DE3023784C2 - Fotoelektrischer Detektor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen fotoelektrischen Detektor gemäß der Gattung des Patentanspruches 1. Ein solcher Detektor ist mit einem Lichtsendeteil und einem Lichtempfangsteil ausgerüstet, die getrennt von-

einander angeordnet sind, und dient dazu, die Unterbrechung oder Verminderung von übertragenen Lichtstrahlen infolge des Einflusses von Rauch usw. im Raum zwischen dem Lichtsendeteil und dem Lichtempfangsteil festzustellen, wobei die Arbeitsweise des Lichtempfangsteils mit der Arbeitsweise des Liohtsendeteils synchronisiert ist.

Im allgemeinen wird zur Messung einer Konzentration von Rauch oder Lichttransmission in einem Raum das Licht von einem Lichtsendeteil mit einer Lichtquelle durch einen Lichtempfangsteil erfaßt, um die Transmission oder das Erlöschen des Lichtes zwischen dem Lichtsende- und dem Lichtempfangsteil zu ermitteln. Das Lichtempfangsteil ist jedoch verschiedenem, störenden Fremdlicht unterworfen, wie etwa dem modulierten Licht von einer Fluoreszenzlampe das wie das Licht von der Lichtquelle des Lichtsendeteils einfällt, so daß, wie weithin bekannt, eine genaue Lichttransmission oder Lichtminderung nicht gemessen werden kann, ohne ein solches Fremdlicht zu eliminieren.

Zur Lösung des vorgenannten Problems wurden hierzu bereits mehrere Verfahren vorgeschlagen. So ist ein erstes Verfahren bekannt, bei dem von dem Lichtsendeteil ausgestrahltes Licht durch einen mechanischen Zerhacker moduliert und das modulierte Licht durch ein Lichtempfangsteil demoduliert wird. Ein zweites Verfahren sieht vor, daß die Lichtquelle des Lichtsendeteils mit 1 KHz betrieben und das empfangene Lichtsignal durch einen Filter von IKHz behandelt wird. Ein drittes Verfahren ist angewendet word in, indem die Lichtquelle des Lichtsendeteils intermittierend mit einer modulierten Frequenz betrieben und ein mit dem intermittierenden Betrieb der Lichtquelle synchronisiertes Signal dem Lichtempfangsteil dergestalt zugeführt wird, daß das Lichtempfangsteil ausschließlieh empfangene Lichtsignale berücksichtigt, die mit dem intermittierenden Betrieb der Lichtquelle synchronisiert sind.

Das erste konventionelle Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß ein Apparat für dieses Verfahren teuer und wegen des in ihm verwendeten mechanischen Bauteils für einen längeren Gebrauch nicht geeignet ist, während das zweite konventionelle Verfahren ebenfalls einen Nachteil aufweist, nämlich daß der Störabstand (signal/noise ratio: SN ratio) der empfangenen Lichtsignale zum Fremdlicht nicht zufriedenstellend ist, weil Hochfrequenzkomponenten des Fremdlichtes möglicherweise innerhalb des Durchlaßbandes des Filters vorhanden sind. Im Gegensatz dazu hat das konventionelle dritte Verfahren einen relativ exzellenten Störabstand des empfangenen Lichtsignals zu dem Fremdlicht, da das modulierte Licht intermittierend übertragen wird und das Lichtempfangsteil das Licht synchron zu dem modulierten Licht empfängt. Demzufolge wird dieses Verfahren weit verbreitet benutzt. Wird jedoch dieses Verfahren auf einen Feuermelder eines Feueralarmsystems angewendet, werden das Lichtsende- und das Lichtempfangsteil durch eine Stromquelle am Empfänger des Feueralarmsystems versorgt, und eine spezielle Signalleitung oder -leitungen sind ergänzend erforderlich, um Synchronisationsimpulse zu senden und zu empfangen. Demzufolge weist das dritte Verfahren ein Problem bezüglich der Installation der Leitungen auf. Da insbesondere ein geteilter Typ eines Feuermelders allgemein in Warenhäusern usw. installiert wird, wobei das Lichtsendeteil vom Lichtempfangsteil einige Meter bis einige hundert Meter entfernt ist, bewirkt die Vergrößerung der Zahl der Leitungen ein ernsthaftes Problem.

In Verbindung mit der Steuerung elektrischer Apparate ist es aus der CH 4 24 968 bekannt, die Steuerfrequenz auf der Sendeseite und die Ansprechfrequenz auf der Empfangsseite in einem festen Verhältnis zur gemeinsamen Netzfrequenz zu wählen.

Es ist ferner aus der DE-AS 20 44 456 bei einem Detektor der eingangs genannten Art in Form einer Anordnung zur Überwachung von Impulslichtschranken bekannt, den zur Überwachung eingesetzten Laserstrahl in einen Überwachungsstrahl und einen Sicherungsstrahl zu unterteilen, von denen der Sicherungsstrahl über das zu sichernde Objekt zum Sicherungsteil des Empfängers läuft und der Überwachungsstrahl durch einen geschützten Raum zum Überwachungsteil geleitet wird. Es müssen somit zwei Laserstrahlen durch Fotodioden empfangen und wieder in elektrische Signale umgewandelt werden. Hierdurch haftet der bekannten Anordnung der Nachteil an, daß diese aufgrund der Notwendigkeit, zwei getrennte Strahlenbündel zu senden und zu empfangen, sehr aufwendig in ihrer technischen Ausgestaltung ist. Zwar kann auch anstelle des Überwachungsstrahles der Überwachungsimpuls über eine Kabelstrecke zum Empfänger geleitet werden. Auch diese mögliche Ausfuhrungsform ist jedoch aufwendig, insbesondere bezüglich der notwendigen Synchronisation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fotoelektrischen Detektor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der in der Lage ist, ein am Lichtempfangsteil empfangenes Lichtsignal synchron zum intermittierenden Leuchten der Lichtquelle zu verarbeiten, ohne eine spezielle Signalleitung oder -leitungen zur Synchronisation der Arbeitsweise des Lichtempfangsteils mit der Arbeitsweise des Lichtsendeteils zu benötigen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Eine nebengeordnete Lösung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 2.

Der erfindungsgemäße fotoelektrische Detektor benötigt keine besondere Signalleitung zur Synchronisierung des Lichtsendeteils mit dem Lichtempfangsteil, so daß der fotoelektrische Detektor einfach in der technischen Ausrüstung und dennoch exzellent im Störabstand bezüglich störendem Fremdlicht ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Hierdurch kann der fotoelektrische Detektor insbesondere effektiv und einfach mit einer Stromquelle versorgt werden, selbst wenn der Leitungswiderstand relativ groß ist. Schließlich können der Güteabfall der Übertragungscharakteristik infolge der gegenseitigen Kapazität der Stromleitungen vermieden, eine Verzögerung der Anfahrzeit der Lichtquellenbeleuchtung eliminiert und der Einfluß von Störsignalen auf ein Minimum zurückgeführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des fotoelektrischen Detektors.

Fig. 2 ist eine Schaltskizze der besonderen Anordnung des Lichtsendebereichs des fotoelektrischen Detektors nach Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, das die Betriebsbedingungen des in Fig. 1 dargestellten fotoelektrischen Detektors zeigt.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des fotoelektrischen Detektors.

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm, das den Signalverlauf an verschiedenen Teilen des in Fig. 4 dargestellten fotoelektrischen Detektors zeigt.

F i g. 6 ist ein Zeitdiagramm, das die Startverzögerung der Beleuchtung durch die Lichtquelle infolge der gegenseitigen Kapazität der Stromleitungen zeigt.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform des fotoelektrischen Detektors.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform eines fotoelektrischen Detektors.

Fig. 9 ist eine Schaltskizze eines Schaltkreisbeispiels, das in dem in Fig. 8 dargestellten fotoelektrischen Detektor anwendbar ist.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer fünften Ausfuhrungsform des fotoelektrischen Detektors.

Fig. 11 ist ein Zeitdiagramm, das den Signalverlauf an verschiedenen Teilen des in Fig. 10 dargestellten fotoelektrischen Detektors zeigt.

Nach der Fig. 1 umfaßt der fotoelektrische Detektor einen Lichtsendeteil, das einen Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis 1, eine Treiberschaltung 2 und eine Lichtquelle 6 enthält, sowie ein Lichtempfangsteil, das einen fotoelektrischen Wandler 7, eine Verstärkerschaltung 8, eine Filterschaltung 9, eine Signalverarbeitungsschaltung 10, einen Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung und einen Umschaltkreis 14 beinhaltet. Die Treiberschaltung 2 weist einen Aufladungsschaltkreis 3, einen Schwingkreis 4 und eine Treiberstufe 5 auf. Der Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung enthält einen impulserzeugenden Schalkreis 12 und einen Umschaltkreis 13. Das Lichtsendeteil und das Lichtempfangsteil sind getrennt voneinander angeordnet und über Starkstromleitungen 16 miteinander verbunden, wobei ein Lichtsignal von der Lichtquelle 6 ausgesendet und über ein optisches System 15, wie etwa Linsen, durch den fotoelektrischen Wandlerschaltkreis 7 empfangen wird.

Der Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis 1 wird z. B. durch den in Fig. 2 dargestellten Inverter la gebildet, wobei er mit den Stromleitungen 16 zur Überwachung der Stromversorgung verbunden ist. Der Stromversorgungs-Übenvachungsschaltkreis 1 erzeugt ein Steuersignal, wenn keine Stromquelle angeschlossen ist, wobei das Signal dem Schwingkreis 4 eingegeben wird. Jedes Schaltmittel kann als Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis ausreichen, soweit es in der Lage ist, den Betrieb des Schwingkreises zu steuern, und hierzu der Schwingkreis 4 Funktionsmittel enthält, um abhängig von dem Vorhandensein oder der Abwesenheit einer Spannung zwischen den Stromleitungen 16,16 zu arbeiten oder nicht zu arbeiten. Da der Strom dem Lichtsendeteil intermittierend vom Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung zugeführt wird, wie noch später im Detail beschrieben, wird das Steuersignal ebenfalls intermittierend synchron zur Stromquelle ausgegeben.

Der Aufladungsschaltkreis 3 wird z. B. gemäß der Darstellung in Fig. 2 durch die Kapazität 3a und die Diode 36 dergestalt gebildet, daß eine durch den Schaltkreis 11 intermittierend zugeführte, elektrische Strom-Versorgungsladung aufgeladen wird und daß, wenn kein Strom zugeführt wird, die gespeicherte elektrische Ladung in Abhängigkeit vom Steuersignal vom Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis 1 für den Betrieb der Lichtquelle 6 entladen wird. Ein Widerstand oder ein Konstantstrom-Schaltkreis kann in Serie mit der Diode 3i vorgesehen werden, um eine Stromspitze im Auflauungsschaltkreis 3 zu reduzieren. In der Schaltkreisanordnung nach Fig. 2 sind eine Diode Aa und ein Kondensator Ab vorgesehen, um eine Schwankung der Spannung der Stromquelle am Schaltkreis 4 infolge der Aufladung und Entladung zu verhindern.

Die Kombination aus Schwingkreis 4 und Treiberstufe 5 bringt die Lichtquelle 6 mit einer vorgegebenen Frequenz intermittierend zum Leuchten. Der Schwingkreis 4 schwingt mit einer gegebenen Frequenz, wenn das Steuersignal von dem Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis 1 ihm eingegeben wird, wobei ein Ausgang des Schwingkreises 4 der Treiberstufe 5 zugeführt ist. Die Treiberstufe 5 ist mit dem Aufladungsschaltkreis 3 verbunden und bringt die Lichtquelle 6 unter Verwendung der gespeicherten elektrischen Ladung zum Leuchten. Wie in F i g. 2 dargestellt, wird die Treiberstufe 5 z. B. aus einem Transistor 5a und einem Widerstand Sb gebildet. Die Basis des Transistors 5a ist mit einem Ausgang des Schwingkreises 4 verbunden, so daß die gespeicherte elektrische Ladung des Aufladungsschaltkreises 3 in unterbrochener Folge in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Schwingkreises 4 entladen und moduliert wird, um die Lichtquelle in unterbrochener Folge mit der vorgegebenen Frequenz zum Leuchten zu bringen.

Die Lichtquelle wird z. B. durch eine lichtemittierende Diode gebildet und durch die lichtemittierende Treiberstufe 5 zum Leuchten gebracht. So wie die Lichtquelle 6 können auch andere Geräte verwendet werden, die auf die modulierte Frequenz ansprechen können. Zum Beispiel ist ein Halbleiterlaser, eine Entladungsröhre oder dgl. verwendbar.

Der fotoelektrische Wandler 7 kann aus einer Fotodiode, einem Fototransistor, einer fotoelektrischen Röhre, einer Fotozelle und dgl. gebildet werden, wobei ein Lichtsignal der Lichtquelle 6 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Verstärkerschaltung 8 verstärkt das Lichtsignal, das durch den fotoelektrischen Wandler 7 in ein elektrisches Signal umgewandelt wurde (nachfolgend als »ein empfangenes Lichtsignal« bezeichnet). Die Filterschaltung 9 läßt von denverstärkten, empfangenen Lichtsignalen nur ein Signal der vorgegebenen Frequenzkomponente durch, um Störsignale zu eleminieren. Die Signalverarbeitungsschaltung 10 vergleicht das empfangene Lichtsignal mit einem Referenzwert und erzeugt ein Alarmsignal, wenn das empfangene Lichtsignal unterhalb von einem vorgegebenen Wert ist. Diese Schaltungen sind allgemein identisch mit denen, die in konventionellen Transmissionsmeßapparaten usw. verwendet werden.

Der Schaltkreis zur intermittierenden Stromversorgung 11 beinhaltet einen irnpulscrzcugcndcn Schaltkreis 12 und den Umschaltkreis 13 und dient dazu, das Lichtsendeteil intermittierend mit der Stromquelle zu verbinden und einen Umschaltschaltkreis 14 zu betreiben, der im einzelnen später beschrieben wird. Der impulserzeugende Schaltkreis 12 erzeugt Impulse mit vorgegebener Impulslänge und vorgegebenen Impulsintervallen als Signale für den intermittierenden Anschluß der Stromquelle an den Lichtsendeteil. Das Verhältnis von Impulsintervall zur Impulslänge wird durch die Impedanz der Stromleitung 16 und einem Intervall des intermittierenden Leuchtens der Lichtquelle 6 bestimmt und kann z. B. mit 10:1 ausgewählt werden. Der Umschaltschaltkreis 13 überträgt die Impulse zum Lichtsendeteil über die Stromleitung 16 und erzeugt Impulse, deren Signalform bezüglich der vorhergehenden Impulse invertiert ist. Die invertierten Impulse werden dem Umschaltkreis 14 als ein invertier-

tes Ausgangssignal bezüglich der intermittierenden Stromversorgung zugeführt und betreiben den Umschaltkreis 14.

Der Umschalkreis 14 hat eine Charakteristik wie z. B. ein Analogschalter und ist zwischen die Filterschaltung 9 und die Signalverarbeitungsschaltung 10 eingefügt, um dem empfangenen Lichtsignal zu gestatten, der Signalverarbeitungsschaltung 10 in Abhängigkeit von dem invertierten Ausgangssignal zugeführt zu werden. Mit anderen Worten, der Umschaltkreis 14 ist geschlossen, wenn der invertierte Ausgang aktiviert ist und offen, wenn der Ausgang nicht aktiviert ist. Der Umschaltkreis 14 kann dergestalt ausgebildet sein, daß eine ähnliche Operation durch ein Signal geleitet wird, das eine mit der intermittierenden Stromversorgung is synchronisierte Phase hat. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß das Öffnen und Schließen des Schalters im engen Sinne nicht nur allein das Öffnen und Schließen des Schalters bedeutet, als vielmehr einen Zustand, bei dem Übertragung und Verarbeitung des empfangenen Lichtsignals oder eines darauf beruhenden Signals ermöglicht oder verhindert wird. Daher kann der Umschaltkreis 14 an einer anderen Stelle angeordnet sein, wo er das der Signalverarbeitungsschaltung 10 einzugebende, empfangene Lichtsignal oder das von der Schaltung 10 verarbeitete Signal schalten kann. Weiter kann der Umschaltkreis 14 so ausgebildet sein, daß er normalerweis3 die Signalverarbeitungsschaltung 10 in einer rückgesetzten Position hält und die Schaltung 10 in eine gesetzte Position bringt, wenn das empfangene Lichtsignal eingegeben wird. Fig. 3 stellt die Betriebszustände des fotoelektrischen Detektors gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform dar. In der Figur zeigen (A) bis (F) Spannungs-/Stromverläufe von Stellen, die in Fig. 1 durch dieselben Zeichen entsprechend bezeichnet sind.

Der Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung verbindet intermittierend eine Stromquelle über den Weg der Stromleitung 16 mit dem Lichtsendeteil. Fig. 3(A) zeigt die Signalform für die Stromversorgung. Zur gleichen Zeit verbindet der Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung den invertierten Ausgang hinsichtlich der intermittierenden Stromversorgung mit dem Umschaltkreis 14. Die Signalform des invertierten Ausgangs ist durch Fig. 3(B) gezeigt.

Da es ausreicht, daß der invertierte Ausgang den Umschaltkreis 14 öffnen kann, wenn der Strom dem Lichtsendeteil zugeführt wird, sei in diesem Zusammenhang angemerkt, daii es des invertierten Ausgangs des Umschaltkreises 13 nicht bedarf, wenn eine solche Operation sichergestellt werden kann und z. B. von Impulsen ausführbar ist, die von dem impulserzeugenden Schaltkreis 12 ausgegeben werden.

Andererseits überwacht im Lichtsendeteil der Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis 1 die intermittierende Stromversorgung und gibt ein mit dem invertierten Ausgang synchronisiertes Steuersignal aus, wie durch Fig. 3(D) gezeigt. In Abhängigkeit von dem Steuersignal schwingt der Schwingkreis 4 intermittierend mit der vorgegebenen Frequenz (z. B. mehreren kHz). Fig. 3(E) zeigt die Signalform des Ausgangs des Schwingkreises 4.

Der Aufladungsschaltkreis 3 wird über die intermittierende Stromversorgung aufgeladen und entlädt die gespeicherte elektrische Ladung über die Treiberstufe 5, wenn kein Strom zugeführt wird. Fig. 3(C) zeigt die Spannungsänderung gemäß der Ladung und Entladung. Wie aus Fig. 3(C) ersichtlich, werden die Ladung und Entladung synchron mit der intermittierenden Stromversorgung ausgeführt. Da die Ladungszeitkonstante des Aufladungsschaltkreises 3 durch die Kapazität des Kondensators 3a, den Leitungswiderstand der Stromleitung usw. bestimmt ist, wird die Impulslänge der Stromversorgung ausreichend lang im Vergleich mit einer Impulslänge für den Lichtquellenbetrieb dergestalt ausgewählt, daß der Kondensator 3a die geforderte elektrische Ladung leicht während der Stromversorgung speichern kann, selbst wenn der Leitungswiderstand groß ist.

Die Lichtquelle 6 wird mittels der Stromversorgung durch die gespeicherte elektrische Ladung am Kondensator 3a in Abhängigkeit vom Ausgang des Schwingkreises 4 betrieben und leuchtet in unterbrochener Folge und intermittierend mit einem Signalverlauf der ähnlich zu dem des Ausgangs des Schwingkreises 4 ist. Da in diesem Falle der Hauptteil der von der Lichtquelle 6 verbrauchten Leistung die Stromversorgung durch die gespeicherte elektrische Ladung im Kondensator 3a ist, wird die Beleuchtungsstärke oder Lichtstärke durch den Leitungswiderstand nicht beeinflußt. Obwohl in dieser Ausführungform in dem Kondensator 3a die gespeicherte Ladung vom Beginn des Lichtquellenbetriebs an allmählich vermindert wird und die Beleuchtungsstärke sich ebenfalls mit der Zeit vermindert, kann dies durch den Betrieb des Transistors 5a der Treiberstufe 5 mit einem konstanten Strom kompensiert werden.

Das Lichtsignal von der Lichtquelle 6 erreicht den Umschaltkreis 14 über den fotoelektrischen Wandler 7, die Verstärkerschaltung 8 und die Filterschaltung 9. Da der Umschaltkreis 14 synchron mit dem invertierten Ausgang des Schaltkreises 11 zur intermittierenden Stromversorgung geschlossen wird, und das intermittierende Leuchten der Lichtquelle 6 ebenfalls mit dem invertierten Ausgang synchronisiert ist, wird nur das von der Lichtquelle 6 empfangene Lichtsignal der Signalverarbeitungsschaltung eingegeben und nicht synchronisierte Signale infolge anderen, störenden Fremdlichtes werden ausgeschlossen.

Wenn daher der fotoeiektrische Detektor z. B. für einen belichtungsempfindlichen Feuermelder geteilter Art verwendet wird, können die Einflüsse von störendem Fremdlicht so vermindert werden, daß der Störabstand merklich verbessert und die Schwächung des Lichtsignals infolge des Vorhandenseins von Rauch mit hoher Genauigkeit festgestellt werden kann.

Obwohl der Schwingkreis 4 für die Treiberschaltung 2 vorgesehen ist, um in der vorliegenden Ausführungsforrn die Lichtquelle unterbrechend zum Leuchten zu bringen, kann ein Monoimpuls ausreichen in einem Falle, wo die Möglichkeit von störendem Fremdlicht relativ klein ist. In einem solchen Falle kann der Schwingkreis 4 weggelassen werden, soweit es der Fall erlaubt. Alternativ kann der Schwingkreis 4 so mit der Treiberschaltung 2 verbunden sein, daß er wahlweise gemäß dem Erfordernis arbeiten kann. Der Monoimpuls kann eine kleinere Impulslänge als die des invertierten Impulses an seinem hohen Wert gemäß Fig. 3(B) wie auch von einem Impuls der kontinuierlichen Impulse gemäß Fig. 3(E) haben. Dies kann auch auf jede andere Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung angewendet werden, insbesondere auch auf die Ausführungsformen, die nachfolgend beschrieben werden.

Der fotoelektrische Detektor nach Fig.4 hat ein Lichtsendeteil und ein Lichtempfangsteil, die in dersel-

ben Weise wie in der ersten Ausfuhrungsform angeordnet sind, und zudem eine Kurzschlußschaltung 20. In der Figur bezeichnet die Nummer 17 einen fotoelektrischen Wandlerschaltkreis mit einer Verstärkerschaltung und einer Filterschaltung und Nummer 18 eine Signal-Verarbeitungsschaltung mit einem Umschaltschaltkreis. Eine Diode 3b ist vorgesehen, um den Rückfluß der gespeicherten elektrischen Ladung des Kondensators Za zu blockieren.

Die Kurzschlußschaltung 20 ist zwischen die Stromausgangsanschlüsse 19, 19 des Lichtempfangsteils geschaltet, welche über die Stromleitungen 16, 16 in Verbindung mit dem Lichtsendeteil stehen. Die Kurzschlußschaltung 20 vermindert die Impedanz zwischen den Stromleitungen 16,16 synchron mit der Stromab- \s schaltung des Schaltkreise zur intermittierenden Stromversorgung 11 und entlädt die der Leitungskapazität C₀ entsprechende elektrische Ladung in kurzer Zeit. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist z. B. zu diesem Zweck ein Schalttransistor 21 an die Stromausgangsanschlüsse 19, 19 über einen geeigneten Schutzwiderstand geschaltet. Die Kurzschlußschaltung 20 kann jedoch aus einem anderen Schaltkreis gebildet werden, der ähnlich funktioniert.

Der Schaltkreis 11 zur intermittierenden Strornversorgung besteht wie bei der ersten Ausführungsform aus einem impulserzeugenden Schaltkreis (nicht dargestellt) und einem Umschaltkreis (nicht dargestellt) und überträgt elektrische Leistung von einer Stromquelle 22 zum Lichtsendeteil über die Stromleitungen 16 synchron zu den Impulsintervallen von den Impulsen, die durch den impulserzeugenden Schaltkreis erzeugt werden. Andererseits wird ein Signal synchron zu den Stromabschaltungen vom impulserzeugenden Schaltkreis ausgegeben und an der Basis des Schalttransistors 21 eingegeben.

Diese Ausführungsform verhütet vorteilhaft die Startverzögerung der Lichtquellenbeleuchtung und die Startverzögerung der Entladung durch den Kondensator infolge eines durch die gegenseitige Kapazität der Leitungen 16,16 verursachten Verzögerung des Ansprechens durch den Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis.

Der so gebildeten Anordnung dieser Ausführungsform kann entnommen werden, daß, wenn das mit der Stromabschaltung des Schaltkreises 11 zur intermittierenden Stromversorgung synchronisierte Signal zugeführt wird, der Schalttransistor 21 zur leitenden Verbindung der Leitungen 16,16 durchgeschaltet wird und die elektrische Ladung, die der Leitungskapazität Ci zugeordnet ist. entladen "wird.

Soweit die Spannung zwischen den Leitungen 16,16 unter einen vorbestimmten Wert abgesenkt ist, ermittelt die z. B. aus dem Inverter la gebildete Stromversorgungs-Überwachungsschaltung die Abschaltung der Stromversorgung, wodurch der Schwingkreis 4 anfängt zu arbeiten, um den Transistor 5a in unterbrochener Folge zu steuern. Als Ergebnis leuchtet die aus einer lichtemittierenden Diode hergestellte Lichtquelle in unterbrochener Folge wobei sie die Ladung des Kondensators 3a als Stromquelle benutzt. Wenn in diesem Falle die Impedanz der Kurzschlußschaltung in ihrem leitenden Zustand ausreichend klein gewählt wird, kann die Zeitkonstante klein sein und die Ladung in einer kurzen Zeitperiode entladen werden. Daher kann der Schwingkreis 4 unmittelbar nach der Stromabschaltung starten und die Fotodiode der Lichtquelle 6 ebenfalls unmittelbar beginnen zu leuchten.

Signalfolgen von verschiedenen Stellen des gegenwärtigen fotoelektrischen Detektors werden in Fig. 5 gezeigt. Fig. 5(A) zeigt Impulse, die von dem impulserzeugenden Schaltkreis im Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung ausgegeben werden. Fig. 5(B) zeigt von dem Schaltkreis 11 synchron mit den Impulsen nach Fig. 5(A) aber mit umgekehrter Phase intermittierend ausgegebene Stromversorgungsimpulse. Fig. 5(C) zeigt Leuchtimpulse der Lichtquelle 6, die sie synchron mit den Impulsen nach Fig. 5(A) intermittierend leuchten läßt, wobei keine substantielle Startverzögerung und demgemäß keine Verringerung der Impulszahl auftritt. Fig. 5(D) zeigt die die Spannungsänderung an dem Kondensator 3a für den Lichtquellenbetrieb, wobei keine signifikante Startverzögerung der Entladung vorliegt. F i g. 6 zeigt den Signalverlauf des Lichtquellenleuchtens und die Spannung am Kondensator 3a, wenn die Kurzschlußschaltung 20 nicht arbeitet. Wie aus Fig. 6 entnehmbar, kann eine Verzögerungszeit T durch Anwendung der Kurzschlußschaltung 20 sehr stark verringert werden.

Fig. 7 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform, die eine Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. In dem fotoelektrischen Detektor nach dieser Ausführungsform ist der zwischen den Stromausgangsanschlüssen 19,19 eingefügte Kurzschlußschaltkreis 20 funktionsmäßig in dem Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung enthalten.

Dieser Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung besteht aus einem mit der Stromleitung 16 in Reihe geschalteten Transistor 23, einem Transistor 24 für die Durch- und Sperrsteuerung des Transistors 23 und einem impulserzeugenden Schaltkreis 12 zur intermittierenden Durchschaltung des Transistors 24. Die Kurzschlußschaltung 20 wird durch die Verbindung des Transistors 24 mit dem Stromausgangsanschluß 19 über eine Diode 25 und einen geeigneten Schutzwiderstand 26 gebildet.

Wenn gemäß dieser Ausführungsform keine Ausgabe aus dem impulserzeugenden Schaltkreis 12 erfolgt, dann ist der Transistor 24 in einem nicht leitenden Zustand und der Transistor 23 leitet, um dem Kondensator 3a des Lichtsendeteils Ladung von der Stromquelle 22 zuzuführen. Wenn ein Impuls von dem impulserzeugenden Schaltkreis 12 ausgegeben wird, wird der Transistor 24 leitend und der Transistor 23 nichtleitend. Als Ergebnis wird die Stromversorgung abgeschaltet und die Ladung entsprechend der Leitungskapazität Q der Stromleitung 16 über die Diode 25, den Widerstand 26 und den Transistor 24 entladen. Dann startet die Lichtquelle 6 in der gleichen Weise wie in der Ausführungsform nach Fig. 4 und Leuchtimpulse werden erhalten, wie in Fig. 5(C) gezeigt. In diesem Moment wird ein von der Stromquelle 22 über den Widerstand 27 fließender Strom durch die Diode 25 blockiert und somit nicht dem Lichtsendeteil zugeführt. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß ein Ausgabesignal von dem impulserzeugenden Schaltkreis 12 ein Synchronisationssignal zur Signalverarbeitungsschaltung darstellt und auch den Transistor 24 betreibt.

Wie oben beschrieben, haben die zweite und dritte Ausführungsform die Wirkung, die Startverzögerung des Leuchtens der Lichtquelle zu verringern und ein effektives, intermittierendes und unterbrochenes Leuchten der Lichtquelle zu erlauben, ohne die Anzahl der Leuchtimpulse durch die Entladung der gegenseitigen Kapazität der Stromleitung während der Stromversorgung des Lichtsendeteils zu reduzieren. Da weiter-

hin in diesen Ausführungsformen die Lichtquelle nur betrieben wird, wenn die Kurzschlußschallung eine niedrige Impedanz hat, ist die Leitungsimpedanz während des Strornversorgungsbetriebs extrem niedrig und die Zeit zum Öffnen eines Gatters der Signalverarbeitungsschaltung kann kurz gehalten werden. Demzufolge kann die Anti-Störsignal-Charakteristik verbessert werden.

Die vierte Ausführungsform ist in Fig. 8 veranschaulicht. Der fotoelektrische Detektor nach Fig. 8 hat einen Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung und eine Treiberschaltung 2 in einem Lichtsendeteil, einen fotoelektrischen Wandler 7, eine Verstärkerschaltung 8, eine Filterschaltung 9, eine Signalverarbeitungsschaltung 10, einen Stromversorgungs-Überwachungsschsltkreis 1 und einen Umschaltkreis 14 in einem Lichtempfangsteil.

Der Schaltkreis 11 zur intermittierenden Stromversorgung wird, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, durch einen impulserzeugenden Schaltkreis 12 und einen Umschaltkreis 13 gebildet. Der impulserzeugende Schaltkreis 12 versieht den Umschaltschaltkreis 13 und den Schwingkreis 4 mit Impulsen von entgegengesetzter Phase. Der in dieser Ausführungsform anwendbare Umschaltschaltkreis 13 besteht z. B. aus zwei Transistoren 13a, 136 und Widerständen 13c, 13a¹, 13e, wie in Fig. 9 veranschaulicht. In diesem Umschaltschaltkreis 13 wird der Transistor 13b durch einen von dem impulserzeugenden Schaltkreis 12 ausgegebenen Impuls eingeschaltet, wodurch der Transistor 13a leitend wird, so daß üie Stromleitung 16 mit der Aufladungsschaltung 3 zur Aufladung derselben verbunden wird. Wenn der besagte Impuls abfällt, werden die Transistoren 13ö und 13a nichtleitend, um die Aufladung zu beenden.

Die Treiberschaltung 2 enthält die Aufladungsschaltung, einen Schwingkreis 4 und eine Treiberstufe 5 und ist dergestalt angeordnet, daß eine die Ladung des Aufladeschaltkreises 3 verwendende Lichtquelle in Abhängigkeit von einem von dem impulserzeugenden Schaltkreis 12 des Schaltkreises 11 zur intermittierenden Stromversorgung ausgegebenen Impulses leuchtet, und eine invertierte Signalform der vorhergehenden Impulse hat, wenn keine Stromversorgung zugeführt ist, d. h., wenn eine Aufladung nicht eingeleitet ist.

Die Stromversorgungs-Überwachungsschaltung 1 enthält z. B. einen mit der Stromleitung 16 zum Lichtsendeteil in Serie geschalteten Widerstand Ib, einen Transistor Ic mit dem zwischen seiner Basis und Emitter geschalteten Widerstand 16, und einem mit dem Kollektor des Transistors Ic und einem Inverter la verbundenen Widerstand Id. Dieser Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis 1 ermittelt den Wechsel eines Stromes, der dem Lichtsendeteil über die Stromleitung 16 zugeführt wird, und gibt ein Steuersignal aus zum Schließen des Umschaltkreises 14, wenn keine Leistung zugeführt wird. Obwohl ein Strom durch die Stromleitung 16 fließt, selbst wenn in der gegenwärtigen Ausführungsform eine Aufladung nicht eingeleitet ist, ist dieser Strom extrem klein und wird von der impulserzeugenden Schaltung 12 verbraucht, so daß in keinem Falle die Überwachung durch den Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis beeinflußt wird. Tatsächlich kann daher der Strom dergestalt vernachlässigt werden, daß er als Stromversorgungs-Abschaltungszustand zu behandeln ist.

Fig. 10 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform des Detektors. Der fotoelektrische Detektor nach Fig. 10 hat eine Treiberschaltung 28 mit einer Schaltung zur intermittierenden Stromversorgung in einem Lichtsendeteil und eine Stromversorgungs-Überwachungsschaltung 1 sowie einen Umschaltkreis 14 in einem Lichtempfangsteil.

Die Treiberschaltung 28 beinhaltet zuzüglich zu dem Schaltkreis zur intermittierenden Stromversorgung einen Schwingkreis und eine Treiberstufe und wird intermittierend durch eine Stromquelle vom Lichteirpfangsteil über den Schaltkreis zur intermittierenden Stromversorgung und über den Weg der Stromleitungen 16 versorgt, um intermittierend und unterbrochen eine Lichtquelle durch den Schwingkreis zum Leuchten zu bringen, wobei die Treiberstufe die so angeschlossene Stromquelle verwendet.

Die Stromversorgungs-Überwachungsschaltung 1 besteht z. B. aus dem in Serie mit der Stromleitung 16 zu dem Lichtsendeteil geschalteten Widerstand Ib, und einem an den Kollektor des Transistors Ic und die Steuersignale erzeugende Schaltung angeschlossenen Widerstand la". Der Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis 1 ermittelt den Wechsel eines Stromes, der durch die Stromleitung 16 zu dem Lichtsendeteil fließt und gibt ein S'euersignal zum Schließen des Umschaltkreises l4 zum Zeitpunkt der Stromversorgung aus.

Die das Steuersignal erzeugende Schaltung Ie wird z. B. durch einen rückstellbaren (retriggerable), monostabilen Multivibrator gebildet und ermittelt, basierend auf dem intermittierenden Leuchten der Lichtquelle, eine Hüllkurve aus dem ermittelten Wechsel des zugeführten Stromes, um das Steuersignal auszugeben. Die anderen Komponenten sind ähnlich zu denen in der ersten Ausführungsform.

Signalverläufe an verschiedenen Teilen dieses fotoelektrischen Detektors sind in Fig. 11 gezeigt.

Die Fig. H(A) bis (D) zeigen Spannungs-ZStromsignalverläufe an Stellen, die durch die korrespondierenden Zeichen in Fig. 10 angedeutet sind.

Wenn eine wie in Fig. ll(A) gezeigte Impulskette intermittierend der Lichtquelle 6 zugeführt wird, emittiert die Lichtquelle 6 intermittierend ein unterbrochenes Licht entsprechend zu den Impulsen. Da andererseits ein Treiberstrom abhängig von der Lichtemission durch den Widerstand Ib des Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreises 1 fließt, wird ein Spannungsabfall, wie in Fig. H(B) gezeigt, erzeugt. Demzufolge wird der Transistor Ic durchgeschaltet, und ein Spannungswechsel wird am Widerstand lrfdurch den Kollektorstrom verursacht. Dann wird in der steuersignalerzeugenden Schaltung Ie eine Hüllkurve der die Lichtquelle 6 mit einer bestimmten Frequenz zum Leuchten bringende Impulse aus dem Spannungswechsel extrahiert und das Steuersignal wie in Fig. H(C) ausgegeben. Der Umschaltkreis 14 ist dann durch das Steuersignal synchron zum intermittierenden Leuchten dei Lichtquelle 6 geschlossen, wobei ein empfangenes Lichtsignal der Signalverarbeitungsschaltung 10 synchron zum intermittierenden Leuchten der Lichtquelle 6 eingegeben wird.

Da in der vorliegenden Ausführungsform ein Auf ladungsschaltkreis zum Betrieb der Lichtquelle 6 nichi erforderlich ist, kann der Aufbau der Treiberschaltung vereinfacht werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Fotoelektrischer Detektor mit einer elektrischen Stromquelle nebst einer Stromleitung, die sowohl an einem eine Lichtquelle enthaltenden Lichtsendeteil als auch an einem entfernt vom Lichtsendeteil angeordneten Lichtempfangsteil angeschlossen ist, mit einem zum Lichtempfangsteil gehörenden fotoelektrischen Wandler zur Erfassung eines von der Lichtquelle sich entlang eines Überwachungspfades ausbreitenden Lichtbündels, welches beim Auftreffen auf den Wandler das Lichtübertragungsverhalten entlang des Überwachungspfades charakterisierende Signale hervorruft, mit einer die Lichtquelle zum intermittierenden Leuchten veranlassenden Treiberschaltung und einer dem fotoelektrischen Wandler nachgeordneten Verarbeitungsschaltung, deren Arbeitsweise mit dem intermittierenden Betrieb der Lichtquelle synchronisiert, ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsendeteil über einen intermittierenden Stromversorgungsschaltkreis (11) an die Stromquelle (22) angeschlossen ist, daß der intermittierende Stromversorgungsschaltkreis (11) einen dem fotoelektrisehen Wandler (7) nachgeordneten und zur Verarbeitungsschaltung (10) gehörenden Umschaltkreis (14) betätigt und daß im Lichtsendeteil ein Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis (1) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal ein den intermittierenden Betrieb der Lichtquelle selbst bestimmendes Signal darstellt.

2. Fotoelektrischer Detektor mit einer elektrischen Stromquelle nebst einer Stromleitung, die sowohl an einem eine Lichtquelle enthaltenden Lichtsendeteil als auch an einen entfernt vom Lichtsendeteil angeordneten Lichtempfangsteil angeschlossen ist, mit einem zum Lichtempfangsteil gehörenden fotoelektrischen Wandler zur Erfassung eines von der Lichtquelle sich entlang eines Überwachungspfades ausbreitenden Lichtbündels, welches beim Auftreffen auf den Wandler das Lichtübertragungsverhalten entlang des Überwachungspfades charakterisierende Signale hervorruft, mit einer die Lichtquelle zum intermittierenden Leuchten veranlassenden Treiberschaltung und einer dem fotoelektrischen Wandler nachgeordneten Verarbeitungsschaltung, deren Arbeitsweise mit dem intermittierenden Betrieb der Lichtquelle synchronisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsendeteil über einen intermittierenden Stromversorgungsschaltkreis (11) an die Stromquelle (22) angeschlossen ist und daß im Lichtempfangsteil ein Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis (1) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einen dem fotoelektrischen Wandler (7) nachgeordneten und zur Verarbeitungsschaltung gehörenden Umschaltkreis (14) steuert.

3. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der intermittierende Stromversorgungsschaltkreis (11) einen impulserzeugenden Schaltkreis (12) zur intermittierenden Erzeugung von Impulsen enthält, um intermittierend die Stromversorgung zu liefern und den Umschaltkreis (14) zu betreiben, daß der Umschaltkreis (14) durch die Impulse dergestalt betreibbar ist, daß eine Übertragung und eine Verarbeitung der empfangenen Lichtsignale oder darauf basierender Signale nur zugelassen wird, wenn keine Stromquelle angeschlossen ist, und daß die Treiberschaltung (2) einen AufladungsschaUkreis (3) enthält, um während der Stromversorgung aufgeladen zu werden und die Lichtquelle (6) in Abhängigkeit von dem Steuersignal des Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis (1) zum Leuchten zu bringen, wobei die gespeicherte elektrische Ladung in dem Aufladungsschaltkreis (3) hierzu verwendet wird, wenn keine Stromquelle angeschlossen ist.

4. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Lichtempfangsteil zwischen die Stromquellenausgangs-Anschlüsse geschaltete Kurzschlußschaltung (20) vorgesehen ist und mit dem Lichtsendeteil über die Stromleitungen (16) i.i Verbindung steht und daß nur dann eine Impedanz zwischen den Stromleitungen zur Entladung der elektrischen Ladung der gegenseitigen Kapazität zwischen den Stromleitungen auf einen kleinen Wert abgesenkt wird, wenn der intermittierende Stromversorgungsschaltkreis (11) die Stromversorgung des Lichtsendeteils abschaltet.

5. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der intermittierende Stromversorgungsschaltkreis (11) einen impulserzeugenden Schaltkreis (12) zur intermittierenden Erzeugung von ersten Impulsen enthält, um intermittierend die Stromquelle (22) anzuschließen, daß die Treiberschaltung (2) einen AufladungsschaUkreis (3) enthält, der ausgelegt ist, um intermittierend durch den intermittierenden Stromversorgungsschaltkreis (11) geladen zu werden und die Lichtquelle (6) in Abhängigkeit von zweiten Impulsen zum Leuchten zu bringen, die von dem impulserzeugenden Schaltkreis (12) mit zu den ersten Impulsen invertierter Signalform erzeugt werden, wobei die gespeicherte elektrische Ladung im Aufladungsschaltkreis (3) als Stromquelle verwendet wird, wenn keine Stromquelle angeschlossen ist, und daß der Umschaltkreis (14) so ausgelegt ist, daß er durch das von dem Stromversorgungs-Überwachungsschaltkreis (1) ausgegebene Steuersignal betreibbar ist, um eine Übertragung und Verarbeitung des empfangenen Lichtsignals oder eines darauf basierenden Signals zu gestatten, wenn keine Stromquelle angeschlossen ist.

6. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (2) einen Schwingkreis (4) enthält, um die Lichtquelle (6) in unterbrochener Folge mit einer vorgegebenen Frequenz zum Leuchten zu bringen.

7. Fotoelektrischer Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (2) einen Schwingkreis enthält zur wiederholt unterbrochenen Entladung der gespeicherten elektrischen Ladung im Aufladungsschaltkreis (3) mittels eines Ausganges des Schwingkreises, um die Lichtquelle (6) mit einer vorgegebenen Frequenz in unterbrochener Folge zum Leuchten zu bringen.