DE2544216A1

DE2544216A1 - Ermittlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2544216A1
Application number: DE19752544216
Authority: DE
Inventors: Frans Betz; Jacobus Johannes De Haas; Petrus Cornelis Van Der Kraan
Original assignee: Nederlanden Staat
Current assignee: Nederlanden Staat
Priority date: 1974-10-09
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-04-15
Also published as: US4029957A; FR2287701B1; NL7413282A; NL169693B; DE2544216C3; NL169693C; GB1495084A; FR2287701A1; DE2544216B2

Description

DR. FRIEDRICH E. MAYER 753 pforzheim

DIPL.-ING. A. PANTENBURG westliche 24

PATENTANWÄLTF kabel, tripatent pforzheim

TELEFON (0 79 31) 134 60

BESCHREIBUNG

zur Patentanmeldung

De Staat der Nederlanden, te dezen vertegenwoordigd door de directeur-generaal der Posterijen, Telegrafie en Telefonie, Den Haag (Niederlande).

betreffend: Ermittlungsvorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Ermittlung von Verschiebungen mit Hilfe einer Lichtquelle und eines Fotodetektors.

Eine derartige Vorrichtung kann z.B. im Handsortierbetrieb eines Postamts verwendet werden, wo es wichtig ist, die Menge der sortierten Post pro Richtung zumindest annähernd feststellen zu können. Bei dieser Verwendung ergibt sich nhor eine Reihe von Schwierigkeiten solcher Art, dass eine gut funktionen,niude Zählvorrichtung bisher nicht vorhanden ist.

Die Dimensionen der Apparatur vor oder in den Sortierfächern müssen so klein wie möglich sein, um das Sortieren als solches und die Aufnahmekapazität der Fächer nicht zu beeinträchtigen.

Es muss mit reflektiertem Licht gearbeitet werden, weil die Unterbrechung des Strahlengangs durch einen zu langen oder verkehrt liegenden Brief die Vorrichtung ausser Betrieb setzen kann.

Die Vorrichtung muss für Glanz- und Farbunterschiede der Briefe unempfindlich sein.

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Die Vorrichtung muss für sich bewegende Schatten, Umgebungslicht auch wenn es ein - und ausgeschaltet wird - Rauch u.dergl. unempfindlich sein.

Die für die Lichtquelle benötigte Energie muss mit Rücksicht auf die Wärmeentwicklung in den kleinen Sortierfächern, die zu Kästen mit einem stark wärmeisolierenden Papierinhalt zusammengefügt sind, minimal sein.

Die Vorrichtung muss so empfindlich sein, dass auch ein Brief, der vorsichtig auf den Stapel geschoben wird und dieselbe Farbe und den gleichen Glanz wie der oberste Brief auf dem Stapel hat, ermittelt wird.

Die Erfindung bietet eine Lösung, die allen genannten Anforderungen dadurch gerecht wird, dass ein Impulsgeber für die Speisung der Lichtquelle mit einer im Verhältnis sehr grossen Energiemenge während eines sehr kleinen Teils der Zeit und ein mit dem Impulsgeber synchronisierter Vergleicher- um ein von dem Fotodetektor empfangenes Signal während der genannten Zeit mit dem vorigen Signal zu vergleichen und bei konstatiertem Unterschied dem Zähler ein Signal zuzuführen- vorgesehen sind. Mit z.B. 1.000 Impulsen pro Sekunde und einer Impulsdauer von 10 uSek. ist der erwähnte, sehr kleine Teil der Zeit dann 1%. Ist die Stromstärke der ununterbrochenen Speisung der Lichtquelle, die eine lichtemittierende Diode ist, einige Milliampere, so kann diese Stromstärke bei der geringen Zeitdauer dank der Erfindung einige Ampere betragen. Der ununterbrochene Speisestrom ist daher nur ein Bruchteil des Stroms, der durch die Lichtquelle fliesst, und bleibt dadurch auf einige Milliampere beschränkt. Dank der geringen Leistung ist also keine kostspielige Speisung erforderlich.

Zur Verstärkung der Impulse der Fotozelle ist ein Wechselstromverstärker erforderlich, der im allgemeinen im Vergleich zu Gleichstromverstärkern den Vorteil bietet, eine grössere Stabilität zu besitzen. Er kann überdies filtrierend wirken, so dass der durch das umringende Licht entstehende Fotostrom von dem der Lichtimpulse sehr gut getrennt werden kann. Die Stärke des umringenden Lichts ist nicht mehr interessant, und die Lichtimpulse können von diesem mit einer niedrigeren Frequenz wechselnden Licht ziemlich leicht unterschieden werden. Überdies ist der Verstärker derart programmiert, dass er Ausgangssignale nur zu den Augenblicken weitergibt, zu denen ein Impuls vorhanden sein kann. Damit wird eine weitgehende Rausch- und Störungsunterdrückung erzielt.

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Vorzugsweise hat die Vorrichtung einen Kondensator, dessen Ladung ein Masstab für den zuletzt von dem Fotodetektor empfangenen Impuls ist. Eine Ladungsänderung kann nur zu den Augenblicken stattfinden, zu denen die Lichtquelle Licht ausstrahlt.In der Ruheperiode wird die letzte Ladung von dem Kondensator gespeichert. Dadurch können schnelle Reflexionsänderungen gut beobachtet werden, und es bietet sich überdies die Möglichkeit, ein sehr grosses Arbeit/Ruhe-Verhältnis zu benutzen, dessen Vorteil in der Möglichkeit liegt, mit einem ziemlich geringen, ununterbrochenen Speisestrom einen grossen Lichtertrag aus der Lichtquelle zu erzielen, was eine Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses bewirkt.

Es empfiehlt sich, in die Speiseleitung der Lichtquelle einen Regler aufzunehmen, der mit den empfangenen Impulsen gesteuert werden kann. Statt dessen kann auch in der abgehenden Verbindung des Fotodetektors ein Regler aufgenommen sein, der ebenfalls mit den empfangenen Impulsen gesteuert wird.

Die Stapelhöhe oder der Reflexionskoeffizient kann nämlich so gross sein, dass die Reflexion einen derart grossen Fotostrom verursacht, dass der dahinter stehende Verstärker gesättigt und eine Änderung der Reflexion nicht mehr wahrgenommen wird. Um das zu vermeiden, erfolgt dann über einem bestimmten Wert eine Rückregelung. Ist die Regelung sehr stark, dann ist das von der Fotozelle empfangene Licht in stabilem Zustand praktisch konstant. Die Wahrnehmung, dass eine Reflexionsänderung stattgefunden hat, ist dann nicht mehr die Wahrnehmung einer absoluten, sondern einer relativen Änderungsgrösse.

Vorzugsweise ist die Lichtquelle eine Diode, die infrarotes Licht ausstrahlt. Der Vorteil einer derartigen Lichtquelle im Vergleich zu einer Glühbirne liegt vor allem darin, dass sehr schnelle Lichtimpulse gesendet werden können. Als zweifer Vorteil wäre zu erwähnen, dass kein den Sortierer störendes Licht ausgestrahlt wird. Weitere Vorteile sind: kleine Dimensionen, sehr lange Lebensdauer und Stoss- und Schwingungsfestigkeit. Der Lichtertrag ist an sich zwar gering, wird aber gerade durch die Schaltung nach der Erfindung erheblich gesteigert.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Handsortiervorrichtung mit einem oder mehreren Sortierschränken mit je einer Reihe von Sortierfächern. Diese Handsortiervorrichtung ist durch das Vorhandensein einer Ermittlungsvorrichtung für jedes einzelne Sortierfach, wie weiter oben beschrieben, gekennzeichnet, womit Verschiebungen der obersten Fläche des -Stapels in dem

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Fach'durch Reflexion ermittelt werden können, und wobei eine zentrale Verarbeitungseinheit vorgesehen ist, an die die Ermittlungsvorrichtungen der Sortierfächer über Multiplexer und Demultiplexer angeschlossen sind. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt Fig. 1 ein Sortierfach mit dem Blockschema eines Brief emittiere, Fig. 2 das Diagramm eines Fotodiodenstroms, Fig. 3 ein Blockschema für den Impulsgeber und für die

LED-steuerung,

Fig. 4 einen Gleichrichter,

Fig. 5 einen Gleichrichter mit elektronischen Schaltern und Fig. 6 eine Übersicht über die Sammlung und Verarbeitung der

ermittelten Daten. .

i An der Decke eines jeden Sortierfachs 1 ist eine Dose 2 montiert,

in der u.a. eine Lichtquelle 3 und ein Fotodetektor 4 untergebracht sind. Ein Brief in dem Fach verursacht nun, je nach dem Abstand zwischen diesem Brief und dem Fotodetektor und dem Reflexionskoeffizienten des Papiers eine bestimmte Reflexion, die die Stromstärke im Fotodetektor bestimmt. Wird der nächste Brief in das Fach geworfen, dann ändert sich die gegebene Reflexion infolge eines evtl. anderen Reflexionskoeffizienten und eines anderen Abstands. Die Reflexionsänderung hat zur Folge, dass sich der Fotodetektorstrom ändert. Das wird von einer elektronischen Schaltung gemeldet. Die Zahl der Meldungen wird zentral registriert. Eine Meldung besagt also, dass eine Reflexionsänderung stattgefunden hat, woraufhin angenommen wird, dass ein Brief in das Sortierfach geworfen wurde. Der.Fotodetektor ist mit einem Verstärker 5 verbunden, dessen Ausgang zu einem Differenzdetektor führt. Dieser Differenzdetektor arbeitet periodisch dank der Steuerung seitens des Impulsgebers-7. Der Impulsgeber sorgt über den Regler 8 dafür, dass der Lichtquelle 3 während 1% der Zeit Energie zugeführt wird, über den Verzögerer 9 wird der Regler von dem Differenzdetektor 6 aus gesteuert. Der Ausgang des Differenzdetektors 6 führt über den Verzögerer 10 und den Verstärker 11 zu der zentralen Verarbeitungseinheit. Die Verzögerer dienen dazu, einander schnell folgende Differenzen zu integrieren. Pro Sortierfach ist eine Schaltung It. Fig. 1 vorhanden. Der Verstärker 5 dient überdies als Hochpassfilter. Damit wird eine zweckmässige Trennung zwischen dem Lichtstrom von aussen und den Lichtimpulsen erzielt.

Fig. 2 zeigt das Diagramm eines Fotodiodenstroms, der durch die Vorrichtung derart getrennt werden kann, dass der Einfluss des Aussen-

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liehtwechseis (Linie 12) eliminiert wird, und die Impulse 13 des Fotodetektors 4 übrigbleiben.

Der Impulsgeber 7 ist im Prinzip ein rückgekoppelter Verstärker, der als Relaxationsoszillator arbeitet (siehe Fig. 3, linke Hälfte). Die Ausgangsspannung wird über die Widerstände 14 und 15 und die Dioden 16 und 17 zum Eingang rückgekoppelt, was bei ausreichend hoher Eingangsspannung eine Potentialänderung am Ausgang verursacht. Der Kondensator 18 sorgt aber für eine Verzögerung, und zwar zusammen mit dem Widerstand 14, wenn der Ausgang in bezug auf die Eingangs spannung positiv ist, oder zusammen mit dem Widerstand 15, wenn der Ausgang in bezug auf die Eingangsspannung negativ ist. Werden nun die Werte der Widerstände 14 und 15 z.B. im Verhältnis 1 zu 100 gewählt, dann verhalten sich die RG-Zeiten auch wie 1 zu 100, und es entsteht ein Arbeit/ Ruhe-Verhältnis von 1%. Die Widerstände 19 und 20 geben dem Verstärkereingang 21 eine mit der Ausgangsspannung sich ändernde Vorspannung. Dadurch muss die Ladung des Kondensators 18 mindestens diese Spannung haben, soll sich die Polarität des Ausgangs ändern. Diese Vorspannung ist so niedrig, dass die Aufladekurve des Kondensators nur den Beginn der normalen RC-Kurve bildet. In diesem Bereich ist die Charakteristik praktisch linear.

Da die Lichtquelle 3 eine Diode ist, die je nach der Grosse des Diodenstroms Licht ausstrahlt, ist eine grosse Verstärkung erforderlich, um einen starken Diodenstrom und damit auch viel Licht zu erzielen. Hierfür eignet sich die Darlington-Schaltung 22, wobei die Diode in den Emitterkreis aufgenommen ist (siehe Fig. 3, rechte Hälfte). In der Kollektorleitung befinden sich ein Widerstand 23 und ein Entkopplungskondensator 24. Der totale Impulsstrom wird in erster Instanz dem Kondensator 24 entnommen. Dadurch erfährt die Speisung keine Impulsbelastung und wird Übersprechen u.dergl. durch die Speisung und die Speisungsleitungen vermieden. Die Speisung lädt den Kondensator praktisch ununterbrochen mit einem Strom auf, der gleich At*Dpi ^0701 f*

^X * ^SP*^tze *-^st· ^w*^{e bere}its erwähnt, wird der Fotostrom geregelt

(Leitung 25). Das erfolgt mit Hilfe eines der Darlingtonschaltung parallel aufgestellten Transistors 26,der je nach der Stärke des empfangenen Signals Basisstrom empfängt. Dadurch wird der Kondensator entladen. Die Spannung in der Darlingtonschaltung ist dann gefallen und das hat zur Folge, dass auch der Strom durch die Diode 3 abnimmt.

In dem Differenzdetektor kann im Prinzip eine Diode 27 und ein Kondensator 28 (siehe Fig. 4) benutzt werden, und zusätzlich im Auflade- bzw. im Entlade-Stromkreis ein Schalter 29 bzw. 30. Eine Ladungsänderung kann nur zu den

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Augenblicken stattfinden, zu denen der Schalter 30 geschlossen und der
Schalter 29 offen ist. Diese Augenblicke des Offen- und Geschlossenseins
werden von dem Impulsgeber 7 bestimmt, der auch die Diode 3 steuert.
Eine Ladungsänderung kann also nur zu den Augenblicken stattfinden, zu denen die Diode 3 Licht ausstrahlt. In der Ruheperiode wird die letzte Ladung im
Kondensator 28 gespeichert, der also eine Speicherfunktion erfüllt. Diese
Methode der synchron geschalteten Gleichrichtung verschafft den Vorteil,
schnelle Änderungen gut verfolgen zu können, und überdies bietet sich die
Möglichkeit sehr grosser Arbeit/Ruhe-Verhältnisse. Der Vorteil eines grossen Arbeit/Ruhe-Verhältnisses liegt in der Möglichkeit, mit einem ziemlich
geringen ununterbrochenen Speisestrom einen grossen Lichtertrag der Diode
zu erzielen. Dadurch verbessert sich das Signal/Rausch-Verhältnis.

In Wirklichkeit benutzt man nicht die Schalter 29 und 30, sondern zwei
Transistoren 31 und 32, die die gleichen Funktionen erfüllen (siehe Fig. 5).

Detaillierte Ermittlungsunterschiede pro Brief werden mit Hilfe des
Verzögerers 10 zu einer einzigen Zählung integriert.

Alle Ausgänge der Briefermittler gehen über die Filter 33 und die
Speicher 34 zu dem Multiplexer 35, wo sie Stück für Stück abgetastet werden. Damit ist eine Parallel-Serien-Umsetzung der Information gegeben (siehe
Fig. 6). Diese Umsetzung kann sehr einfach mit Hilfe digitaler, integrierter Schaltungen, die speziell für diesen Zweck hergestellt sind, erfolgen. Start und Synchronisierung finden von einem zentralen Punkt aus statt. Der Vorteil ist, dass pro Sortierschrank nur ein einziger Draht erforderlich ist, um die Zählungsergebnisse aller Fächer dem zentralen Punkt zuzuführen. Dieser eine
Draht, zusammen mit Drähten, die die gleiche Funktion haben und aus anderen
Sortierschränken kommen, kommen bei einer Schaltung zusammen, wo pro Schritt von einem Multiplexer 37 entsprechende Fächer aller Sortierschränke nacheinander abgetastet werden. Dies ist wiederum eine Parallel-Serien-Umsetzung,
jetzt aber sind die Ausgangssignale entsprechender Fächer der verschiedenen
Sortiersehränke einander nachgeordnet. Diese Signale werden von dem
Demultiplexer 38 an die für das betr.Fach vorgesehene Zähleinheit 39 weitergegeben, die die Impulse zählt. Dann folgt der nächste Schritt. Die Zahl der Schritte wird durch die Zahl der Fächer pro Schrank bestimmt und bildet
einen Zyklus. Die einzelnen Schritte des Fächerschieberegisters werden durch einen Taktgeberimpuls seitens des Multivibrators 40 ausgelöst. Mit 41 ist
eine Rückstelleitung angegeben. Am Anfang eines jeden Zyklus wird ein
Impuls gegeben, der die Übertragung der Daten aus den Speichern 34 in den

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Parallel-Serien-Umsetzer und die Rückstellung der Speicher auslost. Dieser Impuls entsteht durch Teilung der Taktgeberimpulse. Für die Übertragung der . Impulse zwischen den Sortierschranken und der zentralen Zahleinheit werden optische Entkoppler benutzt, die eine galvanische Trennung zwischen der Speisung der Sortierschränke und der der zentralen Einheit bewerkstelligen. Das wird für notwendig erachtet, um einen gewissen Grad der Storungsunterdrückung zu erzielen. Das ganze Zählsystem ist derart konstruiert, dass nur niederfrequente Signale übertragen werden. Dadurch bringen einfache Filter auf den Leitungen einen störungsfreien Empfang zustande.

Als Zähler ist im Prinzip jede Vorrichtung, die imstande ist, eine Ziffer um 1 zu erhohen, brauchbar - abgesehen von der Geschwindigkeit, die beim Gebrauch mehrerer Sortierschränke eine Rolle spielt. Die Benutzung eines Steuerrechners als Zähler und Datensammler bietet eine Reihe von Vorteilen, die essentielle Bedeutung besitzen. Ein kleiner Steuerrechner kann die ganze Zählung überwachen, die Ergebnisse verarbeiten, signalisieren, wenn übermässig viel oder zu wenig Zählungen stattfinden, die Sortierungen pro Zeiteinheit registrieren usw. Werden dem Steuerrechner verschiedene Programme mitgegeben, dann kann er voll und ganz für das Sortier- und Rechenverfahren eingesetzt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

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I,J Vorrichtung für die Ermittlung von Verschiebungen mit Hilfe einer Lichtquelle und eines Fotodetektors, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulsgeber fur die Speisung der Lichtquelle mit einer im Verhältnis sehr grossen Energiemenge während eines sehr kleinen Teils der Zeit und ein mit dem Impulsgeber synchronisierter Vergleicher - um ein von dem Fotodetektor empfangenes Signal während der genannten Zeit mit dem vorigen Signal zu vergleichen und bei konstatiertem Unterschied dem Zähler ein Signal zuzuführen - vorgesehen sind.
2. Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kondensator besitzt, dessen Ladung ein Masstab für den zuletzt von dem Fotodetektor empfangenen Impuls ist.
3. Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Speiseleitung der Lichtquelle ein Regler aufgenommen ist, der mit den empfangenen Impulsen gesteuert werden kann.
4. Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der abgehenden Verbindung des Fotodetektors ein Regler aufgenommen ist, der mit den empfangenen Impulsen gesteuert wird.
5. Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Diode ist, die infrarotes Licht ausstrahlt.
6. Handsortiervorrichtung mit einem oder mehreren Sortierschränken mit je einer Reihe von Sortierfächern, dadurch gekennzeichnet, dass pro Sortierfach eine Ermittlungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5 gegeben ist, womit Verschiebungen der obersten Fläche des Stapels in dem Fach durch Reflexion ermittelt werden können, und wobei eine zentrale Verarbeitungseinheit vorgesehen ist, an die die Ermittlungsvorrichtungen der Sortierfächer über Multiplexer und Demultiplexer angeschlossen sind.

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