DE2204093B2 - Vorrichtung zur Anwesenheitsermittlung von zumindest eine Lichtschwächung eines von einer Lumineszenzdiode ausgehenden modulierten Lichtbündels hervorrufenden Gegenständen - Google Patents

Description

daß die Impulse deir kleineren Impulsdauer eine d_aß gleichzeitig die: Impulsdauer optischer Stör-

solche Phasenlage besitzen, daß sie innerhalb der signale einen bestimmten Wert nicht unterschreitet,

Impulsbreite der von der Lumineszenzdiode aus- d_er fQ_r eine Einrahmung der Bezugsimpulse erfor-

gesandttn Impulse liege«,. _3O derlich ist.

2. Vorrichtung nach A ispruch 1, dadurch ge- Durch diese Ausbildung wird es möglich, an der zeichnet, daß die elektrische Schaltung (19, 20, 21, Koinzidenzschaltung ein Gleichstromausgangssignal 22, 23) eine zwei Eingänge aufweisende Sub- ₀₍j_{cr e}j_n Fehlen eines solchen abhängig davon zu traktionsschaltung (22) umfaßt, die über Impuls- erhalten, ob in der Koinzidenzschaltung eine Überformerstufen (3, 4, 5, 6; 19, 20, 21) jeweils mit ₃₅ lagerung der Impulse mit Einrahmung des Bezugsdnem Ausgang der Impwlsquelli; verbunden ist. impulses durch den vom pk-jtoelektrischen Empfän-

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 _gcr kommenden Impuls erfolgt oder nicht.

oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schal- " ßei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine tung zur Erzeugung der elektrischen Impuls·; zur überlagerung der zwei Impulse mit Einrahmung nur Speisung der Elektrolumineszenzdiode (1) eine _{40 dann} auftreten, wenn der empfangene Impuls — Verzögerungseinrichtung (8) für die Einergiever- mittels des ausgesandten und reflektierten Lichtsorgung des Verstärkers aufweist, welche der bündeis — von dem Bezugsimpuls ordnungsgemäß Elektrolumineszenzdiode vorgeschaltet ist. abgeleitet ist. Es ist völlig ausgeschlossen, daß ein

empfangener Störimpuls, selbst während einer Dauer,

45 die einen einzigen Impuls überdeckt, solche Eigen-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem schäften aufweist (Phase, Dauer, Frequenz), daß er Oberbegriff des Anspruches 1. als ein Impuls akzeptiert wird, der von einer Re-

Es sind bereits Wechsellichtschranken bekannt, in flexion des ausgesandten Impulses herrührt,
denen ais Lichtsender eine Lumineszenzdiode ver- Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Er-

Wendet wird, wobei die Ausgangssignale der Licht- 50 findung umfaßt die elektrische Schaltung eine zwei ichranke zur Betätigung, von Meßorganen verwendet Eingänge aufweisende Subtraktiorisschaltung, die iverden (Siemens-Zeitschrift 42, 1968, Heft 4, über Impulsformerstufen jeweils mit einem Ausgang Seiten 300 — 302). der Impulsquelle verbunden ist.

Es ist ferner bekannt, die Lumineszenzdiode mit Zweckmäßig weist die Schaltung zur Erzeugung

tiner Rechteckimpuisquelle zu speisen, die ferner 55 der elektrischen Impulse zur Speisung der Elekiro-Bezugsimpulse liefert, welche zusammen mit den lumineszenzdiode eine Verzögerungseinrichtung für Ausgaiigssignalen eines pliotoelektrischeri Empfän- die Energieversorgung des Verstärkers auf, welche gers an eine phasenemplindliche Koinzidenzschaltung der Elektrolumineszenzdiode vorgeschaltet ist.
gelangen, die bei Überschreiten einer bestimmten Man hat nämlich festgestellt, daß nach dem an-

Phasendifferenz zwischen den Impulsen des photo- 60 fänglichen Einschalten der Spannung starke elektrielektrischen Empfängers und den Bezugsimpulsen sehe Belastungen auftreten: einerseits ist die Impulseinen Alarm auslöst (britische Patentschrift 1 082 973). quelle (im allgemeinen ein Multivibrator) noch nicht Dabei wurden als Lumineszenzdiode!! bereits in den Gleichgewichtszustand gelangt und es werden Galliumarseniddioden verwendet. Derartige Dioden oft Impulse erzeugt, die wesentlich langer sind als arbeiten mit einem pn-Überzmg und emittieren in 65 im Dauerbetrieb, so daß auf die Lumineszenzdiode einem verhältnismäßig schmalen Band eine Licht- eine wesentlich höhere Energie übertragen wird, als strahlung, deren Wellenlänge bei 9300 Angstrom sie ohne Schaden aufnehmen kann. Dieses Risiko liegt, wobei es sich um eine unsichtbare Strahlung wird vermieden durch die Verzögerungseinrichtung,

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welche durch ihr Einwirken auf die letzte VersiarkerslnfL· unmittelbar vor der Diode in einigen Mikrosekunden ermöglicht, daß die elektrischen Bauteile ihren normalen Betriebspunkt erreichen.

Die Erfindung wild nachfolgend an Hand der Figuren beschrieben; in diesen zeigen:

Fig. I eine schematische Gesamtansicht eines Ausführungsbcispieles der Vorrichtung zur Anwesenheitsermittlung,

Fig. 2 eine schematische Teilansichl der Schutzvorrichtung der Elektrolumineszenzdiode,

F i g. 3 eine schematische Ansicht der Koinzidenzschaltung zum Vergleich des empfangenen Signals mit einem Bezugssignal und

F i g. 4 eine Folge von elektrischen Impulsdiagrammen als Funktion der Zeit.

Gemäß Fig. 1 wird eine Elektrolumineszenzdiode 1 durch elektrische Impulse gespeist, welche von einer Impulsquelle 2 erzeugt werden.

Die Impulsquelle 2 liefert Rectitecksimpulse u (Diagramm A, Fig. 4), mit der Amplitude/, der Dauer 7' und der Periode T-; an die Impulsquelle 2 schließt sich eine Impulsformerstufe an. welche einen Polaritätsinvertcr 3 aufweist, der die Impulse/; (Diagramm B. Fig. 4), ausgehend von (Jen Impulsen«, direkt in Positivimpulse umformt, sowie eine Schaltung 4, weiche die Rechteckimpulse/) in Impulse c in Form von Spitzen umformt, deren Dauer beispielsweise 20 Mikrosekunden beträgt (Diagramm C. F i g. 4) und eine Schaltung 5, welche, ausgehend von Impulsen <:, wieder Rechtcckimpulsc d herstellt, die eine negative Polarität aufweisen und zeitlich genau kalibriert sind, sowie eine Polaritätsinvcrterschaltung 6. welche die negativen Impulse rf in positive Impulse e umformt. Die Impulse gelangen an einen Leistungsverstärker 7. der durch eine Verzögerungseinrichtung 8 gesteuert wird, die nachfolgend im Detail beschrieben isl und die einen Schutz der Elektrolumineszenzdiode I bildet.

F.s. ist ersichtlich, daß die Elektrolumineszenzdiode dauernd einen kontinuierlichen Impulszug wie e empfang!, der folgende Daten aufweisen kann:
Dauer: 20 Mikrosekunden,

Periode: 400 Mikrosekunden.
Amplitude: 0.5 Ampere.

Das von der ElcKtrolumineszeiizdiode abgegebene Lichthündcl ist über eine halbdurchlässige .Platte 9 und eine Linse 10 auf einen katadioptrischen Reflektor 11 gerichtet, wobei das reflektierte Bündel durch die haJbdiirehlässige Platte 9 auf einen photoeleklrischcn Empfänger 12 gerichtet isl.

Der photoclektrische Empfänger 12 liefert einen Strom, welcher eine Funktion der empfangenen Impulse ist, und dieser Strom wird der Primärwicklung eine:; impulstransformators 13 zugeführt, der nur die Stroimverändertingen zur Sekundärwicklung überträgt, welche im wesentlichen die Frequenz der durch die Elektrolumineszenzdiode 1 ausgesandten Lichtimpulse aufweisen.

Der Impukstrom der Sekundärwicklung 13 wird einem Verstärker 14 zugeführt, der durch eine beidseitige Ampikudobegrenzerschaltung 15 geschützt ist. Die Ausgangssignale dieses Verstärkers 14 werden einerseits eineTn Integrator 16 zugeführt, welcher einem Meßgerät 17 zugeordnet isl, und andererseits einem Inverter 18.

Ein zweiter Ausgang der Impulsquellc 2 führt zu einem Inverter 19, einer Ableitungsschaltung 20 und einer Impulsfarmersch,altung21 und erzeugt Rechteckimptilsc/ (Diagramm F der Fig.4), welche mit ilen Impulsen e synchronisiert sind, die zur Elektrolumineszenzdiode 1 ausgcsandl werden, dieselbe Phase besitzen und eine etwas geringere Dauer aufweisen (beispielsweise 16 Mikrosekunden, anstatt 20 Mikrosekunden). Eine Subtraktionsschaltung 22 empfängt zwei Impulse e und / und liefert einen Impulszug g, welcher in Phase und Frequenz einem

ίο Impuls mit einer solchen Dauer entspricht, wie sie bei Hinzufügung zu dem Impuls/ den Endteil eines Impulses / vervollständigen würde, bis ihm die Dauer eines Impulses e verliehen wäre. Mit anderen Worten, die Impulse g besitzen eine geringe Dauer und werden zeitlich derart aufgebaut, daß sie zur selben Zeit enden wie die Impulse e.

Die Impulse ; und / erscheinen jeweils am Ausgang des Polaritätsinverters 18 und am Ausgang des Verstärkers 14 und werden gleichzeitig mit den Bezugsimpulsen /i angelegt (welche den Impulsen g entsprechen, deren Polarität durch den Inverter 23 umgekehrt ist), und zwar an eine Koinzidenzschaltung 24. Diese liefert einen Gleichstrom k (Fig. 4. Diagramm K). wenn der Bezugsimpuls h sich innerhalb der Dauer der Aussendung eines Impulses / oder / aufbaut: ",ic liefert hingegen keinen Strom, wenn solche Bezugsimpulse Ii nicht von einem Impuls i oder / eingerahmt werden können, sei es, daß die Lmpl'angsschaltung keinen Impuls aussendet (Unterbrechung des von der Lumineszenzdiode 1 ausgesandten Bündels durch ein Hindernis;, sei es, daß die gegebenenfalls empfangenen Impulse nicht synchronisiert sind, oder sei es, daß sie nur in bezug auf die Bezugsimpulse h außer Phas? sind. Diese Überlagerung mit zeitlicher Umrahmung der Bezugsimpulse h und der von der Elektrolumineszenzdiode 1 ausgesandten Impulse wird durch eine geringe Phasenverschiebung erleichtert, welche die empfangenen Impulse / und / in bezug auf die i.npuise e und / auf-

weisen, welche die Bezugsimpulse h erzeugen, und zwar auf Grund der Ansprechzeit des Photoiransistors 112 und derjenigen Phasenverschiebung, welche durch den Transformator 13 erzeugt wird. Diese Phasenverschiebung ist bedeutsam, denn sie

4,5 führt dazu, daß jeder Bezugsimpuls h durch einen empfangenen Impuls 1 oder / eingerahmt wird.

Die Koindizenzschaltung 24 liefert beispielsweise einen Strom k, welcher einem logischen Zustand »1« entspricht (Fall eines Flindernisses im Lichtbündel).

während die Abwesenheit eines Stromes einem logischen Zustand »0« entspricht.

Der Ausgang der Koinzidenzschaltung 24 ist an einen Verstärker 25 geführt, welcher einen Unterbrecher mit flexiblen Platten 26 steuert, welcher eine galvanische Trennung zwischen der Empfangsschaltung und einem Leistungsverstärker 27 bildet, welcher eine Last 28 speist. Diese kann aus einem Relais, einer logischen Schaltung, einet Lampe, einem Impulszähler r»d. dgl. bestehen.

Im Betrieb hat sich gezeigt, daß es erforderlich ist. daß eine zeitliche Überlagerung eines Bezugsimpulses /1 innerhalb eines empfangenen Impulses / oder / stattrindet, um ein Signal zu erreichen (Strom *), welches das ordnungsgemäße Funktionieren der

Vorrichtung gewährleistet und das Nicht-Vorhandensein eines Hindernisses im ausgesandten Bündel. Wenn das Bündel durch ein Hindernis unterbrochen wird, ruft die Abwesenheit der Impulse / and / beim

ersten Impuls Λ' den Aufbau eines Stromes Null hervor. In jedem Falle weiden die Störströme eliminiert, und zwar ebenso diejenigen mit einer Gleichstromkomponente, wie auch diejenigen,, deren Frequenzen von der Impulsfrequenz stark unterschiedlich sind, und zwar durch den Transformator 13. und diejenigen mit Frequenzen im Bereich der ausgesnndten Impulse durch die synchrone Abtastung der empfangenen unrichtigen Impulse (d. h. die nicht zur Aussendung von Impulsen durch die Elektrolumineszenzdiode 1 führen).

Nachfolgend werden einige Besonderheiten im einzelnen erläutert.

Die Verzögerungseinrichtung 8 gestattet den Betrieb des Verstärkers 7 und folglich die Speisung der Elektrolumineszenzdiode erst eine bestimmte Zeit nach der Einschaltung der Vorrichtung. Diese Anordnung gestattet es. mit Sicherheit die Gefahren der Überlastung der Elektrolumineszenzdiode I durch Überintensitäten bei Übergangszuständen und/oder die anfängliche zu lange Impulsaussendung durch die Impulsquellc 2 zu vermeiden. Diese Gefahr wird durch die in der Fig. 2 dargestellte Anordnung vermieden, in welcher 30 den Ausgangsleiter des Inverters 6 und 1 die Elektrolumineszenzdiode darstellt. Der Leiter 30 ist mil der Basis eines Transistors 31 verbunden, dessen Emitter in einer Potentiomcterschaltung enthalten ist. die den Widerstand 32 zwischen den beiden Transistoren 33 und 34 aufweist, von denen der eine auf dem Potential der Masse Null liegt und der andere normalerweise auf dem Potential der Energiequelle /: ist. Die Basis des Transistors 33 befindet sich in einer Zeitschaltung, welche einen Widerstand 35 und einen Kondensator 36 aufweist. Folglich bleibt in dem Augenblick, in welchem Spannung an die Einrichtung angelegt wird (Erscheinen des Potentials E) der Transistor 33 blockiert, und /war auf Grund der Zeitkonstanten des aus dem Widerstand 35 und dem Kondensator 36 gebildeten Schaltclementenpaares. und zwar über- eine ausreichende Dauer, daß diese Betriebsbedingungen in allen Schaltungen herrschen. Die Transistoren 33 und 34 entblockicren sich gegenseitig, und die Leitung des Transistors 33 legt den Emitter des Transistors 31 an Masse, indem er leitend wird. Der leitende Zustand des Transistors 31 ruft den leitenden Zustand des Transistors 37 hervor, so daß der Durchgang der Impulse ermöglicht wird, welche vom inverter 6 zu der Elektrolumineszenzdiode I geführt werden. Eine weitere Kontrolleinrichtung für das ordnungsgemäße Funktionieren, welche in der Fig. 2 nicht dargestellt ist. besteht darin, die Dauer eines Impulses, welcher über den Widerstand 38 geht, mit der Dauer eines Bezugsimpulses zu vergleichen und die Speisung der Diode 1 unverzüglich aufzuheben, wenn die Dauer dieses Impulses zu lang ist.

Das Aussenden von l.cislungsiiiipulsen /ui Lumineszenzdiode 1 wird durch den leitenden 2Uistand des Transistors 37 gewährleistet. Die für diesen Impuls notwendige Leistung kommt vom Kondensator 39, welcher parallel zu den Klemmen einer Anordnung liegt, welche die Lumineszenzdiode 1, den Widerstand 38 und deiti Transistor 37 aufweist. In jeder Periode, in welcher kein Impuls auftritt, wird der Kondensator 39 wieder aufgeladen, und zwar von der

in Energiequelle E'. Auf diese Weise wird die beträchtliche Energie bei der Aussendung jedes Impulses fast unverzüglich vom Pufferkondensator 39 abgezogen Es ist verständlich, daß ohne diese Anordnung die plötzlichen und starken Energieentnahmen, welche am Ausgang von /·." auftreten würden, die verschiedenen Anwendungsschaltungen beträchtlich stören würden.

Eine Koinzidenzschaltung in Form einer Überlagerungskippstufe 24 ist in Fig. 3 angegeben. Diese Kippstufe ist aus einem Speicher 40. 411 gebildet (Typ »NANDe-Speicher), welche durch zwei Schallungen 42. 43 gesteuert sind (Typ »NAND«-Steuerung). Diese besondere Anordnung gestattet es, einen Impulsbereieh in einen kontinuierlichen Bereich um·· zuforrfen. und zwar mit einer sehr geringen Zeitkonstante. Zu diesem Zweck führt man an die »NAND«-Steuerung 42, 43 jeweils die Sig.nale /1 und i einerseits und /1 und / andererseits, während das Signal am Ausgang des »NANDe-Speichers 411 das Kippsignal darstellt.

Es sind folgende Vorteile bemerkenswert:

Der Impulstransformator 13 beseitigt jegliches Gleiehstromsignal, welches am photoelektrischen Empfänger 12 auftritt, um somit die Steuer- oder Meßvorrichtung gegen jegliche Strahlung unempfindlich zu machen, die nicht von der Elektrolumineszenzdiode ausgcsandl wird (Sonne, Leuchtstoffröhre usw.). Die Intcgrationsschaltung 16 gestattet es, trotz des Impulsbclrichs ein handelsübliches Voltmeter zu verwenden.

Der an den Eingang des Speichers 24 geführte Bezugsimpuls verhindert, daß eine zufällige Störung, die auf den photoelektrischen Empfänger 12 wirkt, das Umkippen der Koinzidenzschaltung 24 bewirkt.

Der Unterbrecher mit flexiblen Platten 26 °estattet

einerseits, die Schaltungen zu isolieren., d. h. den Durchgang von eventuellen Störungen zv/ischen den

Steuerschaftungen und der Last 28 und umgekehrt

zu verhindern, und andererseits, eine beliebige logische Schaltung zu steuern (beispielsweise läßt sich der Schließerkontakt durch einen Öffnerkontakt ersetzen oder auch durch einen Umschaltktintakt) oder auch, eine logische Schaltung oder allgemeiner eine Last 28 zu steuern, die unabhängig von der Anordnung gespeist sein kann.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Patentansprüche: hundeli. Es sind uuch Elektrolumineh/enwliuden

I, Vorrichtung zur Anwcsenhcitsermiulung von bekannt, welche im sichtbaren Teil des Spektrums

zumindest eine Lichtseh wächung eines von einer emittieren (britische Patentschrift 1017 178)
Lumineszenzdiode ausgehenden modulierten Der Erfindung li«gt die Aufgabt: zugrunde, eine

Lichtbündels hervorrufenden Gegenständen, die 5 Anordnung zu schiffen, welche die Ausschaltung

sich «wischen der Lumineszenzdiode und einem aller Störströme in besonders zuverlässiger Weise

deren Licht zurückwerfenden Reflektor befinden, ermöglicht.

mit einer zwei Ausgänge aufweisenden Impuls- Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß, quelle, deren erster Ausgang die Lichtemission ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Obervon der Lumineszenzdiode steuert und deren i_Q begriff des Anspruches 1, zwischen tjem Eingang der zweiter Bezugsimpulse liefert, mit einer phasen- Koinzidenzschaltang und dem zweiten Ausgang der empfindlichen Koinzidenzschaltung, an die di*; die Bezugsimpulse liefernden Impuliiquelle eine elek-Ausgangssignale eines photoelektrischen Emp- trische Schaltung gelegt ist, weiche Impulse mit einer fängers gelangen, welcher das vom Reflektor Impulsdauer liefert, die kleiner ist als die Impulskommende Lichtbündel überträgt, sowie die Be- i₅ dauer der von der Lumineszenzdiode ausgesandten zugsimpulse, um je nach Schaltzustand eine und vom photoelektrischen Empfänger übertragenen Steuer- oder Meßvorrichtung zu betätigen, da- Impulse, und daß die Impulse der kleineren Impulsdurch gekennzeichnet, daß zwischen dauer eine solche Phasenlage besitzen, daß sie innerdem Eingang der Koinzidenzschaltung (24) und halb der Impulsbreite der von der Lumineszenzdiode dem zweiten Ausgang der die Bezugsimpulse _ao ausgesandten Impulse liegen.

liefernden Impulsquelle (21) eine elektrische Durch diese Ausbildung ist es nicht mehr möglich.

Schaltung (19, 20, 21. 22, 23) gelegt ist, welche daü Störsignale mit gleicher Frequenz und Phase wie

Impulse mit einer Impulsdauer liefert, die kleiner die von der Lumineszenzdiode ausgehenden eine

ist als die Impulsdauer dtr von der Lumineszenz- Falschanzeige liefern oder bei einer Alarmvorrich-

diode(l) ausgesandten und vom photoelektri- _{25 t}ung eine Umgehung des Alarms ermöglichen kön-

schen Empfänger (12) übertragenen Impulse und _nL._n" vielmehr wäre es hierzu zusätzlich erforderlich,