DE2410314C2 - Lichtelektrische Anordnung zur Auslösung von Schaltvorgängen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtelektrische Anordnung zur Auslösung von Schaltvorgängen, insbesondere zur Feststellung von Objekten, die jeweils mindestens einen Lichtsender, einen Lichtempfänger und ein Schaltglied oder dgl. enthält und bei welcher der Lichtstrahl einen Reflektor beaufschlagt, dessen reflektierter Lichtanteil auf den Lichtempfänger zurückgeworfen wird und vom auslösenden Objekt beeinflußt wird.

Bei derartigen Anordnungen sind Zuverlässigkeit und damit Betriebssicherheit in weitem Maße abhängig von der Exaktheit des Schaltverhaltens, das heißt, der zeitliche Verlauf der Spannung am Schaltgiied je Schaltspiegel sollte möglichst weitgehend Rechteckform aufweisen.

Kippschaltungen, die bei einem bestimmten Wert der Eingangsspannung vom einen in den anderen Zustand kippen, sind als sogenannte Triggerschaltungen bekannt. Das Charakteristische einer Triggerschaltung ist also das Auslösen eines Kippvorgangs durch einen bestimmten Wert einer sich ändernden Eingangsspannung. Dabei erfolgt der Übergang vom Zustand a — 0 in den Zustand a = L bei einer Spannungserhöhung, der Übergang vom Zustand a — L in den Zustand a = 0 bei einer Spannungsabsenkung (Schmitt-Trigger).

Es wäre denkbar, Triggerschaltungen der im vorstehenden beschriebenen Art bei lichtelektrischen Anordnungen, das heißt, bei Lichtschranken- und Reflexionssystemen, anzuwenden, um ein mehr oder weniger exaktes Schaltverhalten des oder der Schaltglieder zu erhalten. Der durch die hierbei erforderlichen Schaltelemente verursachte kostenmäßige und räumliche Aufwand grenzt den Einsatz- und Anwendungsbereich solcher Triggerschaltungen jedoch eindeutig ab.

Bekannt ist auch schon eine Schaltanordnung für binäre Schaltvorgänge, die ein aus vier in einer Brückenschaltung mit kurzgeschlossenem Diagonalzweig zusammengefaßten Bauelementen bestehendes Funktionssystem enthält, bei welchem jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Bauelemente gleichartig sind. Und zwar sind zwei Bauelemente von photoleitender Art und die beiden anderen Bauelemente weisen lumineszierende Eigenschaft auf. Diesem Funktionssyslem ist eine externe Steuerlichtquelle zugeordnet, welche den Umschaltvorgang von der einen stabilen Schaltlage in den anderen stabilen Schaltzustand bewirkt. Die Verwendung von jeweils zwei photoelektrischen und von jeweils zwei lumines-

jo zierenden Bauelementen einschließlich jeweils einer externen Lichtsignalsteuereinheit in Zuordnung zu jedem der beiden photoelektrischen Bauelemente ist dabei eine unverzichtbare, dem System immanente Forderung. Abgesehen davon, daß eine derartige

j5 Schaltanordnung relativ gesehen einen beträchtlichen Schaltungsaufwand verursacht, ist sie in einem speziellen Funktionsrahmen festgelegt und für die Lösung anderer Aufgaben zumindest zu modifizieren, und dies in einem nicht unwesentlichen Ausmaß.

Bekannt sind des weiteren optoelektronische Schalter mit mechanischer Steuerung für Überwachungseinrichtungen insbesondere an Textilmaschinen. Bei diesen Schaltern sind jeweils drei optoelektronische Lichtempfänger vorhanden, denen zwei gehäuseextern jeweils mit einem Steuerhebel versehene, drehbar gelagerte Reflexionselemente zugeordnet sind. Die von einer Lampe ausgehenden Lichtstrahlen werden dabei über einen Lichtleiter an die entsprechenden Strahlungspunkte geführt, welche den Reflexionselementen gegenüberliegen. Je nach Schaltstellung der Steuerhebel wird der betreffende Lichtempfänger beaufschlagt, der dann ein elektrisches Signal auslöst und einen Vorgang ein-, aus- oder umschaltet.

Ein derartiger optoelektronischer Schalter weist mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung keine engeren Berührungspunkte auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, lichtelektrische Anordnungen zur Auslösung von Schaltvorgängen, insbesondere zur Feststellung von Objekten, ökonomischer als bisher auszugestalten sowie das Schaltverhalten des oder der zugehörigen Schaltglieder zu optimieren.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lichtsender in den emitterseitigen Teil des ein Schaltglied enthaltenden Kollektorstromkreises eines Transistors eingeschaltet ist und daß der Lichtempfänger die Leitfähigkeit des Transistors beeinflußt.

Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als

Transistor einen Phototransistor zu verwenden und den Lichtsender bzw. die Lichtquelle durch eine Gallium-Arsenid-Diode zu realisieren. Anstelle einer Gallium-Arsenid-Diode kann selbstverständlich jeder andere für diesen Zweck geeignete Halbleiter-Licbtemitter verwendet werden. Wird die Erfindung bei einer sogenannten Reflexlichtschranke verwirklicht, so ist dem Lichtsender ein mit dem Lichtempfänger korrespondierender Reflektor zuzuordnen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, die Anordnung so zu variieren, daß anstelle eines Phototransistors ein Photowiderstand als lichtempfindliches Element eingesetzt wird, das elektrisch leitend an die Basis des Transistors angeschlossen ist.

Unabhängig davon, ob der Lichtempfänger als Photowiderstand oder dgl. oder als Phototransistor ausgebildet ist. Hegt zwischen der Basis des Transistors und dem einen Pol des an die Speisespannung angeschlossenen Lichtsenders mindestens ein Widerstand. Der oder die Basiswiderstände können dabei als Einstellwiderstände ausgebildet sein. Des weiteren ist der Ausgang des Schaltgliedes oder allgemein der Last über einen oder mehrere Widerstände an den Emitteranschluß des Transistors angekoppelt.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand zweier prinzipieller Schaltungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltanordnung mit einem Phototransistor als Signalgeber,

F i g. 2 eine Schaltanordnung mit einem Photowiderstand als Signalgeber,

F i g. 3 den zeitlichen Verlauf der Spannung am Schaltglied bei einem Schaltvorgang.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird der Kollektorstromkreis gebildet aus dem Pol 1 der Spannungsquelle U\, dem Schaltglied in Form eines Relais 2, dem Kollektoranschluß 3 des Phototransistors 4, der Kollektor-Emitter-Strecke 5, dem Emitteranschluß 6, der Gallium-Arsenid-Diode 7 und dem Pol 8 der Spannungsquelle. Der Emitteranschluß 6 und damit die Gallium-Arsenid-Diode 7 sind über einen Widerstand 9 an den Pol 1 der Spannungsquelle angeschlossen, desgleichen ist der Pol 8 der Spannungjquelle und damit der polseitige Diodenanschluß 10 der Gallium-Arsenid-Diode beispielsweise über einen Einstellwiderstand 11 leitend mit der Basis des Phototransistors verbunden. Mit 12 ist ein Reflektor bezeichnet, der vom von der Gallium-Arsenid-Diode ausgesandten Licht (Strahlen

13) beaufschlagt wird und reflektiertes Licht (Strahlen

14) auf den Phototransistor 4 wirft.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist wie folgt:
Infolge des die aus dem Widerstand 9 und der Gallium-Arsenid-Diode 7 gebildete Reihenschaltung durchfließenden Stromes Ip tritt an der Gallium-Arsenid-Diode 7 ein entsprechender Spannungsabfall auf, wodurch die Gallium-Arsenid-Diode in einem entsprechenden Ausmaß Licht emittiert. Dieses Licht fallt im Falle einer Reflexlichtschranke auf den Reflektor 12 und wird von diesem auf den Phototransistor 4 zurückgeworfen, und zwar vorzugsweise nach dem Autokollimationsprinzip. Abhängig von der Beleuchtungsstärke wird im ßasiskreis ein Strom Ib ausgelöst, der seinerseits im Xollektorkreis einen entsprechend verstärkten Strom Ic hervorruft. Dieser Strom durchfließt die Wicklung des Relais 2, wodurch sich dem Strom Id ein

ίο zusätzlicher Strom Ir (gestrichelt angedeutet) überlagert. Damit wird die Beleuchtungsstärke gesteigert und der dadurch verursachte Strom dann so groß, daß das Relais 2 anspricht. Gelangt nun ein Gegenstand i5 in den Strahlengang 13 und/oder 14, so fällt weniger oder kein Licht mehr auf den Phototransistor 4 und es fließt daher nur noch ein sehr geringer oder gar kein Strom mehr im Basiskreis; demzufolge geht auch der Strom im Kollektorkreis entsprechend zurück, was zur Folge hat, daß sich der Strom in der Gallium-Arsenid-Diode und somit die Beleuchtungsstärke vermindern, so daß das Relais abfällt und eine Schaltfunktion veranlaßt, beispielsweise ein Signal auslöst und/oder das Abschalten eines Antriebs bewirkt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird insbesondere ein schleichender Stromanstieg in der Relaiswicklung vermieden und ein Spannungsverlauf über der Zeit erreicht, wie er in F i g. 3 gezeigt ist.

Bei der Schaltanordnung gemäß F i g. 2 ist der Lichtempfänger als Photodiode 16 ausgebildet, deren einer Anschluß 17 an die Basis eines Transistors 18 geführt und deren anderer Anschluß bei 19 mit dem Pol 1 der Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden ist. Ansonsten ist die Schaltung identisch mit derjenigen nach Fig. 1.

Die spezielle Wirkungsweise dieser Schaltung ist so, daß bei Beleuchtung des Photowiderstandes 16 durch das von der Gallium-Arsenid-Diode ausgesandte und vom Reflektor 12 auf den Photowiderstand zurückgeworfene Licht dieser einen geringen Widerstandswert aufweist, so daß ein entsprechend großer Basisstrom fließt. Demzufolge leitet der Transistor 18 und das Relais 2 spricht an. Wird der Lichtstrahl 13 oder 14 unterbrochen oder so stark in seiner Beleuchtungsstärke beeinträchtigt, daß der Widerstand des Photowider-Standes 16 einen hinreichenden Strom im Basiskreis verhindert, dann sperrt der Transistor 18 und das Relais fällt ab. Die Wechselwirkung zunehmender Strom in der Relaiswicklung — steigende Lichtintensität der Gallium-Arsenid-Diode und umgekehrt — bis jeweils zu einem Grenzwert entspricht im Falle der F i g. 2 derjenigen bei der Schaltung gemäß F i g. 1, desgleichen wird derselbe zeitliche Verlauf der Spannung am Transistor erreicht.

Mit der Schaltung nach der Erfindung wird es möglich, lichtelektrische Schaltanlagen in kleinste Baueinheiten zusammenzufassen und eine überdurchschnittliche Schaltexaktheit zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Lichtelektrische Anordnung zur Auslösung von Schaltvorgängen insbesondere zur Feststellung von Objekten, die jeweils mindestens einen Lichtsender, einen Lichtempfänger und ein Schaltglied oder dgl. enthält und bei welcher der Lichtstrahl einen Reflektor beaufschlagt, dessen reflektierter Lichtan teil auf den Lichtempfänger zurückgeworfen und vom auslösenden Objekt beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (7) in den emitterseitigen Teil des ein Schaltglied (2) enthaltenden Kollektorstromkreises eines Transistors (4, 18) eingeschaltet ist und daß der Lichtempfänger (4, 16) die Leitfähigkeit des Transistors (4,18) beeinflußt.

2. Lichtelektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor als Phototransistor (4) ausgebildet ist, und daß der Phototransistor zugleich den Lichtempfänger verkörpert.

3. Lichtelektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger als Photowiderstand (16) ausgebildet ist.

4. Lichtelektrische Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender durch eine Gallium-Arsenid Diode oder durch einen sonstigen Halbleiter verkörpert ist.

5. Lichtelektrische Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der emitterseitige Anschluß der Gallium-Arsenid Diode über einen Widerstand (9) an den kollektorseitigen Pol der Spannungsquelle gelegt ist.

6. Lichtelektrische Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Pol der an Spannung liegenden Gallium-Arsenid Diode unmittelbar oder mittelbar über einen Widerstand (11) an die Basis des Transistors (4, 18) angeschlossen ist.

7. Lichtelektrische Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Photowiderstand (16) an die Basis dss Transistors (18) angeschlossen ist und der andere Anschluß des Photowiderstandes an einem Pol der Speisespannung liegt.