DE3428773A1 - Ultraschallnaeherungsinitiator - Google Patents

Description

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Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA ^ P 3 2 9 8 DE

UItraschallnäherungsinitiator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallnäherungsinitiator mit einem Sensor und einer Steuerschaltung mit Schaltbereichseinstellung.

Bei einem Ultraschalldistanzsensor (Druckschrift Distanzsensor Ultraschall-Bero bis 1 m, Funktion, Anwendung, Projektierung Nr. E-733/1155) ist der Sensor in einem quaderförmigen Gehäuse, in dem sowohl die Steuerschaltung sowie eine Schaltbereichseinstellung durch einen Programmstecker vorgesehen ist, untergebracht. Abgesehen von den relativ großen Abmessungen des bekannten Ultraschallnäherungsinitiators sind auch die Einsatzbedingungen vor Ort zu beachten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ultraschallnäherungsinitiator der obengenannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Auswerteschaltung ohne Rücksicht auf Raumerfordernisse und Umweltbedingungen, wie Umgebungstemperatur und damit verbundener Toleranzen einfacher und bedienungsfreundlicher aufgebaut werden kann.

Dies wird auf einfache Weise bei einem Ultraschallnäherungsinitiator der obengenannten Art dadurch erreicht, daß die Steuerschaltung mit der Schaltbereichseinstellung in einem gesonderten, in der Schaltanlage anordbaren Gehäuse mit einer Sollwert-Einstellvorrichtung und einer Istwert-Anzeige angeordnet ist.

Eine weitere Vereinfachung hinsichtlich der Sollwert-Einstellung wird erreicht, wenn die Sollwert-Einstellvorrichtung aus je einem Codierschalter für die untere La 2 Syr / 03.07.1984

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und die obere Grenze des Schaltbereiches besteht. Hierdurch kann der Schaltbereich beliebig breit und an beliebiger Stelle innerhalb des Erfassungsbereiches festgelegt werden.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Istwert-Anzeige eine LCD-Anzeige ist. Hierdurch ergibt sich gegenüber einer LED-Anzeige ein geringerer Stromverbrauch und eine bessere Ablesbarkeit bei Tageslicht. Da Sollwert-Einstellung und Istwert-Anzeige zusammen in der Schaltanlage angeordnet werden, ist eine einfache Bedienung und Kontrolle möglich. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Istwert-Anzeige unabhängig vom eingestellten Schaltbereich den gesamten Erfassungsbereich des Initiators anzeigt; denn so können auch in der Schaltanlage Gegenstände erfaßt werden, die nicht zu einem Schaltbefehl führen.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine Einstellvorrichtung für öffner- bzw. Schließerfunktion mit einer Anzeige im Istwert-Display gekoppelt ist, da auch die Funktionsart des Initiators in der Schaltanlage erkannt werden kann. Wird eine Einstellvorrichtung zur Auswahl unterschiedlicher Sensoren vorgesehen, so kann hiermit mittels eines Auswertegerätes von Hand auf verschiedene Sensoren umgestellt werden. Zur automatischen Erkennung, welcher Sensor angeschlossen ist, ist es vorteilhaft, wenn die Einstellvorrichtung aus einer Schaltungsanordnung besteht, die unterschiedliche Erkennungsspannungen der Sensoren zur Anpassungsumschaltung ausnutzt. Ohne Zusatzleitung kann ausgekommen werden, wenn die Steuerschaltung eine Impulsgabe zur Initiierung der Erkennungsspannung aufweist, da die Abfrage zeitlich festgelegt werden kann. Auch hier ist eine Anzeige im Istwert-Display von Vorteil. Im Istwert-Display können auch Bedienungs- und Funktionsfehler zur Anzeige kommen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Ausgabeschnittstelle für den Istwert in Form eines Steckanschlusses vorhanden ist. Hierdurch ist es möglich, den Istwert auch in Regelanlagen einzuführen.

Um auch von beliebiger Stelle Sollwerte für den Ultraschallnäherungsinitiator vorgeben zu können ist es vorteilhaft, wenn eine Umschaltvorrichtung von Sollwert-Einstellung intern auf Sollwert-Vorgabe extern vorgesehen ist.

Um das Bedienen der Vorrichtungen von nicht autorisierten Personen beschwerlich zu machen ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Vorrichtungen von der Frontseite durch eine Kappe abdeckbar sind. Ist eine Umschaltvorrichtung (Multiplexverfahren) zur zyklischen Abfrage mehrerer Sensoren vorhanden, können Sensoren dicht nebeneinander aufgebaut werden, ohne daß sie sich gegenseitig beeinflussen. Außerdem ist eine Energieeinsparung möglich, da immer nur ein Sensor kurzzeitig in Betrieb ist. Unter Ausnutzung der Erkennungsspannungen kann auch die Anwahl unterschiedlicher Sensoren automatisch erfolgen.

Ist eine Pulsbreitenauswertung vorhanden, so können Fehlimpulse ausgesondert werden, d.h. der Sender sendet immer Impulse bestimmter Breite. Wenn zurückkehrende Impulse breiter oder schmaler als gesendete Impulse sind, werden diese nicht berücksichtigt. Hierdurch werden Fehlauslösungen eingeschränkt. Ist eine Vorrichtung zur Änderung der Zykluszeit für die Sendeimpulse vorhanden, die beispielsweise durch einen Zufallsgenerator verwirklicht werden kann, so werden synchrone Stör- oder auch Netzimpulse als Auslöseimpuls ausgeschaltet. Ist eine Pulslagenauswertung vorhanden, ist eine noch bessere Fehlerausblendung möglich.

Eine weitere Ausschaltung von Störimpulsen läßt sich erzielen, wenn eine Vorrichtung zur Verstärkungsänderung bei Dauerstörsignalen vorgesehen ist. Ist beispielsweise ein Schalldauerstörpegel, z.B. ausströmende Preßluft, vorhanden, so wird die Verstärkung des Verstärkers

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geändert. Tritt jedoch ein Einzelsignal auf, so wird diese Verstärkungsänderung kurzzeitig aufgehoben und der Einzelimpuls wird als Empfangsimpuls wahrgenommen und ordnungsgemäß verarbeitet.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Ultraschallnäherungsinitiators, zum Teil in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine mögliche Schaltungsanordnung für die Pulsbreitenauswertung und

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für die Pulslagenauswertung.

Der in Fig. 1 dargestellte Ultraschallnäherungsinitiator, im folgenden als Initiator bezeichnet, besteht aus dem Sensor 1 mit der Verstärkerschaltung und dem die Steuerschaltung und die Schaltbereichseinstellung, die im vorliegenden Fall als Sollwert-Einstellvorrichtung aus zwei Codierschaltern 2, 3 besteht, sowie die Istwert-Anzeige 4 aufnehmenden Gehäuse 5. Die Codierschalter 2 und 3 bestehen im vorliegenden Fall aus je zwei handelsüblichen, einstelligen Codierschaltern. Die Istwert-Anzeige 4 ist als LCD-Display ausgebildet. Weiterhin ist im Gehäuse 5 eine Einstellvorrichtung 6 in Form eines Umschalters vorgesehen, die eine Umstellung von öffner- in Schließerfunktion für den Initiator bewirkt und mit einer Anzeige an die Istwert-Anzeige 4 gekoppelt ist. Eine Einstellvorrichtung 7, ebenfalls als Schalter ausgeführt, dient zur Auswahl unterschiedlicher Sensoren und kann mit entsprechenden Anpassungsgliedern auch unterschiedlich aufgebaute Sensoren beschälten.

Die Einstellvorrichtung 7 kann auch als eine Schaltungsanordnung ausgeführt werden, die unterschiedliche Erkennungsspannungen unterschiedlicher Sensoren 1, 21, 22, in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, zur Anpassungsumschaltung ausnutzt. Hierzu ist in der Steuerschaltung eine Impulsausgabe vorgesehen, die die einzelnen Sensoren 1, 21, 22 veranlaßt, die Erkennungsspannung abzugeben, worauf die Steuerschaltung eine automatische Anpassung an den angeschalteten Sensor durchführt. Danach gibt die Steuerschaltung die für den Sensor erforderliche Sendeimpulslänge und Zykluszeit vor und berücksichtigt zugleich die übrigen Randbedingungen wie Fehlimpulse und Störunterdrückung. Die Steuerschaltung gibt den zur Initiierung der Erkennungsspannung notwendigen Impuls. Lediglich während der Impulsdauer liegt die Erkennungsspannung an der Steuerschaltung an. Aus Sicherheitsgründen werden mehrere Impulsausgaben hintereinander zur Bildung eines Mittelwertes für die Erkennungsspannungen ausgegeben. Erst hiernach wird die Anpassung an sich vorgenommen. Diese Mittelwertbildung erfolgt lediglich, wenn eine Fehlanpassung für den angeschalteten Sensor vorliegt.

Weiterhin ist eine Umschaltvorrichtung 8 von Sollwert-Einstellung intern auf Sollwert-Vorgabe extern vorgesehen, die ebenfalls in Form eines Umschalters aufgebaut sein kann. Um den Istwert an einem weiteren Display ablesen zu können, ist eine Ausgabeschnittstelle 9 in Form eines Steckanschlusses vorhanden. Eine Umschaltvorrichtung 10 zur zyklischen Abfrage mehrerer Sensoren, als sogenanntes Multiplexverfahren bekannt (Motorola, the european Cmos Selection 1979, 9-4-16) kann im Inneren des Gehäuses vorgesehen werden, da eine derartige Umschaltung im Betriebsverfahren nicht notwendig ist. Die Anschlüsse für die beliebig vielen Sensoren können ebenfalls an der Rückseite des Gehäuses 5 vorgesehen werden. Die Sensoren können dicht nebeneinander vor Ort aufgebaut werden, ohne daß sie sich gegenseitig beeinflussen. Eine Puls-

breitenauswertung 11 erhöht die Betriebssicherheit des Ultraschallnäherungsinitiators. Der Sender sendet Pulse bestimmter Breite. Wenn zurückkehrende Impulse breiter oder schmaler als gesendete Impulse sind, werden diese nicht berücksichtigt. Hierzu kann beispielsweise eine Schaltung benutzt werden, wie aus Fig. 2 zu entnehmen. Die Schaltungsanordnung besteht beispielsweise aus einem Taktgenerator 23, der von der Anfangsflanke eines Echoimpulses 24 gestartet wird. Dieser Taktgenerator 23 steht iⁿ Verbindung mit einem zurückgesetzten Zähler 25, dessen Zählerstand auf eine Vergleichsschaltung 26 gegeben wird. Diese Vergleichsschaltung 26 vergleicht den Zählerstand mit einem Sollwert entsprechend dem angeschlossenen Sensor. Die Steuerschaltung entscheidet dann über die Ausgänge 27, 28, ob der Impuls auszuwerten ist oder nicht. Sobald die Endflanke des Echoimpulses den Taktgenerator 23 erreicht, wird auch der Zähler 25 stillgesetzt. Die Auswertung erfolgt erst, nachdem der Zähler stillgesetzt ist. Um auch die Echoimpulse, die durch die Pulsbreitenauswertung als zu zählen ausgewertet wurden, noch weiter im Hinblick auf Störsicherheit zu überwachen, ist eine Pulslagenauswertung 20 vorgesehen. Ein mögliches Schaltbild für eine derartige Pulslagenauswertung ist aus Fig. zu entnehmen. Hierzu dient, wie auch beim Beispiel nach Fig. 2, ein Taktgenerator 29, der von der steigenden Flanke des Sendeimpulses gestartet wird. Der Taktgenerator 29 wirkt auf einen Zähler 30. Durch die steigende Flanke des Echoimpulses wird der Zähler 30 gestoppt und über eine Umschaltvorrichtung 31 entweder auf den Speieher 32 oder 33 gespeichert. Nach wiederholter Zählfolge legt der Umschalter den gezählten Wert auf den entgegengesetzten Speicher 32 bzw. 33 ab. Die hier gezählten Werte werden über die Vergleichsschaltung 34 miteinander verglichen und über den Ausgangswert 35 der Steuerschaltung zugeführt. Die als positiv zu wertenden Vergleichswerte hängen wiederum von der Sensortype und den gewählten Toleranzen ab. Es ist aber auch möglich, den Taktgene-

rator und den Zähler 30 mit der steigenden Flanke des Sendeimpulses zu stoppen. Mit der steigenden Flanke des Echoimpulses wird der Wert des Zählers 30 über den Umschalter auf einen Speicher eingelesen. Der Zähler läuft weiter bis zur Flanke des nächsten Echoimpulses, speichert dann auf einem anderen Speicher den Gesamtwert. Dies kann mehrfach wiederholt werden. Die Werte des Momentanzyklus werden mit den Werten des vorhergehenden Zyklus verglichen. Hierdurch können weitere Störechos ausgeschaltet werden. Um auch Fehlimpulse aus der Netzfrequenz zu verhindern, ist eine Vorrichtung 12 vorhanden, die nach Art eines Zufallsgenerators die Zykluszeit des Sendeimpulses unregelmäßig ändert, so daß eine Übereinstimmung mit der Netzfrequenz, die als Echo notfalls erkannt werden könnte, ausgeschlossen ist. Derartige Schaltungen sind beispielsweise aus Tietze, Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, Springer-Verlag, 5. Auflage, S. 509 - 512 bekannt. Um auch Störungen aufgrund von anderen Geräten dauernd ausgesendeter Ultraschallimpulse ausschalten zu können, ist eine Vorrichtung zur Verstärkungsänderung vorgesehen. Hierbei wird bei dauernd anliegendem Störpegel die Verstärkung soweit heruntergeregelt, daß ein Ansprechen des Initiators vermieden wird. Treten kurzzeitige Impulse auf, so werden diese normal verstärkt und der Auswerteschaltung zugeführt. Für die Verstärkungsregelung kann eine Schaltung benutzt werden, wie sie beispielsweise aus "Das große Werkbuch Elektronik", Nührmann Dieter, 4. Auflage, S. 98 7, Abb. 3.3.9 bekannt ist. Die Istwert-Anzeige 4 kann nicht nur zur Anzeige des Istwertes verwendet werden, sondern auch zur Einstellhilfe der Grenzen des Sollwertes durch die beiden Codierschalter,2,3, wobei der Codierschalter 2 die untere Grenze und der Codierschalter 3 die obere Grenze des eingestellten Sollwertes wiedergibt. Hier können auch weitere Betriebszustände zusätzlich angezeigt werden. Es kann ein Gegenstand 14 im Erfassungsbereich 15 in seiner Lage angezeigt werden,

der nicht in durch die beiden Codierschalter 2 und 3 bestimmten Schaltbereich 16 der Ultraschallkeule 17 des Sensors 1 bzw. 21, 22 liegt. Es können an dem Istwert-Display, wie erwähnt, auch die öffner- und Schließerfunktion sowie Bedien- und Funktionsfehler angezeigt werden. Hierzu werden bestimmte Zeichen benutzt, da eine Klartextangabe zuviel Raum in Anspruch nehmen würde. Die Verknüpfung der einzelnen Funktionen miteinander kann durch einen Mikroprozessor vorgenommen werden, da die gesamte Steuerschaltung vom eigentlichen Sensor 1 getrennt ist, muß auf die Größe des Gerätes kein besonderer Wert gelegt werden. Im übrigen sind auch die Temperaturverhältnisse in einer Schaltanlage, die auch klimatisiert sein kann, wesentlich günstiger als am Einbauort des Sensors bzw. 21, 22.

Um unerlaubtes Betätigen der Vorrichtungen 6 bis 8 bzw. unerlaubte Beeinflussung der Ausgabeschnittstelle 9 zu vermeiden, sind hierfür Kappen 18 vorgesehen. Hierbei können die Vorrichtungen 6 bis 8 bzw. die Ausgabeschnittstelle 9 in Form des Steckanschlusses entweder versenkt angeordnet werden oder mit einem Kragen umgeben werden, in die die Kappen 18 einschnappbar sind. Die Anschlüsse für Schaltfunktion usw. sind nach Art bekannter Schaltgeräte an der Frontseite des Gehäuses 5 vorgesehen. Das Gehäuse 5 kann auch in der entsprechenden Form aufgebaut werden, so daß das Gehäuse 5 in einer Reihe mit derartigen Geräten angeordnet werden kann. Die Befestigung des Gehäuses 5 ist dann in entsprechender Weise ausgeführt, beispielsweise als Schnappbefestigung.

16 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims (16)

Patentansprüche

1. Ultraschallnäherungsinitiator mit einem Sensor und einer Steuer- und Verstärkerschaltung mit Schaltbereichseinstellung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung mit der Schaltbereichseinstellung (2, 3) in einem gesonderten, in der Schaltanlage anordbaren Gehäuse (5) mit einer Sollwert-Einstellvorrichtung (2, 3) und einer Istwert-Anzeige (4) angeordnet ist. 10

2. Initiator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Einstellvorrichtung aus je einem Codierschalter für den unteren (2) und den oberen (3) Grenzbereich besteht.

3. Initiator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Istwert-Anzeige (4) eine LCD-Anzeige ist.

4. Initiator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwert-Anzeige (4) unabhängig vom eingestellten Schaltbereich (16) den gesamten Erfassungsbereich (15) des Initiators anzeigt.

5. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (6) für öffner- bzw. Schließerfunktion mit einer Anzeige im Istwert-Display (4) gekoppelt ist.

6. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (7) zur Auswahl unterschiedlicher Sensoren (1) vorhanden ist.

7. Initiator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung

aus einer Schaltungsanordnung besteht, die unterschiedliche Erkennungsspannungen der Sensoren zur Anpassungsumschaltung ausnutzt.

8. Initiator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Impulsausgabe zur Initiierung der Erkennungsspannung aufweist.

9. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgabeschnittstelle (9) für den Istwert in Form eines Steckanschlusses vorhanden ist.

10. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung (8) von Sollwert-Einstellung intern auf Sollwert-Vorgabe extern vorgesehen ist.

11. Initiator nach einem der Ansprüche 5, 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (6 - 9) von der Frontseite durch eine Kappe (18) abdeckbar sind.

12. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennze ichnet, daß eine Umschaltvorrichtung (10) (Multiplexverfahren) zur zyklischen Abfrage mehrerer Sensoren (1) vorhanden ist.

13. Initiator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß eine Pulsbreitenauswertung (11) vorhanden ist.

14. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (12) zur Änderung der Zykluszeit für die Sendeimpulse vorhanden ist.

15. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn et, daß eine Vorrichtung (13) zur Verstärkungsänderung bei Dauerstörsignalen vorgesehen ist.

16. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulslagenauswertung (20) vorhanden ist.