DE2528593A1

DE2528593A1 - Signaluebertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2528593A1
Application number: DE19752528593
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Satoh
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1975-06-26
Publication date: 1976-01-29
Also published as: US4071714A; FR2276648B1; FR2276648A1; DE2528593C3; DE2528593B2; JPS513548A

Description

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

TELEX: 115 2!» 802 HNKL D P DII A R D-ST H M I D-STR A SS F ~> WECHSELBANK MÜNCHEN Nr. iM-85111

TELEFON: ,0 89, 66 3197, 663091 - 92 „ onnn u< χ ^rx, 1 ' DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 9,4 TELEGRAMME: ELL.PSO1D MÜNCHEN ¹^⁸⁰⁰⁰ MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN .62. 47 - m

Mitsubishi Denlci Kabushiki Kaisha

Tokio, Japan _{2 Juni}

Signalübertragungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Signalübertragungsvorrichtung.

Derzeit wird eine neue automatische Steuerung oder Regelung zur Ermöglichung einer komplizierten, hoch genauen Regelung unter Verwendung eines elektronischen Rechners und integrierter Digitalschaltkreise entwickelt. Bei der Signalübertragung durch herkömmliche Signalgeber bzw. -sender und Empfang dieser Signale durch Signalempfänger, die betrieblich an elektronische Rechner und integrierte Digitalschaltkreise angekoppelt sind, treten verschiedene ernste Schwierigkeiten bezüglich des Potentialunterschieds, des Rauschens, der an Masse liegenden Stellen usw. auf, zu deren Ausschaltung bereits verschiedene Gegenmaßnahmen vorgeschlagen wurden. Beispielsweise wurde für die Verbindung des Signalgebers mit dem Signalempfänger eine Relaisvorrichtung angewandt, um ersteren elektrisch von letzterem getrennt zu halten. Infolge der mechanischen Arbeitsweise des Relais ergaben sich jedoch Verzögerungen in der Übertragungszeit, eine Verringerung der Betriebslebensdauer der mechanisch betätigten Bauteile, ein Rattern und Prellen von Kontakten usw. Zur Ver-

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meidung dieser Nachteile könnte der Signalgeber mittels einer optischen Kopplung in elektrisch isoliertem Verhältnis mit dem Signalempfänger verbunden werden. Hierbei führt «Jedoch die Verwendung einer lichtemittierenden Diode als Strom/Lieht-Wandler zur Notwendigkeit der Verbindung eines Filters mit dem Signalgeber, um Störungen aufgrund des einem vom Signalgeber abgegebenen Signal überlagerten Rauschens zu verhindern, woraus eine aufwendige Konstruktion resultiert, Im Pail einer anstelle der lichtemittierenden Diode eingesetzten Glühlampe muß letztere ebenfalls häufig durch eine neue Lampe ersetzt werden, weil sie nur eine kurze Betriebslebensdauer besitzt, obgleich dabei das Filter in Fortfall kommt. Außerdem ist die Wartung einer solchen Anlage arbeitsaufwendig*

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer zweckmäßigen und verbesserten Signalübertragungsvorrichtung zur Übertragung eines von einem Signalgeber abgegebenen Signals mit einem Gleichspannungspegel zu einem Signalempfänger, der vom Signalgeber elektrisch isoliert ist, ohne daß dabei mechanische Betätigungen erforderlich wären»

Diese Aufgabe wird bei einer Signalübertragungsvorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch einen Signalgeber zur Erzeugung eines Signals mit einer Gleichstromkomponente, eine an den Signalgeber angeschlossene Magnetvorrlohtung, die auf das von ersterem gelieferte Signal ansprioht und einen entsprechenden Magnetfluß erzeugt, und durch einen magnetisch an die Magnetvorrichtung angekoppelten Magnetflußdetektor zum Feststellen bzw. Abgreifen des Magnetflusses zwecks Erzeugung eines entsprechenden Signale, ohne daß irgendwelche mechanischen Betätigungsvorgänge durchgeführt zu werden brauchen, wobei das vom Signalgeber gelieferte Signal durch das Zusammenwirken zwischen der Magnetvorrichtung und dem Magnet-

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fTußdetektor zu einem Signalempfänger übertragen wird.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besteht die Magnetvorrichtung aus einer induktiv um einen Magnetkern herum angeordneten elektromagnetischen Spule, während der Magnetflußdetektor ein magnetisch ansprechendes oder empfindliches Halbleiterelement ist, das magnetisch an die elektromagnetische Spule angekoppelt ist.

Zur Übertragung mehrerer vom Signalgeber abgegebener Signale mit Gleichstrompegel zum Signalempfänger nach der logischen Verarbeitung dieser Signale kann die magnetische Einrichtung einen resultierenden Magnetfluß erzeugen, welcher dem Resultat der logischen Verarbeitung der Signale entspricht. Beispielsweise kann für jedes Signal eine elektromagnetische Spule induktiv um den einzigen Magnetkern herum angeordnet sein.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Flg. 1 ähnelnde Ansicht einer anderen Signalübertragungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 5 ein Schaltbild einer SignalUbertragungsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Magnetvorrichtung gemäß Fig. 3.

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In Pig. 1 ist eine bisher angewandte Signalübertragungsvorrichtung unter Verwendung einer Relaiseinrichtung dargestellt. Die dargestellte Anordnung weist einen Signalsender bzw. -geber 10, eine allgemein mit 12 bezeichnete Relaiseinrichtung, die als Hauptbauteile eine an den Signalgeber 10 angeschlossene elektromagnetische Spule 14 und einen beweglichen Kontakt 16 aufweist, sowie einen mit dem beweglichen Kontakt 16 verbundenen Signalempfänger 18 auf. Letzterer weist einen elektronischen Rechner, integrierte Digitalschaltkreise usw. auf, die jedoch nicht näher dargestellt sind.

Im Betrieb wird ein elektrisches Eingangssignal vom Signalgeber 10 an die elektromagnetische Spule 12 angelegt, um den beweglichen Kontakt sich unter dem Einfluß mechanischer Mittel an seinen feststehenden Gegenkontakt anlegen zu lassen. Genauer gesagt: Das Eingangssignal erregt die elektromagnetische Spule 12, so daß in einem zugeordneten, nicht dargestellten Eisenkern ein Magnetfluß erzeugt wird, wodurch der ebenfalls nicht dargestellte Eisenanker durch den Magnetkern angezogen und mithin der Kontakt 16 geschlossen wird. Wenn das Eingangssignal aufgehoben und hierdurch die Spule 12 entregt wird, wird der Anker durch eine betrieblich mit ihm gekoppelte Feder o.dgl„ in seine Ausgangsstellung zurückgebracht. Infolgedessen trennt sich der bewegbare Kontakt 16 vom feststehenden Kontakt. Auf diese Weise schließt und öffnet der Kontakt 16 zur Übertragung des Eingangssignals vom Signalgeber 10 zum Signalempfänger

Obgleich vorstehend angegeben wurde, daß der Kontakt 16 durch den nicht dargestellten bewegbaren Anker geschlossen und geöffnet wird, kann er auch, beispielsweise bei Verwendung eines Zungen- oder Reedrelais (nicht dargestellt), unmittelbar durch die Magnetwirkung betätigt werden, die durch den von der Spule 14 erzeugten Magnetfluß gewährleistet wird.

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Bei der beschriebenen Anordnung kann durch das Relais 12 ohne weiteres die elektrische Isolierung bzw. Trennung zwischen dem Signalgeber 10 und dem Signalempfänger 18 aufrechterhalten werden, doch wirft die Verwendung der beschriebenen mechanischen Einrichtungen verschiedene Probleme auf, etwa die Verzögerung der Übertragungszeit, die Verkürzung der Betriebslebensdauer der mechanisch betätigten Bauteile, ein Rattern und Prellen von Kontakten usw.

Fig. 2 veranschaulicht eine Abwandlung der Anordnung gemäß Pig. 1, die einen Signalgeber 10, einen Strom/Licht-Wandler 14^!, der über ein Filter 20 an den Signalgeber 10 angeschlossen ist, einen optisch mit dem Wandler 14^! gekoppelten Licht/-Strom-Wandler i6^f und einen Signalempfänger 18 aufweist.

Ein vom Signalgeber 10 abgegebenes elektrisches Eingangssignal wird dem Filter 20 aufgeprägt, wodurch die im Signal enthaltene Rauschkomponente ausgefiltert und die Stromstärke des Signals begrenzt wird. Das Filter 20 besteht dabei im allgemeinen aus einem RC-Filterkreis in Form eines oder mehrerer Widerstände und eines oder mehrerer Kondensatoren. Mit anderen Worten: Das Filter besteht aus einer die Aufladung und Entladung des Kondensators ausnutzenden Integrierschaltung.

Das strommäßig begrenzte Signal vom Filter 20 wird dann dem Strom/Licht-Wandler 14* zugeführt, der Licht in einer der Größe des Signals entsprechenden optischen Quantität in Richtung des Pfeils A gemäß Fig. 2 ausstrahlt. Der Licht/Strom-Wandler Λ6^Χ empfängt das vom Wandler 14^! emittierte Licht und wandelt es in einen entsprechenden Strom um, der seinerseits zum Signalempfänger 18 geleitet wird. Bekannte Beispiele für Strom/Llcht-Wandler i4^f sind Glühlampen, lichtemittierende Dioden und dgl., während Beispiele für Licht/Strom-Wandler Phototransistoren und dgl. sind.

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-β -

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 kann mithin das Eingangssignal vom Signalgeber 10 ohne mechanische Betätigung zum Signalempfänger 18 übertragen werden.

Wenn der Strom/Licht-Wandler 14* mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, z.B. im Fall einer lichtemittierenden Diode, stellt das Filter 20 einen wesentlichen Bauteil zur Verhinderung von Störungen aufgrund von Rauschen dar. Dies führt zu einer aufwendigen Konstruktion. Bei Verwendung einer Glühlampe o.dgl, als Strom/Licht-Wandler 1V entfällt zwar die Notwendigkeit für die Verwendung des Filters 20, doch muß dabei die Glühlampe wegen ihrer kurzen Betriebslebensdauer häufig ersetzt werden, was einen großen Wartungsarbeitsaufwand zur Folge hat.

Die Erfindung bezweckt nun die Ausschaltung der Nachteile der vorstehend beschriebenen, herkömmlichen Vorrichtungen durch Schaffung einer Signalübertragungsvorrichtung für die Übertragung eines Gleichstromsignals von einem Signalgeber zu einem elektrisch von diesem getrennten Signalempfänger, und zwar ohne mechanische Betätigungen.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Signalübertragungsvorrichtung dargestellt, die einen Signalgeber 10, eine allgemein mit 22 bezeichnete, an den Signalgeber 10 angeschlossene Magnetvorrichtung, einen magnetisch an letztere angekoppelten Magnetflußdetektor 24 und einen Signalempfänger 18 aufweist.

Der Signalgeber 10 weist einen Druck(knopf)schalter 1a, eine Gleichstromversorgung 1b und einen strombegrenzenden Widerstand 1c auf, die in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, um ein beim Schließen des Kontakts entstehendes Signal zu erzeugen.

Die Magnetvorrichtung 22 weist einen Magneten 22a, eine

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induktiv um diesen herum angeordnete elektromagnetische Spule 22b sowie zwei Eingangsleitungen auf, die an den Widerstand 1c bzw. den Schalter 1a des Signalgebers 10 angeschlossen sind.

Bei Betätigung des Druckschalters 10a fließt ein Strom von der Gleichstromversorgung 10b über den strombegrenzenden Widerstand 10c in die Spule 22a, so daß im Magnetkern 22a ein in Richtung des Pfeils A in Pig. J3 wirkender Magnetfluß erzeugt wird.

Der Magnetflußdetektor 24 weist ein magnetisch ansprechendes oder empfindliches Halbleiterelement 24a und einen Operationsverstärker 24b auf, dessen beide Eingänge über das Halbleiterelement 24a geschaltet sind, um das Ausgangssignal von letzterem zu verstärken. Der Ausgang des Verstärkers 24b ist an die Basis eines Transistors 24c in Emitterschaltung angeschlossen, dessen Kollektor, wie durch die Pfeile dargestellt, über einen Kollektorwiderstand 24d an eine Gleichstromversorgung angeschlossen ist. Letztere dient auch zur Speisung des Halbleiterelements 24a und des Verstärkers 24b.

Bei Magnetisierung des Magnetkerns 22a zur Erzeugung des Magnetflusses in ihm liefert das Halbleiterelement 24a ein der Dichte des so erzeugten Magnetflusses proportionales Ausgangssignal. Dieses wird durch den Operationsverstärker 24b verstärkt, um dem Transistor 24c einen Basisstrom zuzuführen. Hierdurch wird der Transistor 24c durchgeschaltet, wobei das an seinem Kollektor liegende Potential einen niedrigen logischen Wert oder Pegel besitzt·

Sobald der Magnetfluß aufhört, wird kein Basisstrom an den Transistor 24c geliefert. Infolgedessen wird der Transistor 24c in seinen Sperrzustand versetzt, in welchem das Kollektorpotential auf einem hohen logischen Wert oder Pegel gehalten wird.

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Der Signalempfänger 18 weist zwei NAND-Gatterschaltungen i8a und i8b, eine lichtemittierende Diode i8c und einen Widerstand i8d auf, die in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Die NAND-Schaltung i8a ist mit ihrem Eingang an den Kollektor des Transistors 24c angeschlossen, dessen eine Klemme an eine Gleichstromversorgung Vcc angeschlossen ist, die zur Speisung des Magnetflußdetektors 24 dient. Wenn am Eingang der NAND-Schaltung i8a ein hoher logischer Wert anliegt, erzeugt dieses Element ein Ausgangssignal mit einem niedrigen logischen Wert, während die NAND-Schaltung i8b ein Ausgangssignal mit einem hohen logischen Wert oder Pegel erzeugt. Wenn das Ausgangssignal der NAND-Schaltung i8b seinen, hohen logischen Wert besitzt, fließt kein Strom von der Gleichstromversorgung Vcc über den Widerstand i8d und die lichtemittierende Diode 18c, so daß letztere kein Licht emittiert. Beim Anliegen eines seinen niedrigen logischen Wert besitzenden Eingangssignals an der NAND-Schaltung i8a kann jedoch ein Strom von der Gleichstromversorung Vcc über die Diode i8c fließen, so daß diese Licht emittiert. Gemäß Fig. J5 wird das Ausgangssignal von der NAND-Schaltung i8a einer Nutzschaltung zugeführt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist somit ersichtlich, daß bei der Anordnung gemäß Pig. j5 ein vom Signalgeber 10 abgegebenes Signal, selbst wenn es eine Gleichstromkomponente besitzt, unter Ausnutzung von Magnetismus als Ubertragungsmedium zum Signalempfänger 18 übertragen werden kann, ohne daß irgendwelche mechanischen Betätigungen durchgeführt werden. Außerdem wird durch die induktive Anordnung der elektromagnetischen Spule 22b um den Magnetkern 22a herum eine Integrierschaltung mit einer Induktivität und einem Widerstand gebildet, durch welche in dem vom Signalgeber 10 abgegebenen Signal enthaltene Rauschkomponenten ausgefiltert werden. Durch entsprechende Wahl der Größen der Induktivität und des Widerstands in Abhängigkeit von der Größe der Rauschkomponenten kann das Filter 20 (Fig. 2) weggelassen werden.

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In Pig. 4, in welcher den Teilen von Pig. j5 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist eine Abwandlung der Magnetvorrichtung 22 von Pig. 5 dargestellt. Diese Abwandlung unterscheidet sich nur insofern von der Anordnung gemäß Fig. 3* als in Fig. 4 zwei elektromagnetische Spulen 22b und 22c induktiv um einen einzigen Magnetkern 22a herumgewickelt sind, wobei diese Spulen jeweils zwei Eingangsenden 26 bzw. 28 aufweisen. Der Signalgeber 10 kann dabei zwei Signale mit Gleichstromkomponenten an die beiden Eingangsendpaare 26 bzw. 28 anlegen.

Bekanntlich erzeugt ein durch eine elektromagnetische Spule oder Wicklung fließender Strom einen Magnetfluß, dessen Fließrichtung durch die Stromflußrichtung in der Spule und deren Wicklungsrichtung bestimmt wird und dessen Größe von der Größe des Stroms und von der Zahl der Spulenwindungen abhängt. Bei Anwendung des beschriebenen Verhältnisses zwischen Magnetfluß und Strom wird es bei der Anordnung gemäß Fig. 4 möglich, logische Operationen bezüglich der logischen Summe oder "ODER"-Funktion oder des logischen Produkts oder "UND"-Punktion durchzuführen.

Genauer gesagt: Wenn die elektromagnetischen Spulen 22b und 22c beispielsweise beide die gleiche Windungszahl und die gleiche Wicklungsrichtung besitzen, erzeugen zwei an die Eingangsenden 26 bzw. 28 der Spulen 22b zw. 22c angelegte Signale Magnetflüsse, die sowohl bezüglich Fließrichtung als auch Magnetflußdichte einander gleich sind, solange die Signale in den Spulen Ströme fließen lassen, die bezüglich Fließrichtung und Größe einander gleich sind.Unter diesen Bedingungen kann die logische Summe der an die Spulen-Eingangsenden 26 und 28 angelegten Signale erhalten werden, indem der Magnetflußdetektor 24 so ausgelegt und konstruiert wird, daß er auf ein an den Eingangsenden 26 oder 28 an die Magnetvorrichtung 22 angelegtes Signal anspricht. Die Magnetvorrichtung 22 wirkt folglich mit dem Magnetflußdetektor 24 als ODER-Glied zusammen.

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Zudem führt die gleichzeitige Anlegung der beiden Signale an die Magnetvorrichtunc 22 an beiden Eingangspaaren 26 und 28 zu einem Magnetfluß mit der gleichen FließrichtunG und der doppelten Dichte wie der Dichte eines Magnetflusses infolge eines Signals, das an das eine Eingangspaar 26 bzw. 28 der Magnetvorrichtung 22 angelegt wird. Hierbei kann der Magnetflußdetektor 24 so abgewandelt werden, daß er auf die doppelte Magnetflußdichte aufgrund des an beide Eingangsendpaare 26 und angelegten Signals anspricht. Der so abgewandelte Magnetflußdetektor 24 spricht dabei nicht auf die getrennte bzw. einzelne Anlegung der Signale an die jeweiligen Eingänge 26 bzw. 28 der Magnetvorrichtung an, vielmehr spricht er nur dann an, wenn die Signale gleichzeitig an beide Paare von Eingangsenden 26 und 28 angelegt werden. Dies führt zur logischen Operation der Bildung des logischen Produkts der beiden an die Eingangsendpaare 26 und 28 angelegten Signale, Die Magnetvorrichtung 22 wirkt somit als UND-Glied mit dem Magnetflußdetektor 24 zusammen.

Mit der Erfindung wird ersichtlicherweise also eine Signalübertragungsvorrichtung geschaffen, bei welcher ein von einem Signalgeber erzeugtes Eingangssignal mit Gleichstromkomponente unter Ausnutzung eines Magnetflusses als Übertragungsmedium zu einem Signalempfänger übertragen wird, wobei der Signalgeber vom Signalempfänger elektrisch isoliert ist und wobei keine mechanischen Betätigungsvorgänge durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Signalübertragungsvorrichtung mehrere Signale logisch verarbeiten, weil der resultierende Magnetfluß entsprechend dem Resultat der mit den verschiedenen Signalen durchgeführten logischen Operation erzeugt und dann in ein entsprechendes Signal umgewandelt wird, das seinerseits dem Signalempfänger zugeführt wird. Mit der Erfindung kann mithin die Signalübertragungsschaltung vereinfacht und eine wirtschaftliche Konstruktion gewährleistet werden.

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Obgleich die Erfindung vorstehend nur in einigen bevorzugten Ausführungsformen offenbart ist, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Signalübertragungsvorrichtung geschaffen, bei welcher ein Signalgeber ein beim Schließen eines Kontakts entstehendes Signal mit einer Gleichstromkomponente an eine induktiv um einen Magnetkern herumgewickelte elektromagnetische Spule liefert. Die Spule erzeugt dabei einen entsprechenden Magnetfluß, der seinerseits von einem Magnetflußdetektor, etwa einem magnetisch ansprechenden Halbleiterelement, abgegriffen bzw. festgestellt wird. Der Detektor legt ein dem abgegriffenen Magnetfluß entsprechendes Signal an einen Signalempfänger an.

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Claims

- 12 Patentansprüche

ί Ο Signalübertragungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Signalgeber (10) zur Erzeugung eines Signals mit einer Gleichstromkomponente, eine an den Signalgeber angeschlossene Magnetvorrichtung (22), die auf das von ersterem gelieferte Signal anspricht und einen entsprechenden Magnetfluß erzeugt, und durch einen magnetisch an die Magnetvorrichtung angekoppelten Magnetflußdetektor (24) zum Feststellen bzw. Abgreifen des Magnetflusses zwecks Erzeugung eines entsprechenden Signals, ohne daß irgendwelche mechanischen Betätigungsvorgänge durchgeführt zu werden brauchen, wobei das vom Signalgeber (1O) gelieferte Signal durch das Zusammenwirken zwischen der Magnetvorrichtung (22) und dem Magnetflußdetektor (24) zu einem Signalempfänger (18) übertragen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die MagnetVorrichtung einen Magnetkern (22a) und eine induktiv um diesen herum angeordnete elektromagnetische Spule (22b) aufweist, die über den Signalgeber (10) geschaltet ist,
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetflußdetektor ein magnetisch an die Magnetelnrlchtung angekoppeltes, magnetisch empfindliches Halbleiterelement, einen mit letzterem verbundenen Verstärker und einen an diesen angeschlossenen Transistor aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber mehrere Signale mit einer Gleichstromkomponente erzeugt und daß die Magnetvorrichtung diese Signale aufnimmt und einen resultierenden Magnetfluß entsprechend dem Resultat der logischen Verarbeitung dieser Signale erzeugt.

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5· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber zwei Signale mit Gleichstromkomponente liefert und daß die Magnetvorrichtung zwei mit diesen Signalen beaufschlagte elektromagnetische Spulen aufweist, die induktiv um den Magnetkern herum angeordnet sind.

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