DE2146567C3

DE2146567C3 - Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Schaltschwelle einer Lichtschranke

Info

Publication number: DE2146567C3
Application number: DE19712146567
Authority: DE
Inventors: Juergen 7808 Waldkirch Erdmann
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1971-09-17
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE2146567B2; FR2153115A1; DE2146567A1; FR2153115B1; IT967537B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Schaltschwelle einer Lichtschranke b«i Betriebsspannungsschwankungen und entsprechenden Lichtstromänderungen einer Lichtquelle, bei welcher an einem Schaltverstärker ein Signal von einem photoelektrischen Empfänger einem Referenzsignal entgegengeschaltet ist, das sich bei Änderung der Betriebsspannung im wesentlichen im gleichen Maße ändert wie die Lampenhelligkeit.

Verstärker von Lichtschranken werten die lichtabhängige elektrische Größe von photoelektrischen Empfängern aus. Der Verstärker, meistens ein Komparator, vergleicht die elektrische Größe des photoelektrischen Empfängers mit einem Vergleichswert (Schwelle) und Steuert ein dem Verstärker nachgeschaltetes Relais entsprechend an. Im allgemeinen wird davon ausgegangen, daß die lichtelektrische Größe des photoelektrischen Empfängers durch die mehr oder weniger starke Abdunkelung des Lichtstrahls durch ein Hindernis bestimmt wird, Netzspannungsschwankungen bzw. Betriebsspannungsschwankungen der Lichtquelle bei einer solchen Lichtschranke verfälschen die Ansprechschwelle einer Lichtschranke, da der Lichtstrom der Lichtquel-Ie sich ebenfalls ändert Der Lichtstrom einer Glühfadenlampe hängt etwa nach der 3,6. Potenz von der Betriebsspannung ab. Die lichtabhängige elektrische Größe des photoelektrischen Empfängers folgt ungefähr dem Lichtstrom, ist aber außerdem stark von der spektralen Empfindlichkeit des photoelektrischen Empfängers abhängig, da bei einer Betriebsspannungsänderung der Lichtquelle sich gleichzeitig die Temperatur des Strahlers ändert
Um den störenden Einfluß der Lampenbetriebsspannungsänderung bzw. Lichtstromänderung zu umgehen, ist es bekannt, zwei Photowiderstände mit gleicher spektraler Empfindlichkeit zu verwenden. Die Teilspannung des Spannungsteilers, bestehend aus den beiden Photowiderständen, bleibt konstant, wenn der Lichtstrom für beide Photowiderstände sich um den gleichen Faktor ändert Bei dieser bekannten Anordnung wird der eine Photowiderstand direkt von der Lichtquelle beleuchtet und der andere Photowiderstand über den äußeren Stahlengang, also den Taststrahl der Lichtschranke beleuchtet. Diese Anordnung arbeitet nur dann exakt, wenn die photoelektrischen Empfänger den ohmschen Gesetzen gehorchen. Bei Photodioden und Phototransistoren ist dies nicht der Fall.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (Siemens-Zeitschrift 42 [1968J 300-301) sind ein Photowandler und ein Referenzphotowandler in einem Optikkopf vorgesehen, von denen der Photowandler in einem Autokollimationsstrahlengang über eine Meßstrecke und der Referenzphotowandler direkt von der Lichtquelle beleuchtet wird. Die beiden Photowandler sind in einer Brückenschaltung angeordnet.

Eine ähnliche Anordnung ist in »Elektrotechnik« 52 (1970), 64 — 65 beschrieben, wo durch einen zweiten photoelektrischen Wandler ein vom Lichtstrom abhängiger Bezugswert für die Schaltschwelle des Verstärkers erhalten wird. Ein von Betriebsspannungsschwankungen abhängiger Bezugswert für die Schaltwelle des Verstärkers wird bei dieser Anordnung nur indirekt über den Lichtstrom erhalten.

so Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Betriebsspannung der Lichtquelle und der Empfängerschaltung zu stabilisieren. Der Aufwand für die Stabilisierung einer relativ hohen Leistung, wie sie hier verlangt wird, ist jedoch recht hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Schaltschwelle einer Lichtschranke bei Betriebsspannungsschwankungen und entsprechenden Lichtstromänderungen einer Lichtquelle zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Referenzsignal durch eine Schaltung unmittelbar in Abhängigkeit von der Betriebsspannung nach einer an die Spannungsabhängigkeit des Lichtstroms angeglichenen Funktion veränderlich ist.

h5 Mit »unmittelbar« soll zum Ausdruck gebracht werden, daß kein zweiter photoelektrischer Empfänger vorhanden ist.

Es werden nach der Erfindung also nicht die von dem

photoelektrischen Empfanget· erhaltenen Signale an dem Schaltverstärker gegen Betriebsspannungsschwankungen stabilisiert oder konstant gehalten, sondern es wird das Referenzsignal entsprechend variiert, so daß die Lichtschranke unabhängig von Betriebsspannungsschwankungen stets bei einer definierten optischen Schwächung des auf den photoelektrischen Empfänger fallenden Lichtbündels anspricht

Es ist aber auch nicht ein zweiter, von der Lichtquelle direkt beleuchteter Photowandler als Referenzphotowandler erforderlich. Vielmehr kann die Erfindung in der Weise verwirklicht werden, daß bei Speisung von Lichtquelle und Empfängerschaltung durch eine gemeinsame Betriebsspannung der eine Eingang des Schaltverstärkers an einem Spannungsteiler mit einem photoelektrischen Glied und einem Festwiderstand liegt und der andere zur Erzeugung des Referenzsignals an dem Spannungsteiler, bestehend aus einer Zenerdiode und einem Festwiderstand, wobei die Kurve der Referenzspannung in Abhängigkeit von der Betriebsspannung die Kurve der an dem Empfängerspannungsteiler abgegriffenen lichtstromabhängigen Spannung in zwei Punkten schneidet.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß an einem Eingang des Schaltverstärkers über das photoelcktrische Glied die Lampenbetriebsspannung sowie über einen Festwiderstand eine in Abhängigkeit von der Lampenbetriebsspannung nach einer an die Spannungsabhängigkeit des Lichtstroms angepaßten Funktion veränderliche Spannung mit entgegengesetzter Polarität anliegt.

Die Erfindung ist nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert

F i g. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 ist ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 wird von einer Lampenbetriebsspannung UB eine Lichtquelle 10 gespe.st. Von de- Lichtquelle 10 fällt ein Lichtbündel über einen Umkehrreflektor 12 auf einen photoelektrischen Empfänger F. Der photoelektrische Empfänger liegt in einer Empfängerschaltung, die mit der gleichen Betriebsspannung UB gespeist wird wie die Lampe 10. Der Empfängerschaltung wird die Betriebsspannung über eine Diode Dl sowie ein ÄC-Glied, bestehend aus dem Widerstand R und dem Kondensator C, zugeführt, dessen Zeitkonstante der Zeitkonstante der Lampe 10 entspricht. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß nicht eine Fehlschaltung erfolgi, wenn die Betriebsspannung kurzzeitig sich ändert, so daß diese Änderung zwar an der Empfängerschaltung wirksam wird, aber noch nicht in dem Lichtstrom der Lampe 10, die in dieser Hinsicht mit einer gewissen Trägheit behaftet ist, in Erscheinung tritt.

Die Diode Di sorgt dafür, daß der Innenwiderstand der Lichtquelle keinen Einfluß auf die Zeitkonstante des ÄC-Gliedes ausübt

Die Empfängerschaltung enthält einen photoelektrischen Empfänger Fin Reihe mit einem Festwiderstand R1, der Punkt A zwischen diesen beiden Gliedern Fund R t ist mit einer Eingangsklemme eines Differenzverstärkers V verbunden, der als Schaltverstärker wirkt

Parallel zu dem Spannungsteiler Fund R1 liegt ein zweiter Spannungsteiler, bestehend aus einer Zenerdiode Z und einem Festwiderstand R 2. Der Punkt B zwischen der Zenerdiode Z und dem Widerstand R 2 liegt an der anderen Eingangsklemme des Verstärkers V.

Die Bauelemente und insbesondere die Zenerspannung der Zenerdiode Zsind unter Berücksichtigung der Betriebsspannung UB, der spektralen Empfindlichkeit und anderer elektrischer Größen des lichtelektrischen Wandlers und der Eigenschaften der Lichtquelle 10 so bemessen, daß die Kurve der Spannung zwischen den Punkten BundD(Fig. 1),nämlich

U=f(UB)
die Kurve Φ = ((UB)

in zwei Punkten schneidet. Liegen die Schnittpunkte z.B. bei +10% und —10% der Sollbetriebsspannung, dann wird eine ausreichende Konstanz der Schaltschwelle bei Betriebsspannungsschwankungen von + /-20% erreicht

Der Schaltverstärker V erregt bei Erreichen der Schaltschwelle ein Relais Re.

Die beschriebene Schaltung hat den Vorteil, daß mit relativ einfachen Mitteln eins konstante Schaltschwelle einer Lichtschranke zu realisieren ist, ohne einen aufwendigen Kompensationsempfänger mit den dazu gehörigen optischen Mitteln und ohne die relativ aufwendige Konstanthaltung der Betriebsspannung für die Lichtquelle.

Die an der Zenerdiode abfallende Betriebsspannung kann gleichzeitig als konstante Betriebsspannung für den Verstärker ^benutzt werden.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 liegt an einem Eingang des Verstärkers Keinmal die Betriebsspannung UB, die auch die Lampe 10 speist, über ein photoelektrisches Glied Fl an und zum anderen eine Spannung - U vn entgegengesetzter Polarität über einen Festwiderstand R 3. Die Spannung — Uist dabei in Abhängigkeit von der Betriebsspannung UB und von dem davon abhängigen Lichtstrom Φ veränderlich, und zwar nach einer an die Spannungsabhängigkeit des Lichtstromes angepaßten Funktion.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Schaltschwelle einer Lichtschranke bei Betriebsspannungsschwankungen und entsprechenden Lichtstromänderungen einer Lichtquelle, bei welcher an einem Schaltverstärker ein Signal von einem photoelektrischen Empfänger einem Referenzsignal entgegengeschaltet ist, das sich bei Änderung der Betriebsspannung im wesentlichen im gleichen Maße ändert wie die Lampenhelligkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal durch eine Schaltung (Z, R 2) unmittelbar in Abhängigkeit von der Betriebsspannung (UB) nach einer an die Spannungsabhängigkeit (Φ = ((UB) des Lichtstromes ^angeglichenen Funktion (U = !(UB)veränderlich ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung von Lichtquelle (10) und Empfängerschaltung durch eine gemeinsame Betriebsspannung (UB) der eine Eingang des Schaltverstärkers (V) an einem Spannungsteiler mit einem photoelektrischen Glied (F) und einem Festwiderstand (R 1) liegt und der andere zur Erzeugung des Referenzsignals an einem Spannungsteiler, bestehend aus einer Zenerdiode (Z) und einem Festwiderstand (R 2), wobei die Kurve der Referenzspannung in Abhängigkeit von der Betriebsspannung die Kurve der an dem Empfängerspannungsteiler abgegriffenen lichtstromabhängigen Spannung in zwei Punkten schneidet

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dii Betriebsspannung an der Empfängerschaltung über ein RC-G\\ed (RC) anliegt, dessen Zeitkonstante an die Zeiü ynstante der Lampe (10) angepaßt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (D) zwischen Lichtquelle und RC-GMed bzw. Empfängerschaltung geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Eingang des Schaltverstärkers (V)über das photoelektrische Glied (F \) die Lampenbetriebsspannung sowie über einen Festwiderstand (R 3) eine in Abhängigkeit von der Lampenbetriebsspannung nach einer an die Spannungsabhängigkeit des Lichtstromes angepaßten Funktion veränderliche Spannung (- U) mit entgegengesetzter Polarität anliegt.