Sender 4 sind
identisch ausgebildet und bestehen aus Leuchtdioden oder dergleichen.
Der Lichtvorhang 1 weist weiterhin eine Empfängereinheit 5 mit
einer Reihenanordnung von Lichtstrahlen 3 empfangenden
Empfängern 6 auf. Die Empfangereinheit 5 ist
in einem zweiten, nicht dargestellten Gehäuse integriert
und ist Bestandteil des Lichtvorhangs 1. Die Empfänger 6 sind
identisch ausgebildet und bestehen aus Photodioden oder dergleichen.
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Die
beiden Gehäuse der Sendereinheit 3 und Empfängereinheit 5 sind
an gegenüberliegenden Rändern des Überwachungsbereichs
angeordnet. Bei freiem Überwachungsbereich durchsetzen
die Lichtstrahlen 3 jedes Senders 4 ungehindert
den Überwachungsbereich und treffen dann auf einen zugeordneten
Empfänger 6 und bilden so jeweils eine Strahlachse
des Lichtvorhangs 1. Der Lichtvorhang 1 gemäß 1 weist
fünf Strahlachsen auf. Generell kann der Lichtvorhang 1 auch
eine andere Anzahl von Strahlachsen aufweisen.
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In
der Empfängereinheit 5 erfolgt eine Objekterfassung
derart, dass geprüft wird, ob wenigstens eine der Strahlachsen
unterbrochen ist. In Abhängigkeit dieser Überprüfung
wird in der Empfängereinheit 5 ein Objektfeststellungssignal
generiert. Das Objektfeststellungssignal ist im vorliegenden Fall
als binäres Schaltsignal ausgebildet, welches zwei Schaltzustände
aufweist. Das Schaltsignal nimmt einen ersten Schaltzustand „freier Überwachungsbereich"
ein, wenn kein Objekt im Überwachungsbereich vorliegt,
das heißt wenn die Lichtstrahlen 3 aller Strahlachsen
ungehindert auf die zugeordneten Empfänger 6 treffen.
Das Schaltsignal nimmt den zweiten Schaltzustand „Objekt
erkannt" ein, wenn wenigstens eine unterbrochene Strahlachse registriert
wird.
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Der
Lichtvorhang 1 ist bevorzugt als Sicherheitslichtvorhang
ausgebildet, der im Bereich der Sicherheitstechnik, insbesondere
im Bereich des Personenschutzes eingesetzt wird. Hierzu weist der Lichtvorhang 1 einen
fehlersicheren Aufbau auf.
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Die
Sendereinheit 2 weist eine Sendersteuerung auf, mittels
derer die Sender 4 einzeln nacheinander aktiviert werden
und dann kodierte Lichtstrahlen 3 emittieren. Zur zyklischen
Einzelaktivierung der Sender 4 weist die Sendersteuerung
ein Ringschieberegister 7 auf. Weiterhin umfasst die Sendersteuerung
einen Codegenerator 8 und eine Trägersignalerzeugung 9 auf.
Deren Ausgänge sind auf einen Multiplizierer 10 geführt.
Der Ausgang des Multiplizierers 10 ist auf das Ringschieberegister 7 geführt.
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Die
Trägersignalerzeugung 9 ist von einem Frequenzgenerator
oder dergleichen gebildet, mit welchem als Trägersignal
eine Trägerfrequenz generiert wird, die den Lichtstrahlen 3 aller
Strahlachsen aufgeprägt wird. Mit dem Codegenerator 8 werden den
Lichtstrahlen 3 der einzelnen Strahlachsen Codes als Übertragungssignal
aufgeprägt. Der Codegenerator 8 kann von einem
Microcontroller oder dergleichen gebildet sein. Ebenso kann auch
die Funktion der Trägersignalerzeugung 9 als auch
der des Multiplizierers 10 von dem oder mehreren Microcontrollern übernommen
werden. Die Übertragungssignale werden den Lichtstrahlen 3 in
Form von Phasen- und/oder Frequenz- und/oder Amplitudenmodulationen
aufmoduliert. Diese Aufmodulation erfolgt insbesondere in Form einer
binären Phasenmodulation. Hierzu wird beispielsweise ein
binäres PSK (phase shift keying) Verfahren angewandt. Alternativ
kann ein binäres FSK (frequency shift keying) Verfahren angewendet
werden. Dabei können die die Übertragungssignale
bildenden Codes als MLS-Sequenzen, Gold-Codes, Kasami-codes ausgebildet
sein.
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Prinzipiell
können für sämtliche Strahlachsen unterschiedliche
Codes verwendet werden. Im vorliegenden Fall werden jedoch nur zwei
verschiedene Codes verwendet. Dabei ist den Lichtstrahlen 3 einer ersten
Strahlachse der erste Code aufgeprägt, während
den Lichtstrahlen 3 aller weiteren Strahlachsen der zweite
Code aufgeprägt ist. Da durch den individuellen ersten
Code empfangsseitig die erste Strahlachse eindeutig von den anderen
Strahlachsen unterschieden werden kann, kann diese für
eine optische Synchronisierung des Lichtvorhangs 1 verwendet
werden. Durch die optische Synchronisierung ist gewährleistet,
dass die Sender 4 und Empfänger 6 der
Strahlachsen einzeln zyklisch nacheinander aktiviert werden.
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In
der Empfängereinheit 5 werden die Empfangssignale
an den Ausgängen der Empfänger 6 jeweils
in einen Vorverstärker 11 verstärkt.
Die so vorverstärkten Empfangssignale aller Empfänger 6 werden
auf ein weiteres Ringschieberegister 12 geführt.
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Da
die Sender 4 über das sendeseitige Ringschieberegister 7 einzeln
nacheinander aktiviert werden, werden die Lichtstrahlen 3 dieser
Sender 4 in den einzelnen Empfängern 6 entsprechend
zeitversetzt registriert. Entsprechend weisen auch die Empfangssignale
der Empfänger 6 diese Zeitversätze auf.
Damit können in der Empfängereinheit 5 die Empfangssignale
der Empfänger 6 mittels des Ringschieberegister 12 einzeln
nacheinander über ein Bandpassfilter 13 einem
Synchrondemodulator 14 zugeführt werden, welche
zur Erhöhung der Störfestigkeit des Lichtvorhangs 1 dienen.
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Der
Ausgang des Synchrondemodulators 14 ist auf eine Auswerteeinheit 15 geführt,
in welcher aus den Empfangssignalen das Objektfeststellungssignal
generiert wird. Zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen
für den Einsatz des Lichtvorhangs 1 im Bereich
der Sicherheitstechnik weist die Auswerteeinheit 15 einen
redundanten und damit fehlersicheren Aufbau auf. Hierzu kann die
Auswerteeinheit 15 vorzugsweise von zwei sich zyklisch
gegenseitig überwachenden Rechnereinheiten gebildet sein.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform weist
der Synchrondemodulator 14 eine Trägersignalrückgewinnung 16 auf,
die beispielsweise von einer PLL-(phase-locked loop) Einheit gebildet
ist. Zudem weist der Synchrondemodulator 14 einen Demodulator
auf, der von einem Multiplizierer 17 gebildet ist. Schließlich
weist der Synchrondemodulator 14 einen Integrator 18 mit
einer integrierten Schwellwerteinheit auf.
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In
der Trägersignalrückgewinnung 16 wird aus
den Empfangssignalen der Empfänger 6 das Trägersignal,
das heißt die Trägerfrequenz rückgewonnen.
Da die Lichtstrahlen 3 aller Strahlachsen mit derselben
Trägerfrequenz moduliert sind, das heißt dasselbe
Trägersignal aufweisen, kann die Trägersignalrückgewinnung 16 ohne
Anpassungen oder Veränderungen für die Empfangssignale
aller Empfänger 6 das Trägersignal rückgewinnen.
Dieses Trägersignal (in 1 mit ft bezeichnet) wird ebenso wie die Empfangssignale
der Empfänger 6 (in 1 mit fs bezeichnet) dem Demodulator zugeführt.
Die im Demodulator demodulierten Empfangssignale werden dann im
Integrator 18 aufintegriert und dann mit der Schwellwerteinheit
bewertet. Die Integrationszeit entspricht dabei der Symboldauer,
das heißt der Länge eines Bits eines Codes. Nach
der Demodulation im Demodulator erfolgt in der Auswerteeinheit 15 die Dekodierung,
das heißt die Rekonstruktion der Codes der einzelnen Empfangssignale.
Zur anschließenden Generierung des Objektfeststellungssignals werden
in der Auswerteeinheit 15 die dekodierten Codes mit vorgegebenen
Erwartungshaltungen verglichen, das heißt korreliert.
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Durch
den Bandpassfilter 13 und insbesondere durch den Synchrondemodulator 14 werden
die in den Empfangssignalen entfallenen Nutzsignalanteile her ausgefiltert
und die Störsignalanteile reduziert beziehungsweise eliminiert,
wodurch die Störfestigkeit des Lichtvorhangs 1 erhöht
wird.
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Zudem
können gegenseitige Beeinflussungen mehrerer Lichtvorhänge 1 dadurch
vermieden werden, dass für die Lichtstrahlen 3 der
Strahlachsen verschiedener Lichtvorhänge 1 verschiedene
Trägersignale und gegebenenfalls auch verschiedene Codes
verwendet werden.
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2 zeigt
eine Variante des Synchrondemodulators 14 für
den Lichtvorhang 1 gemäß 1. Analog
zum Synchrondemodulator 14 gemäß 1 weist
auch der Synchrondemodulator 14 einen Integrator 18 mit
integrierter Schwellwerteinheit auf. Der Demodulator des Synchrondemodulators 15 gemäß 2 ist
jedoch nicht von einem Multiplizierer, sondern von einem Lock-in-Verstärker 19 gebildet.
Der Lock-in-Verstärker 19 bildet einen getakteten
Gleichrichter. Die Gleichrichterfunktion wird durch zwei parallel
geschaltete Schalter 20, 21 erzielt, wobei einem der
Schalter 20 ein Inverter 22 vorgeordnet ist. Anstelle
der Trägersignalrückgewinnung 16 gemäß 1 weist
der Synchronmodulator 14 gemäß 2 einen
trägerfrequenzsynchronisierten Codegenerator 23 auf,
wobei mit den zur Trägerfrequenz synchronisierten Codes
(fc) die Schalter 21, 22 angesteuert werden.
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- 1
- Lichtvorhang
- 2
- Sendereinheit
- 3
- Lichtstrahlen
- 4
- Sender
- 5
- Empfängereinheit
- 6
- Empfänger
- 7
- Ringschieberegister
- 8
- Codegenerator
- 9
- Trägersignalerzeugung
- 10
- Multiplizierer
- 11
- Vorverstärker
- 12
- Ringschieberegister
- 13
- Bandpassfilter
- 14
- Synchrondemodulator
- 15
- Auswerteeinheit
- 16
- Trägersignalrückgewinnung
- 17
- Multiplizierer
- 18
- Integrator
- 19
- Lock-in-Verstärker
- 20
- Schalter
- 21
- Schalter
- 22
- Inverter
- 23
- trägerfrequenzsynchronisierter
Codegenerator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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