DE4003978A1 - Pegelanzeige mit alarm - Google Patents

Pegelanzeige mit alarm

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Pegel- oder Si­ gnalstärken-Anzeigen, die besonders bei Sensoren oder Abta­ stern nützlich sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Signalstärken-Anzeige, die auch für Diagnose- Anzeigen benutzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann in einer Vielzahl von Anwen­ dungsfällen auf unterschiedlichen Gebieten eingesetzt werden, jedoch ist die bevorzugte Ausführung der Benutzung mit Sensoren oder Abtastern verbunden. Auf dem Gebiet der Sensoren oder Abtaster haben bestimmte bekannte Geräte Anzei­ gen, die ein Maß der Signalstärke ergeben. Derartige Anzei­ gen sind nützlich als ein Hilfsmittel zur korrekten Ausrich­ tung des Sensors oder Abtasters. Beispielsweise werden bei fotoelektrischen Sensoren verschiedene Verfahren benutzt, um die Stärke des empfangenen Lichtsignals anzuzeigen, bei­ spielsweise eine mit veränderbarer Frequenz aufleuchtende An­ zeige oder eine graphische Anzeige mit einer LED-Reihe.
Der gegenwärtige Trend zur Miniaturisierung von Sensor- und Abtastelementen hat Probleme bei ihrer elektrischen Ausle­ gung geschaffen. Die Miniaturisierung erfordert kleinere elektronische Bestandteile oder alternativ dazu eine geringe­ re Anzahl davon. Die Miniaturisierung kompliziert auch die Leistungszufuhr und die Wärmeabfuhr, da die Leistung für Gleich-Niederspannungskreise oft erst die Umwandlung von Netzspannung aus erfordert. Damit werden bei miniaturisier­ ten Sensoren oder Abtastern, die sowohl einen Signalstärken­ indikator wie auch einen davon getrennten Diagnose-Indikator ergeben, Schwierigkeiten erfahren, die Schaltung klein zu halten und gleichzeitig die für die Schaltung erforderlichen Leistung, die erzeugte Wärme und die Anzahl von notwendigen Bestandteilen und damit die Kosten zu verringern.
Die vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, diese Pro­ bleme zumindest teilweise dadurch auszuschalten, daß eine Doppelfunktions-Anzeige geschaffen wird. Bei der bevorzugten Ausführung läßt die Erfindung eine LED-Reihe graphisch die Doppelfunktion der Signalstärkenanzeige und der Diagnose-An­ zeige ausführen. Diese Doppelfunktion erfordert kein bedeu­ tend größeres Gerät, das dann teurer wird, mehr Leistung ver­ braucht und mehr Wärme erzeugt. Die Erfindung ergibt Mittel zum Erfassen und Anzeigen von Diagnose-Ergebnissen für das Innenleben des Sensors oder Abtasters, wie auch Mittel zum Anzeigen der Signalstärke. Umgebungsbedingungen wie Feuchtig­ keit und Temperatur im Sensor, Ausgangslastzustände und Sig­ nalkontrast werden durch die Erfindung überwacht. Diagnosen werden dann angezeigt, wenn irgendeiner der überwachten Zu­ stände vorbestimmte Grenzwerte übersteigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt die einzige Figur ein Schaltsche­ ma der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Bei der nachfolgenden dataillierten Beschreibung der bevor­ zugten Ausführung wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug ge­ nommen, in der zur Verdeutlichung eine bestimmte Ausführung der Erfindung dargestellt ist. Dabei ist zu verstehen, daß auch andere Ausführungen benutzt werden und strukturelle Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbe­ reich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung benutzt eine LED-Anordnung, um mit einer Stablängenanzeige die Sig­ nalstärke darzustellen. Einzelne LED können auch für eine Diagnose-Meldung blinken. Damit besitzen die LED Doppelfunk­ tion, nämlich sowohl für Signalstärkeanzeige wie auch für Diagnose-Anzeige. Die vorliegende Erfindung reduziert damit zunächst einmal die für die Informationsanzeige nötige Fläche. Zusätzlich verringert die vorliegende Erfindung die erforderliche Leistung, da nur eine LED-Reihe benutzt wird, um Informationen anzuzeigen.
Die bevorzugte Ausführung der Erfindung ist ein einfacher Analog/Digital-Wandler mit 10 Stufen, der eine aus 10 LED be­ stehende Anzeigenzeile ansteuert. Die Schaltung und die LED- Anzeigenreihe dienen zusammen als vollständiges Diagnosesy­ stem, wenn sie im Sensor eingebaut sind. Während die analoge Eingangsspannung sich von Null zu einigen Volt ändert, wächst die Länge der leuchtenden LED-Reihe und nimmt wieder ab, ähnlich einer Volumenanzeige bei einem Kassettenrecor­ der. Falls irgendein Diagnosezustand zutrifft, blinkt eine oder blinken mehrere LED in der LED-Reihe mit einer Frequenz von ca. 5 Hz. Die bevorzugte Ausführung überwacht die folgen­ den Diagnose-Bedingungen: (1) die Temperatur im Sensor (über einen Thermistor), (2) die Kondensation oder Feuchtigkeit in­ nerhalb des Sensors (durch Impedanzmessung), (3) Überlastung der Ausgangstransistoren, (4) zu wenig Verstärkung, (5) zu viel Verstärkung.
Nach Fig. 1 erzeugt ein (nicht dargestelltes) separates Sen­ sormittel ein analoges Eingangssignal 10. Das Diagramm 12 stellt den analogen Verlauf des Signals 10 dar, dessen Größe sich zwischen 0 und 6 V ändert. Eine mögliche Ausführung des Erfassungsmittels könnte eine modulierte fotoelektrische LED-Steuerung sein, die eine Ausgangsspannung von 0 V ergibt, wenn sie kein Licht empfängt, und eine Ausgangsspan­ nung von 6 V, wenn die maximale Lichtstärke erreicht ist. Die fotoelektrische Steuerung ergibt einen Spannungsbereich zwischen diesen Grenzen, und die Spannung ist dabei propor­ tional zur Größe des empfangenen Signals. Das Eingangssignal 10 wird an die invertierenden Eingängen von 10 Komparatoren 14 bis 32 angelegt. Der nicht invertierende Eingang jedes Komparators ist mit einer Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen 34 bis 54 verbunden (und zwar so, daß der Schwellwert für den Komparator 14 0,25 V, der Schwellwert für den Komparator 16 0,35 V, für den Komparator 18 0,5 V, für den Komparator 20 0,7 V, für den Komparator 22 1,0 V, für den Komparator 24 1,3 V, für den Komparator 26 1,7 V, für den Komparator 28 2,2 V, für den Komparator 30 2,9 V, für den Komparator 32 3,7 V beträgt). Damit wird das Aus­ gangssignal jedes Komparators 14 bis 32 dann hoch, wenn das Eingangssignal geringer als der dem jeweiligen Komparator 14 bis 32 zugeordnete Schwellwert ist. Falls das Eingangssignal 10 den zugeordneten Schwellwert übersteigt, wird das Aus­ gangssignal des betreffenden Komparators 14 bis 32 tief. Diese Art von Schaltung ist dem Fachmann wohl bekannt und als Standard-IC von vielen Herstellern erhältlich (z.B. Na­ tional Semiconductor Corporation, Typ LM3914).
Bei einem üblichen Einsatz einer solchen integrierten Schal­ tung steuern die Ausgangssignale der Komparatoren 14 bis 32 typischerweise die 10 LED-Anzeigen 56 bis 72 so an, daß diese LED eine in ihrer Länge mit steigender Spannung zuneh­ mende leuchtende Reihe ergibt, d.h. je höher die Spannung des Eingangssignals 10, umso mehr LED 56 bis 74 leuchten. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung liegt jedoch eine Reihe von Torschaltungen 96 bis 114 zwischen den Ausgängen der Kom­ paratoren 14 bis 32 und den LED 56 bis 74. Diese Torschaltun­ gen 96 bis 114 gestatten, daß die gleiche LED außer die eben besprochenen Anzeige der Stärke des Eingangssignals 10 auch noch die Anzeige verschiedener Diagnosezustände bewirkt.
Die mit "Feucht" 120, "Temp" 122, "Last" 124, "Verst+" 126 und "Verst-" 128 markierten Kästen stellen externe Schaltun­ gen zum Überwachen der Umgebungsparameter wie Feuchtigkeit, Temperatur, Laststrom und Verstärkungseinstellungen des Sen­ sormittels dar. Beispielsweise ist dann, wenn ein Umgebungs­ parameter sich innerhalb normaler Grenzen befindet, das Aus­ gangssignal der Schaltung "Verst-" 128 "tief", in dem Dia­ gramm 130 als ok bezeichnet. Wenn der Umgebungsparameter sich außerhalb dieser vorbestimmten Grenzen befindet, wird das Ausgangssignal der Schaltung "Verst-" 128 "hoch", im Dia­ gramm 130 als "ALARM" beschrieben.
Ein Oszillator 116 mit einer Frequenz von 5 Hz erzeugt eine Rechteckwelle, die an einen Eingang jedes NAND-Gliedes 96 bis 104 angelegt wird. Die Rechteckwelle wird durch das Dia­ gramm 118 beschrieben. Wenn am anderen Eingang des NAND-Glie­ des 96 bis 104 ein "tiefes" Signal (z.B. eine OK-Signal) an­ gelegt wird, bleibt der Ausgang des NAND-Gliedes 96 bis 104 hoch, ohne Rücksicht auf den Zustand der Rechteckwelle. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 96 bis 104 ergibt das Ein­ gangssignal für das XOR-Glied 106 bis 114. Das Ausgangssi­ gnal der Komparatoren 14 bis 32 liegt als weiteres Eingangs­ signal an den XOR-Gliedern 106 bis 114 an. Das Ausgangssi­ gnal eines dieser XOR-Glieder ist nur dann hoch, wenn zwei Eingangssignale dieses XOR-Gliedes sich unterscheiden (ein Eingang hoch, ein Eingang tief). So kann in der bevorzugten Ausführung gesehen werden, daß dann, wenn das Ausgangssignal eines NAND-Gliedes 96 bis 104 tief ist, das Ausgangssignal des zugehörigen XOR-Gliedes 106 bis 114 der Betätigung des zugehörigen Komparators 14 bis 32 folgt, jedoch den Logikpe­ gel invertiert.
Zur Verdeutlichung: Wenn das Eingangssignal 10 0 V beträgt, wird der Ausgang des Komparators 14 hoch, das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 96 hoch (z.B. wenn der Feuchtigkeitssensor "Feucht" 120 "ok" signalisiert, das Ausgangssignal des XOR- Gliedes 106 ist dann tief und die LED 56 ausgeschaltet. Wenn das Eingangssignal 10 den Wert von 0,25 V überschreitet, wird das Ausgangssignal des Komparators 14 tief, das XOR- Glied 106 hat ein hohes Ausgangssignal und die LED 56 ist eingeschaltet. Das ist der Normalbetrieb einer Zeilen- oder Reihenanzeige.
Wenn Feuchtigkeit erfaßt wird, geht das Ausgangssignal des Feuchtigkeitsdetektors "Feucht" 120 hoch. Nun wird während der halben Zeitlänge das NAND-Glied 96 gefüllt (beide Eingän­ ge hoch), wenn das Ausgangssignal des Oszillators 116 hoch ist, und das NAND-Glied 96 läßt wiederum das Ausgangssignal des XOR-Gliedes 106 mit einer Frequenz von 5 Hz zwischen hoch und tief abwechseln. Damit läßt irgendein Alarmsignal die zugehörige LED 56 bis 74 blinken, ohne Rücksicht auf den Gleichgewichtszustand oder sonstigen Ansteuerzustand der je­ weiligen LED, der vom Signal 10 abhängt.
Die Widerstände 76 bis 94 ergeben den Strom für die LED 56 bis 74. Der Inverter 132 invertiert das Ausgangssignal des Komparators 22 und ergibt ein Logikpegel-Ausgangssignal 134 zu einem (nicht dargestellten) Ausgangsmittel, so daß eine externe Last betätigt werden kann, wenn das Eingangssignal 10 den Schwellwert von 1,0 V für den fünften Komparator 22 übersteigt. Die Inverter 134 bis 142 invertieren die Aus­ gangssignale der jeweiligen Komparatoren 20 bis 25, so daß die LED 62 bis 70 betätigt werden können, wenn das Eingangs­ signal 10 die Schwellwerte der zugehörigen Komparatoren 20 bis 28 übersteigt.
Als zusätzliche Erweiterung könnte ein logisches ODER-Glied die Ausgänge der einzelnen Parameter-Sensoren 120 bis 128 miteinander verbinden, so daß beim Auftreten irgendeines Dia­ gnose-Zustandes ein zweites Ausgangssignal mit Logikpegel ein zweites Ausgabemittel betätigen kann. Z.B. kann das zweite Ausgangssignal ein Licht-, Glocken- oder anderes Alarmsignal betätigen.
Es wurde hier eine besondere Ausführung dargestellt und be­ schrieben, es ist jedoch für den normalen Fachmann einsich­ tig, daß irgendeine Anordnung, die zur Erreichung des glei­ chen Zwecks ausgelegt ist für viele Einzelteile als Ersatz dienen kann. Beispielsweise kann das Eingangssignal auch durch ein Erfassungsmittel erzeugt werden, zu dem beispiels­ weise (ohne Begrenzung) fotoelektrische Sensoren, kapazitati­ ve Annäherungsglieder, Ultraschall-Anwesenheitsglieder, in­ duktive Annäherungs-Sensoren, Temperatur- oder Drucksensoren oder andere Sensoren gehören, dessen Ausgangssignal in Form einer Analogspannung dargestellt werden kann, für das eine Analoganzeige der Signalgröße erforderlich ist, zusammen mit der Fähigkeit, ein Alarm- oder Wecksignal zu erzeugen. Zusätzlich ist als Anzeigemittel nicht nur die LED-Reihe 56 bis 74 anwendbar, sondern es könnten sich auch Leucht­ stoffröhren, Flüssigkristallanzeigen und andere Anzeigemit­ tel eignen. Auch ist das Blinken einer LED im "Alarm"-Zu­ stand nicht der einzige Weg für die Diagnose-Anzeige. Bei einer anderen Ausführung könnten beispielsweise die einzel­ nen LED 56 bis 74 "Bicolor"-LED sein, so daß bei einem Alarm-Zustand die LED ihre Leuchtfarbe von z.B. grün nach z.B. rot ändert. In diesem Fall ist weiterhin das "Doppel­ funktions"-Konzept der vorliegenden Erfindung weiter gültig.

Claims (24)

1. Vorrichtung zum Anzeigen von Verhaltens- und Diagnose-In­ formation, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind:
  • a) eine Vielzahl von Indikatoren (56-74)′
  • b) Mittel (10; 14-32) zum Aufnehmen mindestens eines Si­ gnals;
  • c) Mittel (34-54; 106-114; 76-74) zum selektiven Betäti­ gen der Indikatoren (56-74) zur Anzeige einer Größe des Signals;
  • d) Mittel (120, 122, 124, 126, 128; 96-104) zum Erfassen mindestens eines Diagnose-Zustandes; und
  • e) Mittel (106-114) zum wahlweisen Betätigen der Indika­ toren (56-74) zur Anzeige des Diagnose-Zustandes.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß jeder Indikator eine lichtemittierende Diode (56-74) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Indikator zusätzlich einen Diagnose-Zu­ stand bezeichnet.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Diagnose-Zustand (122, 98) ein Temperaturwert ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Diagnose-Zustand ein Konden­ sations- oder Feuchtezustand (120, 96) ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Diagnose-Zustand ein Signal­ kontrastwert (128, 104) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkontrastwert ungenügende Verstärkung anzeigt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkontrastwert zu hohe Verstärkung anzeigt.
9. Verfahren zum Anzeigen des Verhaltens und von Diagnosein­ formation an einer Vielzahl von Indikatoren, dadurch ge­ kennzeichnet,
  • a) daß mindestens ein Eingangssignal aufgenommen wird,
  • b) daß selektiv die Indikatoren zum Anzeigen eines Grö­ ßenwertes des Signals betätigt werden,
  • c) daß mindestens ein Diagnose-Zustand erfaßt wird, und
  • d) daß selektiv die Indikatoren betätigt werden zur An­ zeige des Diagnose-Zustandes.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatoren lichtemittierende Dioden sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Indikator einen Diagnose-Zustand anzeigt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Diagnose-Zustand ein Temperatur­ wert ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Diagnose-Zustand ein Feuchtig­ keits- oder Kondensationszustand ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einer der Diagnose-Zustände einen Si­ gnalkontrastwert umfaßt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkontrastwert zu geringe Verstärkung anzeigt.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkontrastwert zu hohe Verstärkung anzeigt.
17. Vorrichtung zum Anzeigen von Ausführungs- und Diagnose- Information, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind:
  • a) eine Vielzahl von Indikatoren (56-74),
  • b) mit den Indikatoren wirksam verbundene Steuermittel (14-32; 96-104; 106-114; 134-142), wobei die Steuer­ mittel zur Ausführung folgender Schritte fähig sind:
    • 1) Empfangen mindestens eines Signals (10),
    • 2) selektives Betätigen der Indikatoren (56-74) zur Anzeige der Größe des Signals,
    • 3) Erfassen mindestens eines Diagnose-Zustandes (120, 122, 124, 126, 128), und
    • 4) selektives Betätigen der Indikatoren zur Anzeige des Diagnosezustandes.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Indikator (56-74) eine lichtemittierende Diode ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Indikator (56-60; 72; 74) einen Diagnose- Zustand (120, 122, 124, 126, 128) anzeigt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnose-Zustand ein Temperaturwert (122) ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnose-Zustand ein Kondensations- oder Feuch­ tigkeitszustand (120) ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnose-Zustand einen Signalkontrastwert (126, 128) umfaßt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkontrastwert ungenügende Verstärkung (128) anzeigt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkontrastwert zu hohe Verstärkung (126) an­ zeigt.
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