DE2204093C3

DE2204093C3 - Vorrichtung zur Anwesenheitsermittlung von zumindest eine Lichtschwächung eines von einer Lumineszenzdiode ausgehenden modulierten Lichtbündels hervorrufenden Gegenständen

Info

Publication number: DE2204093C3
Application number: DE2204093A
Authority: DE
Inventors: Jacques La Tronche Jeymond; Michel Grenoble Montanvert
Original assignee: Cometa Sa Montfleury (frankreich)
Current assignee: Cometa Sa Montfleury (frankreich)
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1975-02-20
Also published as: DE2204093B2; US3772523A; CA997452A; FR2123753A5; DE2204093A1; GB1373995A

Description

koinmende Lichtbiindel überträgt, sowie die Be- _l5 dauer der von der Lumineszenzdiode ausgesandten zugsimpuise, um je nach Schaltzustand eine und vom phottMälektrischen Empfänger übertragenen Steuer- oder Preßvorrichtung zu betätigen, da- Impulse, und daß die Impulse der kleineren Impulsdauer eine solche Phasenlage besitzen, daß sie inner halb der Impulsbreite der von der Lumineszenzdiode

durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang der Koinzidenzschaltung (24) und

dem zweiten Ausgang der die Bezugsimpulse _ao ausgesandten Impulse liegen, liefernden Impulsquelle (2) eine elektrische Durch diese Ausbildung ist es nicht mehr möglich.

Schaltung (19, 20, 21, 22, 23) gelegt ist, welche da» Störsignale mit gleicher Frequenz und Phase wie Impulse mit einer Impulsdauer liefert, die kleiner Jj₁; _Von der Lumineszenzdiode ausgehenden eine ist als die Impulsdauer der von der Lumineszenz- Falschanzeige liefern oder bei einer Alarmvorrichdiode(l) ausgesandten und vom photoelektn- ₂₅ tung eine Umgehung des Alarms ermöglichen konsehen Empfänger (12) übertragenen Impulse und neu; vielmehr wäre es hierzu zusätzlich erforderlich, daß die Impulse der kleineren Impulsdauer eine JaB gleichzeitig die Impulsdauer optischer Störsolche Phasenlage besitzen, daß sie innerhalb der
Impulsbreite der von der Lumineszenzdiode ausgesandten Impulse liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gezeichnet, daß die elektrische Schaltung (19, 20, 21. 22, 23) eine zwei Eingänge aufweisende Sub traktionsschaltung (22) umfaßt, die über Impulssignale einen bestimmten Wert nicht unterschreitet, der für eine Einrahmung der Bezugsimpulse erforderlich ist.

Durch diese Ausbildung wird es möglich, an der Koinzidenzschaltung ein Gleichstromausgangssignal oder ein Fehlen eines solchen abhängig davon zu erhalten, ob in der Koinzidenzschaltung eine Llber-

formerstufen (3, 4, 5, 6, 19, 20, 21) jeweils mit _J5 lagerung der Impulse mit Einrahmung des Bezugseinem Ausgang der Impulsquelle verbunden isi. impulses durch den vom photoelektrischen F.mpfän

ger kommenden Impuls erfolgt oder nicht.

8ei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Überlagerung der zwei Impulse mit Einrahmung nur

Speisung der Elektrolumineszenzdiode (1) eine _4O dann auftreten, wenn der empfangene Impuls Verzögerungseinrichtung (8) tür die Energiever- mittels des ausgesandten und reilektierten Lichtbündels — von dem Bezugsimpuls ordnungsgemäß abgeleitet ist. Fs ist völlig ausgeschlossen, daß ein empfangener Störimpuls, selbst während einer Dauer. 45 die einen einzigen Impuls überdeckt, solche Eigenschaften aufweist (Phase Dauer, Frequenz), daß er als ein Impuls akzeptiert wird, der von einer Re flexion des ausgesandten Impulses herrührt.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Er-

.1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Erzeugung der elektrischen Impulse zur

sorgung des Verstärkers autweist, welche Elektrolumineszenzdiode vorgeschaltet ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem überbegriff des Anspruches 1.

Es sind bereits Wechsellichtschranken bekannt, in
denen als Lichtsender eine Lumineszenzdiode verwendet wird, wobei die Ausgangssignale der Licht- 50 findung umfaßt die elektrische Schaltung eine zwei schranke zur Betätigung von Meßorganen verwendet Eingänge aufweisende Subtraktionsschaltung, die werden (Siemens-Zeitschrift 42, 19f>8, Heft 4. über Impulsforrnerstufen jeweils mit einem Ausgang Seiten .100 — 302). der Impulsquelle veibunden ist.

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

einer Rechteckimpulsquelle zu speisen, die lerner 55 der elektrischen Impulse zur Speisung der Elektro-Bezugsimpulse liefert, welche zusammen mit den lumineszenzdiode eine Verzögerungseinrichtung füt Ausgangssignalcn eines photoelektrischen Empfän- die Energieversorgung des Verstärkers auf, welche gers an eine phasenempnndliche 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 elektri-.'lektrischen Empfängers und den Bezugsimpulsen sehe Belastungen auftreten: einerseits ist die Impulsquelle (im allgemeinen ein Multivibrator) noch nicht in den Gleichgewichtszustand gelangt und es werden oft Impulse erzeugt, die wesentlich langer sind als

arbeiten mit einem pn-Überzug und emittieren in 65 im Dauerbetrieb, so daß auf die Lumineszenzdiode einem verhältnismäßig schmalen Band eine Licht- eine wesentlich höhere Energie übertragen wird, als

sie ohne Schaden aufnehmen kann. Dieses Risiko wird vermieden durch die Verzögerungseinrichtung,

einen Alarm auslöst (britische Patentschrift 1 082 973).

Dabei wurden als Lumineszenzdioden bereits

üalliumarseniddioden verwendet. Derartige Dioden

strahlung, deren Wellenlänge bei 9300 Angström liegt, wobei es sich um eine unsichtbare Strahlung

204 093

wdcae durch Uw einwirken awl die letrte Verstärket stufe unmittelbar vor der Diode in einigen Mikrosckiuidcn erniäglichl, daß die elektrischen Bauteile ihren nmrnalen Betnebspadaki erreichen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der HgurcB beschrieben, in diesen neigen:

fig. 1 «äne sohemaüsche (jcsamiansicln eines A»sfiiluuR?sbeispieles der Vorrichtung zur AnwesenhcitscfmitUuog,

Fig. 2 eine scfoeniatischc Tcilamiclu der Schutzvorrichtung der Elekuxjlttmineszen/idiode..

Fig· 3 eine schematische Ansicht der Koinzjdcu/ -,chaätung zum Vergleich des empfangenen Signals mil einem Bezu^ssignal und

Fi g. 4 eine Folge von elektrischen lnipulsdiagramnjen als Funktion der Zeit.

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

Die Impulsquclle 2 liefert IRechtccksimpulse a (Diagramm A. Fig. 4) mit der Amplitude/, tier Dauer 7¹ und der Periode Γ-; an die Impulsquelle 2 schließt sich eine Impulstormerstufe an. welche einen Piilaritatsinvertcr 3 aufweist, der die Impulse b (Diagramm B, Fig. 4). ausgehend von den Impulsen«, direkt in Posilivimpulse umformt, sowie eine Schaltung 4. welche die Rcchtcckimpuilsc h in Impulse r in Form von Spitzen umformt, deren Dauer beispielsweise 20 Mikrosekunden beträgt (Diagramm ( . F i g 4) und eine Sehaltung S. welche, ausgehend von Impulsen c, wieder Rechteckimpulse d herstellt, die eine negative Polarität aufweisen und zeitlich genau kalibriert sind, sowie eine Polaritätsinverlerswhditunp 6, welche die negativen Impulse </ in positive Impulse r umformt Die Impulse gelangen an einen Leistungsverstärker 7, der durch eine Verzögerungseinrichtung 8 gesteuert wird, die nach folgend im Detail beschrieben ist und die einen Schiit/ der Elektrolumineszenzdiode 1 bildet.

Js ist ersichtlich, daß die Elektrolumineszenzdiode dauernd einen kontinuierlichen Impulszug wie <· empfangt, der folgende Daten aufweisen kann: Dauer: 20 Mikrosekunden.

Period-·: 400 Mikrosekunden, Amplitude: 0.5 Ampere.

Das von der Elektrolumineszenzdiode abgegebene Lichtbündel ist über eine halbdurchlässige Platte 9 und eine Linse 10 auf einen katadioptrischen Reflektor U gerichtet, wobei das reflektit-tte Bündel durch die halbdurchlässigc Platte 9 auf einen photoelektrischen Empfänger 12 gerichtet ist.

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

Der Impulsstrom der Sekundärwicklung 13 wird einem Verstärker 14 zugeführt, der durch eine bcidseitige Amplitudenbegrer*zerschaltung 15 geschützt isi Die Ausgangssignale dieses Verstärkers 14 werden einerseits einem Integrator 16 zugeführt, welcher einem Meßgerät 17 zugeordnet ist, und andererseits einem Inverter 18.

Ein zweiter Ausgang der Impulsquelle 2 führt zu einem Inverter 19, einer Ableitungsschaltung 20 und einer Impulstormerschallung 21 und erzeug Recht eckimpulse/ iDiagrammF der Fig.4), welche mit den Impulsen e synchronisiert sind, die zur t^eklrolumincszcwdiodc 1 ausgesandt werden, dieselbe

Pliase besitzen und eine etwas geringere Dauer aufweisen (beispielsweise 16 Mikrosekunden, anstatt 20 Mikrosekunden). Eine Sublraktionsschaltung 22 empfängt zwei Impulse e und / und liefert einen Impulszug«, 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 ejaes 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

ao Be/ugsimpulsen h 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 inner-

»5 halb der Dauer der Aussendung eines Impulses / oder / aufbaut; sie liefert hingegen keinen Strom, wenn solche Bc/iigsimpulse h nicht von einem Impuls ι oder / eingerahmt werden können, sei es, daß die Lmplungsschaltung keinen Impuls aussendet (Unter-

brechung 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 aul die Bezugsimpulse A außer Phase sind. Diese Uber-

lagerung 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 Impulse e und / auf-

weisen, welche die Bezugsimpulse h erzeugen, und /war au» ürund der Ansprechzeit des Phototransistors 12 und derjenigen Phasenverschiebung, welche durch den Transformator 13 erzeugt wird. Diese Phasenverschiebung ist bedeutsam, denn sie

führt dazu, daß jeder Bezugsimpuls Λ durch einen empfangenen Impuls / oder / eingerahmt wird

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

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

Der Ausgang der Koinzidenzschaltung 24 ist an einen Verstärker 25 geführt, weichet 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. euer logischen Schaltung, einer Lampe, einem Impulszähler od. dgl. bestehen.

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

6s Vorrichtung gewährleistet und das Nicht-Vorhandensein eines Hindernisses im ausgesandten Bündel. Wenn das Bündel durch ein Hindernis unterbrochen wird, ruft die Abwesenheit der Impulse / und / beim

ersteh*'Impuls/?' dei? -Aufbau eines Stromes Null hervor. ,In jedem Falle werden die "Slörs^römc eliminier^ und zwar ebenso diejenigen mil einer GlciebstfornkömROhente, wie¹ iiüch- diejenigen, deren Frequtihzert Von der; impulsfrequenz stark unterschiedlich sintl. lindiwaf durch den Transforniator 13. und diejenigen mit Frequchipien im Bereich der ausgesandten Impulse durch die synchrone Ablaslunc dei empfangenen unrichtigen Impulse (d. h. die nichi zui Aussendung von Impulsen durch die l-.lektrohiminev z.enzdiode 1 führen).

Nachfolgend werden einige Besonderheiten im einzelnen erläutert.

Die Verzögerungseinrichtung 8 geslattel den Betrieb des Verstärkers 7 und folglich die Speisung dei Hlektrolumineszenzdiodc erst eine bestimmte Zeil nach der Einschaltung der Vorrichtung. Diese Anordnung gestattet es. mit Sicherheil die Gefahren dei Überlastung der Elektrolumineszenzdiode I durch Überintensitäten bei Übergangszuständcn 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 Ausgangslciter des Inverters 6 und 1 die Elektrolumineszenzdiode dai stellt. Der Leiter 30 ist mit der Basis eines Transistors 31 verbunden, dessen Emitter in einer Potentiometerschaltung enthalten ist, die den Widerstand 32 /wischen den beiden Transistoren 33 und 34 au ι weist, 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, uml zwar auf Grund der Zeitkonstanten des aus dem Widerstand 35 und dem Kondensator 36 gebildeten Schaltck-mentcnpaares, und zwar über eine ausreichende Dauer, daß diese Betriebsbedingungen in allen Schaltungen herrschen. Die Transistoren 33 und 34 entblockieren 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 tvtni. wdche vom Inverter 6 zu der Elektrolumineszenzdiode 1 geführt werden. Eine weitete Kontrolleinrichtung für das ordnungsgemäße Funkrionieren, weiche in der F i g. 2 nicht dargestellt ist. bestellt darin, die Dauer eines Impulses, welcher über den Widerstand 38 geht, mil der Dauer eines Be?ngsirapuKcs zu vergleichen and die Speisung der Binde I unverzüglich aufzuheben, wem du- IJaucr dieses Impel«*», τα fang ist.

Das Aussenden \on l.i-islungsimpufcen /Ui Lumineszenzdiode 1 wird durch den leitenden Zustand 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 den Transistor 37 aufweist. In jeder Periode, in welcher kein Impuls auftritt, wird der Kondensator 39 wieder aufgeladen und zwar von der

ίο Energiequelle /:". Auf diese Weise wird die beträchtliche F.nergie bei der Aussendung jedes Impulses liisl unverzüglich vom Puiferkondensator 39 abgezogen. Es ist verstund lieh, daß ohne diese Anordnung die plötzlichen und starken Energieentnahmen, welche

»5 am Ausgang \on f." auftreten wurden, die verschiedenen Anwendungsschallungcn beträchtlich stören wurden

Eine Koinzidenzschaltung in Form einer Uberlagerungskippstufc 24 ist in Fig. 3 angegeben. Diese Kippstufe ist aus einem Speicher 40. 41 gebildet (Typ »NAND«-Speicher), weiche durch zwei Schallungen 42. 43 gesteuert sind (Typ «NAND«-Steuerung). Diese besondere Anordnung geslattet es, einen Impulsbtreich in einen kontinuierlichen Bereich um-/uformen. und zwar mit einer sehr geringen Zeitkonstante. Zu diesem Zweck führt man an die ;:NAND«-Steuerung42. 43 jeweils die Signale /i und ι einerseits und /i und / andererseits, während das Signal am Ausgang des »NAND«-Speichers 41 das Kippsignal darstellt.

Es sind folgende Vorteile bemerkenswert:

Der Impulstransformator 13 beseitigt jegliches Gleichstromsignal, welches am photoelektrischen Empfänger 12 auftritt, um somit die Steuer- oder Meßvorrichtung gegen jegliche Strahlung unempfindlich zu machen, die nicht von der Elektrolumineszenzdiode ausgesandt wird (Sonne, Leuchtstoffröhre usw.). Die Intcgrationsschaltung 16 gestattet es, trotz des lmpulsbetriehs 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 Koinzidenzschaltung24 bewirkt. Der Unterbrecher mit flexiblen Platten 26 gestattet einerseits, die Schaltungen zu isolieren, d. h. den Durchgang von eventuellen Störungen zwischen den Steucrschaltungen und der Last 28 and umgekehrt so zu verhindern, and andererseits, eine beliebige logische Schaltung zu steuern (beispielsweise läßt sich der Schließerkontakt durch einen Öffnerkontakt ersetzen oder auch durch einen Umschaltkontakt) oder auch, cmc logische Schaltung oder atigemeiner eine Last 28 zu steuern, die enabhängig von der Anordnung gespeist seta kam.

Hfcrea 1 Blatt Zdcfa

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur AawesenhcitscrniiukiHg von zumindest eine Licbtschwächung eines von einer Lumineszenzdiode ausgehenden modulierten Lichtbüadels hervorrufenden Gegenstanden, die sich zwischen der Lumineszenzdiode und einem deren Licht zurückwerfenden Reflektor befinden, mit einer zwei Ausgänge aufweisende Jmpulsquelle, deren erster Ausgang die,Lichieniission VOO det Lumineszenzdiode steuert und deren zweiter Bezugsimpulse liefert, mit einer pliasenempfindliche/i ,Koinzidenzschaltung, an die die Ausgangssignaie eines pnottielektriscbett Empfängers gelangen, welcher das vom Reflektor

handelt. Es stud aacB fck'kuoluniines/cuzdioden bekannt, welch« in* sichtbaren Teil des Spektrums emittieren ibriifechc Patentschrift 1017 178). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Anordnung zu schaffen, welche die Ausschaltung aller Störströnie in besonders zuverlässiger Weise ermöglicht.

Dies wird erßndungsgemätt dadurch erreicht, daß, ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Ober-

begriff des Anspruches 1, zwischen dem Eingang der Koinzidenzschaltung und dem zweiten Ausgang der die Bezugsimpulse liefernden Iropulsqudle eine elektrische Schaltung gelegt ist. welche Impulse mit einer Imoulsdauer liefert, die kleiner ist als die Impuls-