DE3111970C1

DE3111970C1 - Schaltungsanordnung in einer Einrichtung zur UEberwachung der Konzentration eines Luft-Dampf-Gemisches in einer mit Loesungsmitteldampf arbeitenden Tonerbild-Fixierstation

Info

Publication number: DE3111970C1
Application number: DE3111970A
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. 8000 München Schönewolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1982-09-30
Also published as: US4424702A

Description

a) Ein mit den Ausgängen von Zählstufen des Binärzählers (3) verbundenes Schaltnetz (4),

aa) zur Ableitung des Sendeimpulses (SI), der mehrere (z. B. 10 bis 30) Perioden der Ultraschallschwingung andauert und

ab) zur Ableitung eines Steuersignals (BW) zur Steuerung einer Torschaltung (5) für den Empfangsimpuls (EI) wobei die Dauer und zeitliche Lage des Steuersignals (BW) relativ zum Sendeimpuls (SI) den Bewertungszeitraum für Empfangsimpulse (EI) bestimmt,

b) ein Festwertspeicher (6), dessen Adresseneingänge mit den Ausgängen von Zählstufen des Binärzählers (3) verbunden sind und dessen während der Bewertungszeit aufgerufene Adressen in mindestens drei Bereiche mit fortlaufenden Adressen eingeteilt sind, wobei die vom Festwertspeicher (6) ausgegebenen Informationen jeweils innerhalb der Bereiche identisch, sonst jedoch verschieden sind,

c) ein Register (7) zur durch den Empfangsimpuls (EI) ausgelösten Übernahme der an den Ausgängen des Festwertspeichers (6) anliegenden Informationen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsimpuls (EI) mit dem Zähltakt (ZT) synchronisiert wird, derart, daß die Übernahme der an den Ausgängen D Γ bis D 3' des Festwertspeichers (6) anliegenden Informationen in das Register (7) synchron zum Zähltakt (ZT) erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adresseneingänge des Festwertspeichers (6) mit den Ausgängen der Zählstufen des Binärzählers (3) der jeweils nächsthöheren Wertigkeit entsprechend verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressenumfang des Festwertspeichers (6) und der Bewertungszeitraum für die Empfangsimpulse (EI) so festgelegt sind, daß alle Adressen vor Beginn des Bewertungszeitraums gegebenenfalls mehrfach, jedoch während des Bewertungszeitraumes höchstens einmal aufgerufen werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressenumfang des Festwertspeichers (6) so bemessen ist, daß die höchste Adresse einem Zählerstand entspricht, der größer oder gleich dem Zählerstand ist, der das Rücksetzen des den Bewertungszeitraum für die Empfangsimpulse (EI) bestimmenden Steuersignals

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die US-PS 30 49 810 ist bekannt, die auf einer Papierbahn aufgebrachten Tonerbilder in einer Fixierstation mit Hilfe von Lösungsmitteldampf zu fixieren. Der Dampf aus Freon und Methylenchlorid löst den Toner auf, so daß er in das Papier eindringen kann. Die entsprechend ausgeführte Fixierstation kann z. B. aus einem Behälter oder Gehäuse bestehen, in der eine Verdampfungsstelle angeordnet ist, durch die das Lösungsmittel in Dampfform umgewandelt wird. Die Papierbahn wird durch das Gehäuse hindurchgeführt und innerhalb des Gehäuses dem Lösungsmitteldampf ausgesetzt.

Eine einwandfreie Fixierung der Tonerbilder auf der Papierbahn wird aber nur dann erreicht, wenn der Lösungsmitteldampf eine bestimmte Konzentration hat. Aus diesem Grunde muß mit Hilfe einer Meßanordnung die Konzentration des Lösungsmitteldampfes festgestellt werden.

Es ist ferner bekannt, daß die Laufzeit eines Ultraschallsignals von der Konzentration eines Dampfes in Luft abhängt. Eine Vorrichtung zum Messen physikalischer Eigenschaften eines Mediums mit einem elektroakustischen Wandler, der sowohl zum Aussenden einer Ultraschallschwingung als auch zum Empfangen der an einem Reflektor reflektierten Ultraschallschwingung dient, ist in der DE-AS 20 24 882 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung enthält eine Schaltungsanordnung zur Rückkopplung der in ein elektrisches Signal zurückverwandelten reflektierten Ultraschallschwingung auf den Oszillator zur Erzeugung der elektrischen Schwingung mit Ultraschallfrequenz. Die Oszillatorfrequenz hängt dann von der Laufzeit des akustischen Signals und damit bei fest vorgegebenen räumlichen Bedingungen den physikalischen Eigenschaften, z. B. von der Konzentration eines Luft-Dampf-Gemisches ab.

Es ist auch möglich, nach dem Echolotprinzip eine kurzzeitige Ultraschallschwingung auszusenden und den zeitlichen Abstand zwischen deren Beginn und dem Eintreffen des reflektierten Empfangsimpulses zu messen. Zeitmessung bedeutet, abhängig von dem gewünschten Auflösungsvermögen mehr oder weniger kleine Zeitintervalle zu definieren bzw. zu erzeugen und die Anzahl der zwischen den zwei maßgebenden Ereignissen verstrichenen Zeitintervalle zu zählen. Bei Verwendung elektronischer Mittel wird demgemäß ein Takt erzeugt und die Anzahl der innerhalb der zu messenden Zeitspanne aufgelaufenen Taktimpulse mit Hilfe einer Zählschaltung, z.B. eines Binärzählers aufaddiert.

Das dem Mischungsverhältnis des Luft-Dampf-Gemisches in der Fixierstation entsprechende Zählergebnis muß in mindestens drei Bereiche eingeordnet werden, wobei der mittlere Bereich die gewünschte Konzentration einschließlich zulässiger Toleranzen bezeichnet und die äußeren Bereiche bei einer unzulässig niedrigen bzw. hohen Konzentration erreicht werden. Eine Unterteilung in mehrere Bereiche kann zweckmäßig sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von den genannten Bereichen entsprechenden Signalen anzugeben, die geringen Aufwand erfordert und an veränderte Bedingungen leicht anpassungsfähig ist. Empfangsimpulse, die durch ungewollte Reflexionen beispielsweise an den Wänden des Behälters zur Aufnahme des Luft-Dampf-Gemisches entstehen und das Meßergebnis verfälschen könnten, sollen nicht berücksichtigt werden. Die Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt darin

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 ein Schaltnetz zur Erzeugung des Sendeimpulses und eines Steuersignals,

Fig. 3 ein Blockschaltbild mit einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Gemäß F i g. 1 wird ein elektrischer Sendeimpuls 5/, auf dessen Erzeugung noch näher eingegangen wird, einer Ultraschalleinrichtung 1 zugeführt. In der Ultraschalleinrichtung 1 moduliert der Sendeimpuls eine von einem Oszillator gelieferte Trägerschwingung mit der Ultraschallfrequenz von beispielsweise 200 kHz. Ein angeschlossener elektroakustischer Wandler, vorzugsweise mit einer keulenförmigen Strahlungscharakteristik, sendet ein Ultraschallsignal aus, das von einem Reflektor zurückgestrahlt wird und nach der zu messenden Signallaufzeit wieder auf den elektroakustischen Wandler auftrifft. Der Wandler wandelt das Ultraschallempfangssignal wieder in ein entsprechendes elektrisches Signal um. Durch Gleichrichtung bzw. Demodulation dieses Signals entsteht ein Empfangsimpuls EI, der, gegebenenfalls nach Verstärkung und Regenerierung, am Ausgang der Ultraschalleinrichtung 1 zur Verfügung steht.

Ein Taktgenerator 2, der aus Gründen der Meßgenauigkeit vorzugsweise quarzstabilisiert ist, erzeugt einen Zähltakt Zrmit einer Periode von beispielsweise einer Mikrosekunde. Der Zähltakt ZTliegt am Zähleingang eines Binärzählers 3 an. Der Binärzähler 3 mit 15 Zählstufen 2° bis 2¹⁴ wird ohne spezielle Rückstellung betrieben, so daß auf einen Zählerstand 1 ... 11 ein Zählerstand 0 ... 00 folgt. Der Übergang auf den Zählerstand 0... 01 wird als der jeweils erste Zählschritt definiert. Erste Zählschritte haben unter den dem Ausführungsbeispiel zugrundegelegten Bedingungen somit einen zeitlichen Abstand von ungefähr 32 ms. Den gleichen Abstand erhalten damit auch die einzelnen Sendeimpulse SI.

Die Sendeimpulse SI werden mit Hilfe eines Teils eines Schaltnetzes 4 gewonnen, dessen Eingänge mit den Ausgängen einiger Zählstufen des Binärzählers 3 verbunden sind. Die einzelnen Verbindungen hängen von der gewünschten Dauer des Sendeimpulses ab, die in einem bestimmten Anwendungsfall 128 \ls beträgt.

Ein zweiter Teil des Schaltnetzes 4 dient zur Ableitung eines Steuersignals β W zur Steuerung einer Torschaltung 5 für den Empfangsimpuls EL Das gleichfalls mit Hilfe von Zählerständen erzeugte Steuersignal BW bestimmt in jedem Zählerdurchlauf einen Zeitraum, in dem Empfangsimpulse EI bewertet werden. Außerhalb des Bewertungszeitraums oder Meßfensters allenfalls eintreffende Empfangsimpulse werden nicht berücksichtigt. Von Beginn des Sendeimpulses an gerechnet, beginnt der Steuerimpuls BW beispielsweise nach 1024 \ls und endet nach 2048 \v&.

Eine von mehreren Möglichkeiten für die Ausbildung des Schaltnetzes 4 zur Herleitung des Sendeimpulses 5/ und des Steuersignals BW zur Bestimmung des Bewertungszeitraums zeigt die F i g. 2. Die Schaltungsanordnung geht davon aus, daß invertierte Ausgangssignale der Zählstufen des Binärzählers 3 (Fig. 1) nicht verfügbar sind.

Die Teilschaltung zur Erzeugung des Sendeimpulses SI besteht im wesentlichen aus einem D-Elip-Flop 41, dessen Takteingang CK mit dem Ausgang der Zählstufe_ 2¹⁴ des Binärzählers 6 verbunden ist. Der Setzeingang S und der Dateneingang D sind an ein der binären »1« entsprechendes festes Potential angelegt. Der Rücksetzeingang R des D-Flip-Flops 41 wird durch das mit Hilfe des Inverters 42 invertierte Ausgangssignal^ der Zählstufe T gesteuert. Das am Ausgang Q des D-Flip-Flops 42 abgenommene Signal wird durch die invertierende Treiberstufe 43 verstärkt und bildet dann den Sendeimpuls 5/.

Zur Erzeugung des Steuersignals BW dient ein NOR-Glied 44, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Zählstufen 2¹¹,2¹² und 2¹³ direkt und mit den Ausgängen der Zählstufen 2¹⁰ und 2¹⁴ über ein NAND-Glied 45 verbunden sind.

Die Ausgänge der niederwertigen Zählstufen des Binärzählers 3 sind mit den Adresseneingängen eines Festwertspeichers 6 verbunden, wie wieder der F i g. 1 zu entnehmen ist. Weiter ist ersichtlich, daß der Adresseneingang A 0 mit dem Ausgang der Zählstufe 2¹, der Adresseneingang A1 mit dem Ausgang der Zählstufe 2² usw. verbunden sind. Damit ergibt sich eine Adressenänderung nach jedem zweiten Impuls des Zähltaktes ZT. Unter den angegebenen Voraussetzungen beträgt das Auflösungsvermögen der Meßeinrichtung somit 2 με.

Als Festwertspeicher 6 kann jeder handelsübliche Baustein mit einem ausreichenden Adressenumfang und mit mindestens drei parallelen Ausgängen verwendet werden. Sein Inhalt kann fest oder veränderbar sein. Gegebenenfalls müssen der Zähltakt oder die Ausgangsimpulse der Stufe 2° des Binärzählers 3 als Lesetakt anliegen. Im Ausführungsbeispiel ist als Festwertspeicher 6 ein Baustein mit einer Kapazität von 512 χ 8 bit eingesetzt. Der Adressenumfang beträgt also 2⁹ Adressen. Da ein Adressenwechsel alle 2 μβ erfolgt, dauert der Aufruf sämtlicher Adressen 1024 \ls. Das ist aber gerade die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Sendeimpulses und dem Anfang des Bewertungszeitraums ebenso wie die Dauer des Bewertungszeitraums selbst. Das bedeutet, daß während des Bewertungszeitraums alle Speicheradressen ein zweites Mal vollständig durchlaufen werden. Das ist jedoch keine notwendige Bedingung, vielmehr kann der Bewertungszeitraum auch kürzer sein.

Von den an sich verfügbaren Ausgängen des Festwertspeichers 6 sind nur die Ausgänge D1', D 2' und D 3' benutzt. Der Speicherinhalt ist so festgelegt, daß für alle Adressen eines Adressenbereiches der Ausgang D2' eine logische »1« und die Ausgänge DY, D 3' eine logische »0« führen. In dem unteren bzw. oberen Adressenbereich wechselt die logische »1« auf die Ausgänge D1' bzw. D 3' über, während die jeweils übrigen Ausgänge die logische »0« führen. Selbstverständlich ist zur Festlegung der drei verschiedenen Zustände auch eine andere Codierung möglich.

Mit dem Beginn des Empfangsimpulses EI (sofern er in den Bewertungszeitraum fällt) wird die an den

Ausgängen DV bis D 3' des Festwertspeichers 6 anliegende Information in ein Register 7 übernommen. Abhängig von der technischen Ausbildung des Festwertspeichers 6 und des Registers 7 kann es für eine zuverlässige Informationsübergabe vorteilhaft oder notwendig sein, den Empfangsimpuls mit dem Zähltakt ZT oder mit den Ausgangsimpulsen der Stufe 2° des Binärzählers 3 zu synchronisieren. Hierzu dient eine Synchronisierschaltung 8, beispielsweise ein D-Flip-Flop. An den Ausgängen des Registers 7 steht die die Dampfkonzentration kennzeichnenden Information einen Meßzyklus lang zur Verfügung.

Beachtet man, daß die jeweilige Adresse des Festwertspeichers 6 eine Funktion der seit dem Beginn des Sendeimpulses 5/ abgelaufenen Zeit ist und der Zeitpunkt der Informationsübernahme in das Register 7 von der Laufzeit des Ultraschallsignals und damit von der zu überwachenden Konzentration des Luft-Dampf-Gemisches abhängt, dann läßt sich für jeden bestimmten Anwendungsfall die Lage und Größe des mittleren Adreßbereichs aus dem Sollwert und den zulässigen Toleranzen der Dampfkonzentration leicht festlegen.

Anstelle einer Unterteilung der Speicheradressen in drei Bereiche können auch mehrere, z. B. fünf Bereiche, gewählt werden. Beispielsweise könnten Laufzeiten des Ultraschallsignals, die mit dem Aufruf von Adressen der beiden äußersten Bereiche zusammenfallen, eine sofortige Abschaltung des Druck- oder Kopiergeräts auslösen.

Der Einsatz eines Festwertspeichers für die Festlegung bestimmter Bereiche der Laufzeit der Ultraschallsignale und damit der Konzentration des Lösungsmitteldampfes hat den Vorteil der einfachen Anpassung an veränderte Bedingungen durch Umprogrammierung oder Auswechseln der Speicherbausteine.

Mit den angegebenen Bemessungsvorschlägen der anhand der F i g. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung entsteht die vergleichsweise lange Pause von ungefähr 30 ms zwischen dem Ende des Bemessungszeitraums und dem nächsten Sendeimpuls. Diese Zeit wurde jedoch gewählt, um alle Ultraschallsignale, die durch Reflexionen an Gehäusewänden und anderen Gegenständen in der Fixierstation entstehen könnten und das gewünschte Meßergebnis verfälschen würden, abklingen zu lassen.

In Anwendungsfällen der Ultraschalleinrichtung, in denen aufgrund der vorliegenden Verhältnisse, insbesondere der Umweltbedingungen nicht mit Nachläufern der Empfangsimpulse gerechnet werden muß, kann die erwähnte Wartezeit zwischen dem Ende des Bewertungszeitraums und der Erzeugung eines neuen Sendeimpulses SI wesentlich verkürzt werden. In solchen Fällen kann es zweckmäßig sein, bei entsprechender Verringerung des Zählvolumens des Binärzählers 3 den Adressenumfang des Festwertspeichers 6 gleich dem Zählvolumen zu machen. Beginn und Ende eines Sendeimpulses und des Bewertungszeitraumes können dann auf einfache Weise durch Lesesignale aus dem Festwertspeicher 6 markiert werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig.3. Die Eingänge des Schaltnetzes 4a sind mit entsprechenden Ausgängen des Festwertspeichers 6 verbunden. Das Schaltnetz 4a besteht aus zwei Kippschaltungen, die durch die Lesesignale aus dem Festwertspeicher 6 gesetzt bzw. zurückgesetzt werden. Beim Einsatz getakteter Kippschaltungen muß dem Schaltnetz 4a auch noch der Zähltakt ZTzugeführt werden.

Die Länge des Sendeimpulses und die Lage und Dauer des Bewertungszeitraums lassen sich ebenfalls durch eine Änderung des Speicherinhalts verändern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung in einer einen elektroakustischen Wandler zur Umformung eines elektrischen Sendeimpulses in ein Ultraschallsignal und zur Umformung des an einem Reflektor reflektierten Ultraschallsignals in einen elektrischen Empfangsimpuls enthaltenden Einrichtung zur Überwachung des Mischungsverhältnisses des Luft-Dampf-Gemisches in einer mit Lösungsmitteldampf arbeitenden Tonerbild-Fixierstation mit einem Binärzähler zur Zählung von Taktimpulsen eines hochfrequenten Zähltaktes, wobei die Zählung mindestens annähernd gleichzeitig mit dem Beginn des Sendeimpulses beginnt, gekennzeichnet durch folgende weiteren Bestandteile: