DE3825098A1 - Vorrichtung zur optoelektronischen erfassung von physikalischen messgroessen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt (DE-PS 34 01858 C1), welche zur optoelektronischen Erfassung der Dreh­ zahl einer Welle dient. Bei der dort verwendeten faserop­ tischen Sensoranordnung wird Licht, das von einer Licht­ quelle ausgeht, über einen Lichtwellenleiter zum Sensorele­ ment geleitet, dort entsprechend der physikalischen Meß­ größe moduliert und über den Lichtwellenleiter einer Licht­ empfängeranordnung mit einer nachgeschalteten Auswerte- und Anzeigeelektronik zugeführt.

Es ist ferner ein optoelektronisches Schleifen-Datenüber­ tragungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Vielzahl elektrischer Verbraucher und Geber bekannt (DE-OS 31 47 550), bei welchem ein Zeitmultiplex-System zur Datenübertragung angewandt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrich­ tung so auszubilden, daß bei nahezu gleichem Bauaufwand mehrere voneinander unabhängige faseroptische Grenzwert­ geber angeschlossen bzw. eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes kennzeichnen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der gesamten Vorrichtung und

Fig. 2 ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer faseroptischen Sensoranordnung 1, einer Lichtsender- und Empfängeranordnung 2 und einer Auswerte- und Anzeige­ elektronik 3.

Die Sensoranordnung 1 wiederum umfaßt mehrere voneinander unabhängige - auch an verschiedenen Einbauorten angebrachte optische Grenzwertgeber 1.1 bis 1.4, also Sensoren, die das Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes einer Meßgröße in Form eines binären Signales ausgeben. Obwohl in der Figur vier Grenzwertgeber dargestellt sind, kann deren Anzahl beliebig erweitert oder verringert werden. Jeder Grenzwertgeber 1.1 bis 1.4 ist hierbei mit einem optischen Anschluß 1.1.1 bis 1.4.1 an einen Lichtsender 2.1 bis 2.4 und über einen optischen Anschluß 1.1.2 bis 1.4.2 an einen Lichtempfänger 2.1.0 bis 2.4.0 der Lichtsender- und Em­ pfängeranordnung 2 angeschlossen, welche des weiteren noch eine Steuerelektronik 2.5 und eine Verstärkerelektronik 2.6 beinhaltet, die über eine als Lichtwellenleiter ausgebil­ dete Übertragungsleitung 4.1 mit der an einem anderen Ort angeordneten Auswerteelektronik 3.1 verbunden ist.

Die gesamte Vorrichtung besteht also im wesentlichen aus den drei eingangs genannten Komponenten, wobei die Aufteilung der Gesamtelektronik in zwei Einheiten - Lichtsender- und Empfängeranordnung 2 und Auswerte- und Anzeigeelektronik 3 und deren räumlich getrennte Unterbringung der im Maschinen- und Fahrzeugbau häufig gegebenen Situation Rechnung trägt, daß es in der Nähe der unter schwierigen Umweltbedingungen arbeitenden Grenzwertgeber zwar einen geschützten Einbauort für die Lichtsender- und Empfängeranordnung 2 gibt, nicht jedoch für die Anzeigeelektronik 3, da diese vom Benutzer nicht eingesehen werden kann. Ein Beispiel hierfür sind Motorenprüfstände, die aus Sicherheitsgründen nur von einer mit Panzerglas geschützten Kabine aus bedient werden dürfen. Die Aufteilung der Gesamtelektronik erübrigt es, die Licht­ wellenleiter 1.1.3 bis 1.4.3 und 1.1.4 bis 1.4.4 der Grenz­ wertgeber 1.1 bis 1.4 bis zum Ort der Meßwertanzeige - An­ zeigeelektronik 3.2 - zu führen, reduziert so den Aufwand und erleichtert wegen der zusätzlich möglichen optischen Anschlüsse die Installation des Gesamtsystems erheblich. Zu­ dem gestatten die getrennten optischen Anschlüsse für jeden einzelnen Grenzwertgeber den nachträglichen Austausch bei Reparaturen oder die Veränderung der Anzahl der Grenzwert­ geber ohne weitergehende Änderung der Sensoranordnung. Da ferner für jeden Grenzwertgeber ein eigener Lichtsender vor­ gesehen ist, kann auf aufwendige, mit Lichtverlusten behaf­ tete optische Teiler verzichtet werden und infolge der zyk­ lischen, pulsartigen Ansteuerung der einzelnen Lichtsender sind hohe Lichtstärken bei gleichzeitig niedriger Aufheizung des Lichtsenders erlaubt.

Zur Funktionsweise der Vorrichtung im einzelnen:

Ein "Clock"-Generator 2.5.1 der Steuerelektronik 2.5 gene­ riert den Zeittakt, in dem ein "Johnson"-Zähler 2.5.2 nach Art eines Schieberegisters einen High-Impuls von einem Aus­ gang 2.5.2.1 zum nächsten Ausgang 2.5.2.2 usw. weiterschaltet. Unabhängig davon wird beim Einschalten der Vorrichtung im Schalter 2.5.3 aus dem Einschaltstromstoß ein Impuls abge­ leitet, der den "Johnson"-Zähler 2.5.2 rücksetzt und so für einen definierten Zählbeginn sorgt. Die nacheinander an den Ausgängen 2.5.2.1 bis 2.5.2.4 anstehenden High-Impulse werden jeweils von Treibern 2.5.4.1 bis 2.5.4.4 verstärkt, den Licht­ sendern 2.1 bis 2.4 zugeführt und von diesen in einzelne optische Impulse 2.4.1 bis 2.1.1 gewandelt, welche zu den Grenzwertgebern 1.1 bis 1.4 übertragen werden. Je nach dem augenblicklichen Wert der zu erfassenden physikalischen Größe wird der Lichtfluß der optischen Impulse 2.1.1 bis 2.4.1 in den Grenzwertgebern 1.1 bis 1.4 entweder unterbrochen oder nicht, so daß die Lichtempfänger 2.1.0 bis 2.4.0 entsprechend angesteuert werden und die ihnen getrennt zugeführten op­ tischen Signale der Grenzwertgeber in einzelne elektrische Signale wandeln, welche als elektrische High-und/oder Low- Impulsfolge auf eine gemeinsame Leitung 2.7 vereint einem Verstärker und Komparator 2.6.1 der Verstärkerelektronik 2.6 zugeführt werden. Ein Treiber 2.6.2 und ein elektrisch­ optischer Wandler 2.6.3 sorgen wieder für die Wandlung der elektrischen Impulsfolge in eine optische Impulsfolge zur Übertragung über den Lichtwellenleiter 4.1. Damit nachfol­ gend eine Identifikation der einzelnen Grenzwertgebersignale möglich ist, ist der "Johnson"-Zähler 2.5.2 über eine Signal­ leitung 2.8 noch mit einer Synchronstufe 2.6.4 verbunden, über welche bei jedem Zyklus des "Johnson"-Zählers 2.5.2 ein Synchronisationsimpuls zur Markierung von Anfang und Ende des Zyklus in der elektrischen High-Low-Impulsfolge auf die Leitung 2.7 eingeprägt wird.

Die über den Lichtwellenleiter 4.1 zur Auswerteelektronik 3.1 übertragene optische Impulsfolge wird in einen opto­ elektrischen Wandler 3.1.1 gewandelt und die so erhaltene elektrische Impulsfolge in einem Verstärker mit Schmitt- Trigger 3.1.2 verstärkt. In einer anschließenden Demulti­ plexstufe 3.1.3 werden die einzelnen Impulse der elek­ trischen Impulsfolge den einzelnen Grenzwertgebern zuge­ ordnet und auf die Anzeigeelektronik 3.2 übertragen, in welcher sie über Treiber 3.2.1 bis 3.2.4 verstärkt entsprechende, den einzelnen Grenzwertgebern zugeordnete optische Anzeigen 3.2.5 bis 3.2.8 aktivieren.

Statt der beschriebenen Anzeigeelektronik 3.2 ist selbst­ verständlich auch eine parallele Datenleitung an einen Rechner möglich.

Während in Fig. 1 die Grenzwertgeber als Durchlicht-Sensoren 1.1 bis 1.4 ausgebildet sind, können diese selbstverständ­ lich auch als Reflexions-Sensoren 1.1′ etc. ausgebildet sein, wie dies in Fig. 1 noch für einen Sensor dargestellt ist. Hierbei wird das von dem Lichtsender 2.1 über den optischen Anschluß 1.1.1 in den Lichtwellenleiter 1.1.6 eingekoppelte Licht vom Sensor 1.1′ entsprechend der Meßgröße reflektiert und über einen Strahlteiler 1.1.5, den Lichtwellenleiter 1.1.4′ und den optischen Anschluß 1.1.2 in den Lichtempfän­ ger 2.1.0 ausgekoppelt. Vorteilhaft ist hierbei, daß pro Sensor nur ein Stecker statt der zwei Stecker bei Durch­ licht-Sensoren erforderlich ist.

Des weiteren ist eine Erkennung von Fremdlicht, das in einen Grenzwertgeber bzw. seine Lichtwellenleiter eindringt und dann zu einer falschen Anzeige führen kann, während des Sendens des Synchronisationsimpulses möglich. Denn während der Zeitdauer, während der die Kombination zwei "High"- und ein "Low"-Impulse gesendet wird, ist die Sensoranordnung dunkel gesteuert. Ein "High"-Zustand am Ausgang des Kompa­ rators 2.6.1 in diesem Zeitpunkt kann daher nur auf Fremd­ licht in einem Sensorzweig zurückzuführen sein. Eine ein­ fache Erkennung von Fremdlicht wird durch ein UND-Gatter 5 realisiert, das den Ausgang des Synchronisationsimpulses (Signalleitung 2.8) am "Johnson"-Zähler 2.5.2 und den Aus­ gang des Komparators 2.6.1 (Leitung 2.7) überwacht. Sind beide Ausgänge gleichzeitig "High", wird von dem UND-Gatter 5 über die Leitung 5.1 ein "Master-Reset" auf den "Johnson"- Zähler 2.5.2 gesetzt, der daraufhin einen neuen Synchroni­ sationsimpuls absetzt und so lange in dieser Schleife ver­ harrt, bis das Fremdlicht beseitigt ist.

In manchen Fällen kann die Auswerte- und Anzeigeelektronik 3 und die Lichtsender- und Empfängeranordnung 2 am gleichen Ort untergebracht werden. Dann entfällt die Übertragung der Impulsfolge, die mit dem Einprägen eines Synchronisations­ impulses - Synchronstufe 2.6.4 - und der Demultiplexstufe 3.1.3 gemäß Fig. 1 realisiert ist. Statt dessen - entsprech­ end Fig. 2 - genügt eine aus UND-Gliedern 3.1.4 bis 3.1.7 bestehende Auswerteelektronik 3.1, wobei jedes UND-Glied mit dem Ausgang des Komparators 2.6.1 - Leitung 2.7 - und über eine Signalleitung 2.8.1 bzw. 2.8.2 bzw. 2.8.3 bzw. 2.8.4 mit dem Ausgang 2.5.2.1 bzw. 2.5.2.2 bzw. 2.5.2.3 bzw. 2.5.2.4 des "Johnson"-Zählers 2.5.2 verbunden ist. Der Ausgang dieser UND-Gatter 3.1.4 bis 3.1.7 kann unmittelbar in der Anzeigeelektronik 3.2 zur Anzeige gebracht werden, wobei ein zusätzliches Speicherelement in den einzelnen Treibern 3.2.1 bis 3.2.4 die jeweilige Anzeige hält, bis sie im nächsten Zyklus überschrieben wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur optoelektronischen Erfassung von physi­ kalischen Meßgrößen,
die eine faseroptische Sensoranordnung,
eine Lichtsender- und eine Lichtempfängeranordnung und eine dieser nachgeschaltete Auswerte- und Anzeigeelek­ tronik umfaßt,
wobei zur optischen Signalübertragung zur und von der Sensor­ anordnung ein Lichtwellenleiter vorgesehen ist, welcher so­ wohl über einen optischen Anschluß mit einem Lichtsender als auch über einen optischen Anschluß mit einem Lichtempfänger der Lichtsender- und Empfängeranordnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoranordnung (1) mindestens zwei voneinander un­ abhängige Grenzwertgeber (1.1 bis 1.4) aufweist,
wobei jeder Grenzwertgeber (1.1 bis 1.4) über einen optischen Anschluß (1.1.1 bis 1.4.1) mit einem Lichtsender (2.1 bis 2.4) und über einen optischen Anschluß (1.1.2 bis 1.4.2) mit einem Lichtempfänger (2.1.0. bis 2.4.0) der Lichtsender- und Empfängeranordung (2) verbunden ist,
daß die einzelnen Lichtsender zur Aussendung jeweils eines optischen Impulses (2.1.1 bis 2.4.1) zeitlich nacheinander zyklisch von einer Steuerelektronik (2.5) der Licht­ sender- und Empfängeranordnung (2) angesteuert werden und die den Lichtempfängern getrennt zugeführten op­ tischen Signale der Grenzwertgeber nach deren Wandlung in elektrische Signale als elektrische High-Low-Impulsfolge auf eine gemeinsame Leitung (2.7) vereint und einer Ver­ stärkerelektronik (2.6) der Lichtsender- und Empfängeran­ ordnung (2) zugeführt werden,
wobei die Verstärkerelektronik über eine Übertragungsleitung (4.1, 2.7) mit der Auswertelektronik (3.1) verbunden ist, in welcher die Impulsfolge wieder in einzelne elektrische Impulse gewandelt und der Anzeigeelektronik (3.2) zur An­ steuerung der den Grenzwertgebern zugeordneten Anzeigen (3.2.5 bis 3.2.8) zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (2.5) über mindestens eine Signal­ leitung (2.8) mit der Verstärkerelektronik (2.6) verbunden ist, über welche bei jedem Zyklus der Steuerelektronik ein Synchronisationsimpuls zur Markierung von Anfang und Ende des Zyklus in der elektrischen High-Low-Impulsfolge abge­ geben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (2.5) über Signalleitungen (2.8.1 bis 2.8.4) mit der Auswertelektronik (3.1) verbunden ist, wobei jede Signalleitung auf ein UND-Glied (3.1.4 bis 3.1.7) der Auswertelektronik geführt ist und die UND-Glieder des weiteren mit der Übertragungsleitung (2.7) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerelektronik (2.6) über eine als Licht­ wellenleiter ausgebildete Übertragungsleitung (4.1) mit der Auswertelektronik (3.1) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerelektronik (2.6) über eine als elek­ trische Leitung ausgebildete Übertragungsleitung (2.7) mit der Auswertelektronik (3.1) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (Signalleitung 2.8) eines Johnson-Zählers (2.5.2) der Steuerelektronik (2.5) und der Ausgang (Lei­ tung 2.7) eines Komparators (2.6.1) der Verstärkerelektro­ nik (2.6) des weiteren mit einem UND-Gatter (5) verbunden sind, dessen Ausgang über eine Leitung (5.1) mit einem Eingang des Johnson-Zählers (2.5.2) verbunden ist.