DE4015912C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Schalter ist aus der Zeitschrift "elektronik industrie", 9-1978, Seiten 17/18 bekannt. Er dient zum Ermitteln des Vorhandenseins eines Gegenstandes zwischen der Lichtemissions- und Lichtnachweis­ einrichtung.

Aus der JP-60-51 043(B2) ist ein fotoelektrischer Schalter bekannt, wie in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 6 ist eine Lichtemissionseinrichtung, die einen Schwingkreis 1 und eine Leuchtdiode 2 umfaßt, mit der Ausgangsklemme des Schwingkreises 1 verbunden. Andererseits umfaßt eine Lichtnachweiseinrichtung eine Verstärkerschaltung 4, die mit einem Fototransistor 3 versehen ist, welcher ein von der Leuchtdiode 2 emittiertes Lichtimpulssignal empfängt und das empfangene Lichtimpulssignal in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Verstärkerschaltung 4 verstärkt das Signal, und ein Kondensator 5 ist zwischen die Ausgangsklemme der Verstärkerschaltung 4 und die Eingangsklemme eines Kompa­ rators 6 geschaltet. Eine Nachweisschaltung 7 ist mit der Ausgangsklemme des Komparators 6 verbunden.

Die Fig. 7(a) bis (d) zeigen Wellenformen bei verschie­ denen Abschnitten des fotoelektrischen Schalters. Der Schwingkreis 1 erzeugt einen Impulsstrom, wie in Fig. 7(a) gezeigt, um die Leuchtdiode 2 zum Emittieren eines Lichtim­ pulssignals zu betätigen. Die Verstärkerschaltung 4 empfängt das Lichtimpulssignal von der Leuchtdiode 2 und wandelt es mittels des Fototransistors 3 in ein elektrisches Signal um, und verstärkt dann das elektrische Signal, damit es eine Wel­ lenform annimmt, wie in Fig. 7(b) gezeigt. Der Kondensator 5 schneidet eine Gleichstromkomponente des verstärkten Signals aus und überträgt das Signal zu dem Komparator 6. Der Kompa­ rator 6 diskriminiert das an ihn angelegte Signal auf der Grundlage eines vorbestimmten Pegels, um ein zur logischen Verarbeitung geeignetes Digitalsignal zu erhalten, wie in Fig. 7(c) gezeigt. Die Nachweisschaltung 7 erzeugt ein Nach­ weissignal, wie in Fig. 7(d) gezeigt, wenn das Impulssignal an den Komparator 6 eine vorbestimmte Anzahl von Malen fort­ dauernd angelegt wird.

Beide herkömmlichen fotoelektrischen Schalter weisen den Nachteil auf, daß dann, wenn eine Mehrzahl von Lichtemissi­ onseinrichtungen 20A und 21A benachbart zueinander angeordnet ist und eine Mehrzahl von Lichtnachweiseinrichtungen 20B und 21B einander benachbart angeordnet ist, wie in Fig. 8 ge­ zeigt, die Lichtnachweiseinrichtung 20B ein Lichtsignal von der Lichtemissionseinrichtung 21A empfängt, obwohl ein Licht­ signal von der Lichtemissionseinrichtung 20A durch einen Gegenstand 22 ausgesperrt wird, so daß die Lichtnachweisein­ richtung 20B das Vorhandensein des Gegenstandes 22 nicht nachweisen kann. In einer Anordnung einer Mehrzahl fotoelek­ trischer Schalter ist es daher erforderlich, die optischen Achsen der fotoelektrischen Schalter ausreichend voneinander zu trennen, was jedoch häufig nicht möglich oder unerwünscht ist.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Lösung des genannten Problems bei dem Stand der Technik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen foto­ elektrischen Schalter der eingangs genannten Art anzugeben, durch den ein Gegenstand ohne Hindernisse sicher nachgewiesen werden kann, selbst wenn eine Mehrzahl solcher fotoelektrischer Schalter einander benachbart angeordnet sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen des Schalters sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Schalter enthält einen Komparator zur Diskriminierung des verstärkten elektrischen Signals auf der Grundlage eines vorbestimmten Pegels, um das verstärkte elektrische Signal in ein Digital­ impulssignal umzuwandeln, das zur logischen Verarbeitung ge­ eignet ist, und eine Nachweisschaltung, die ein Nachweis­ signal erzeugt, wenn das Ausgangsimpulssignal von dem Komparator eine Anzahl von Malen kontinuierlich erzeugt wird. Eine Schaltungs­ anordnung dieser Art ist aus der zum Stand der Technik zählenden, nachveröffentlichten DE-39 34 773(A1) bekannt.

Die einen Teil des Schalters bildende Impulsdauer-Diskriminatorschaltung diskriminiert das Aus­ gangsimpulssignal des Komparators so, daß nur die Impulsdauer des von dem Lichtemissionselement emittierten Lichtimpuls­ signals als gültig erkannt und für weitere Steuerungen verwendet wird. Ein Impulssignal mit einer Impulsdauer, die von der Impulsdauer des von dem Lichtemissionselement emittierten Lichtimpulssignals abweicht, wird nicht zu der Nachweisschaltung übertragen. Da die Verstärkerschaltung eine Schaltung zum Verhindern einer Sättigung aufweist, wird ferner die Impulsdauer nicht verändert, wenn das Lichtim­ pulseingangssignal an der Verstärkerschaltung groß ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des fotoelektrischen Schalters;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Impulsdauer-Diskriminator­ schaltung des Schalters von Fig. 1;

Fig. 3(c) bis (e) Zeitabläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise ver­ schiedener Abschnitte des fotoelektrischen Schal­ ters von Fig. 1;

Fig. 4 ein Schaltbild der Verstärkerschaltung des Schal­ ters von Fig. 1;

Fig. 5(h), (b₁) und (b₂) Zeitabläufe, die einen Vergleich zwischen dem fotoelektrischen Schalter gemäß der Erfindung und einem herkömmlichen Schalter und Im­ pulse bei verschiedenen Abschnitten jeder Verstär­ kerschaltung zeigen;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen fotoelek­ trischen Schalters;

Fig. 7(a) bis (d) Zeitabläufe von Signalwellenformen bei verschie­ denen Abschnitten von Fig. 6; und

Fig. 8 ein Blockschaltbild von zwei Sätzen fotoelektri­ scher Schalter, die einander benachbart vorgesehen sind.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform des fotoelek­ trischen Schalters gemäß der Erfindung. In den Figuren tragen die den Elementen von Fig. 6 entsprechenden Elemente die gleichen Bezugszeichen. In Fig. 1 sind ein Schwingkreis 1, eine Leuchtdiode 2, ein Fototransistor 3, ein Kondensator 5, ein Komparator 6 und eine Nachweisschaltung 7 die gleichen wie die in dem herkömmlichen fotoelektrischen Schalter, und daher ist eine weitere Erläuterung dieser Elemente nicht er­ forderlich. Der fotoelektrische Schalter gemäß der Erfindung unterscheidet sich von dem herkömmlichen Schalter darin, daß eine Impulsdauer-Diskriminatorschaltung 8 zwischen dem Kompa­ rator 6 und der Nachweisschaltung 7 vorgesehen ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Impulsdauer-Diskrimina­ torschaltung 8 eine Reihenschaltung aus eine Verzögerungsschal­ tung 81 mit Zeitschwelle und eine monostabile Schaltung 82, die mit der T-Ein­ gangsklemme eines D-Flipflops 84 verbunden ist. Eine Inverter­ schaltung 83 ist mit der Eingangsklemme der Verzögerungs­ schaltung 81 und der D-Eingangsklemme des Flipflops 84 verbun­ den. Die Q-Ausgangsklemme und die R-Eingangsklemme des Flip­ flops 84 sind miteinander verbunden, wie in Fig. 2 gezeigt.

Anhand der Fig. 3(c) bis (e), die verschiedene Wellenfor­ men zeigen, wird die Betriebsweise der Impulsdauer-Diskrimi­ natorschaltung 8 beschrieben. Fig. 3(c) zeigt die Wellenform an dem Ausgang des Komparators 6, welche das Eingangssignal der Impulsdauer-Diskriminatorschaltung 8 ist. Fig. 3(f) zeigt die Wellenform an dem Ausgang der Verzögerungsschaltung 81, während Fig. 3(g) die Wellenform an dem Ausgang der monostabilen Schaltung 82 zeigt. Fig. 3(e) zeigt die Wellen­ form an dem Ausgang des Flipflops 84.

Wenn der Ausgangsimpuls c des Komparators 6 an die Impuls­ dauer-Diskriminatorschaltung 8 angelegt wird, gelangt er an die Verzögerungsschaltung 81 mit Zeitschwelle. Diese Schaltung 81 ist so eingerichtet, daß wenn die Dauer des Aus­ gangsimpulses c kürzer ist als eine vorbestimmte Zeit T1, wie zum Zeitpunkt t1 gezeigt, sie 81 kein Ausgangssignal f abgibt. Ist aber die Dauer des Ausgangsimpulses c länger als die Zeit T1, gezeigt am Zeitpunkt t2, wird ein Signal f an die mono­ stabile Schaltung 82 gegeben und diese aktiviert, so daß ein Impuls mit einer Zeitdauer T2 als Ausgangssignal g der mono­ stabilen Schaltung 82 erzeugt wird. Dann speichert der Flip­ flop 84 das Ausgangssignal der Inverterschaltung 83 bei der Rückflanke des Ausgangsimpulses g der monostabilen Schaltung 82. Wenn die Dauer des Ausgangsimpulses c des Komparators 6 aber länger ist als die Zeit T1+T2, wie zum Zeitpunkt t3 ge­ zeigt, ist das Ausgangssignal von der Inverterschaltung 83 "0", und daher wird die in dem Flipflop 84 gespeicherte "0" unverändert gelassen. Folglich verändert sich das Ausgangs­ signal der Impulsdauer-Diskriminatorschaltung 8 nicht. Das heißt, wenn die Dauer des Ausgangsimpulses c des Komparators 6 innerhalb eines Bereiches von der Zeitdauer T1 bis zu der Zeitdauer T1+T2 liegt, ist das Ausgangssignal der Inversi­ onsschaltung 83 "1" bei der Rückflanke des Ausgangssignals der monostabilen Schaltung 82, und daher wird in dem Flipflop 84 "1" gespeichert. Dann wird das Ausgangssignal des Flipflops 84 "1". Der Flipflop 84 wird daher durch sein eigenes Aus­ gangssignal zurückgesetzt, so daß der Speicherinhalt des Flipflops 84 wieder "0" wird.

Die Impulsdauer-Diskriminatorschaltung 8 sendet einen Impuls zu der Nachweisschaltung 7, wenn die Ausgangssignaldauer des Komparators 6 länger ist als die Zeitdauer T1 und kürzer ist als die Zeitdauer T1+T2, wie oben beschrieben. Die Nach­ weisschaltung 7 erzeugt ein Nachweissignal, wenn der daran angelegte Impuls von der Impulsdauer-Diskriminatorschaltung 8 andauert. Wenn die Verzögerungsschaltung weggelassen wird, kann die Impulsdauer-Diskriminator­ schaltung 8 nur einen Impuls mit einer Impulsdauer von nicht mehr als T2 als gültig bewerten und einen Impuls mit einer Impulsdauer von mehr als der vorbestimmten Impulsdauer T1 als ungültig ausscheiden.

Wenn das Lichtnachweissignal einen zu großen Pegel hat, kann in der Verstärkerschaltung 4 eine Sätti­ gung auftreten, so daß sich die Impulsdauer verändert und die Impulsdauer-Diskriminatorschaltung 8 den Diskriminiervorgang falsch ausführt. Dementspre­ chend enthält die Verstärkerschaltung 4 eine Einrichtung zum Verhindern einer Sättigung, wie in Fig. 4 gezeigt.

In Fig. 4 ist die Verstärkerschaltung 4 mit dem Fototran­ sistor 3 versehen. Ein Widerstand 31, der zwischen den Kol­ lektor des Fototransistors 3 und eine Steuerspannungsquelle Vc geschaltet ist, und ein Widerstand 32, der den Kollektor und die Basis des Fototransistors 3 verbindet, wirken als Vorspannungswiderstände und bilden zusammen mit dem Fototran­ sistor 3 eine Lichtnachweisschaltung. In der Verstärkerschal­ tung 4 wird die Vorspannung am nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 41 durch eine Serienschaltung erzeugt, die Spannungsteilungswiderstände 42 und 43 umfaßt, die mit einer geregelten Energiequelle Vc und einem Nullspannungspegel verbunden sind. Der Kollektor des Fototransistors 3 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 41 durch eine Reihenschaltung verbun­ den, die einen Kondensator 44 und einen Widerstand 45 um­ faßt.

Herkömmlich ist nur ein Rückkoppelwiderstand 46 zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operati­ onsverstärkers 41 geschaltet. Wenn ein Kollektorsignal des Fototransistors 3, wie in Fig. 5(h) gezeigt, an den Operati­ onsverstärker 41 angelegt wird, überschreitet daher das Ausgangssignal b1 des Operationsverstärkers 41 den Operati­ onsbereich, so daß der Operationsverstärker 41 gesättigt wird. Die Dauer des Ausgangssignals b1 wird länger als die Dauer eines Lichtnachweisimpulses, das heißt als die Dauer des Kol­ lektorsignals h.

In dieser Ausführungsform ist daher eine Reihenschaltung von drei Dioden 47, 48 und 48 zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 41 ge­ schaltet. Wenn in dieser Konfiguration das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 41 den Durchlaßspannungsabfall der drei Dioden 47, 48 und 49 übersteigt, beginnt ein Strom in die Dioden 47, 48 und 49 zu fließen. Der Widerstandswert des Rückkopplungswiderstands 46 wird vermindert, was den Verstär­ kungsfaktor des Operationsverstärkers 41 vermindert und da­ durch seine Ausgangsspannung anhebt. Dieses verhindert eine Zunahme der Dauer des Ausgangssignals des Operationsverstär­ kers 41, wie in Fig. 5(b₂) gezeigt. Dementsprechend ist es möglich, eine Impulsdauer genau zu diskriminieren unabhängig von der Intensität eines Lichtnachweissignals.

Wie oben beschrieben, wird durch die Operation der Impuls­ dauer-Diskriminatorschaltung nur ein Lichtnachweissignal mit einer vorbestimmten Impulsdauer als gültiges Signal nachge­ wiesen. Und die Verstärkerschaltung ist so ausgelegt, daß sie keine Sättigungscharakteristik aufweist. Daher wird selbst dann, wenn ein anderer fotoelektrischer Schalter nahe dem fotoelektrischen Schalter gemäß der Erfin­ dung vorgesehen wird, das Auftreten einer Fehloperation auf­ grund des Empfangs eines von dem anderen fotoelektrischen Schalter emittierten Lichtimpulssignals verhindert, wenn die emittierte Lichtimpulsdauer des anderen elektrischen Schal­ ters so gewählt wird, daß sie von der des ersten fotoelektri­ schen Schalters verschieden ist. Ferner wird auch eine Fehlfunktion aufgrund eines von einem Fluoreszenzlicht oder dergleichen emittierten Lichtimpulssignals verhindert.

Claims (3)

1. Fotoelektrischer Schalter, enthaltend:
ein Lichtemissionselement (2) zum Emittieren von Licht in der Form eines Lichtimpulssignals,
ein Lichtnachweiselement (3) zum Empfangen des von dem Licht­ emissionselement (2) emittierten Lichtimpulssignals und zum Umwandeln des Lichtimpulssignals in ein elektrisches Signal und
eine Verstärkerschaltung (4) zum Verstärken des elektrischen Signals, die mit Einrichtungen (47, 48, 49) zum Verhindern einer Sättigung versehen ist, gekennzeichnet durch:
einen Komparator (6) zum Diskriminieren des verstärkten elek­ trischen Signals auf der Basis eines vorbestimmten Pegels, um das verstärkte elektrische Signal in ein zur logischen Verarbeitung geeignetes digitales Impulssignal umzuwandeln,
eine Nachweisschaltung (7) zur Erzeugung eines Nachweis­ signals, wenn das Ausgangsimpulssignal des Komparators (6) kon­ tinuierlich eine vorbestimmte Anzahl von Malen erzeugt wird, und
eine Impulsdauer-Diskriminatorschaltung (8), die zwischen den Komparator (6) und die Nachweisschaltung (7) geschal­ tet ist und ermittelt, ob die Impulsdauer des Ausgangs­ impulssignals des Komparators (6) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, und die das Ausgangsimpulssignal des Kompara­ tors (6) weitergibt, wenn dessen Impulsdauer gleich einem vorbestimmten Wert ist.

2. Fotoelektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer-Diskriminatorschaltung (8) umfaßt:
einen D-Flipflop (84) mit einem D-Eingang, einem T-Eingang
einem R-Eingang und einem Q-Ausgang, wobei der R-Eingang und der Q-Ausgang miteinander verbunden sind,
eine Verzögerungsschaltung (81), die nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Eingangssignal länger als ihre Verzögerungszeit (T1) ist, eine monostabile Schaltung (82) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung (81) verbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem T-Eingang des D- Flipflops (84) verbunden ist, sowie
eine Inverterschaltung (83) mit einem Eingang, der mit dem Eingang der Verzögerungsschaltung (81) verbunden ist, und
einem Ausgang, der mit dem D-Eingang des D-Flipflops (84) ver­ bunden ist.

3. Fotoelektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (4) einen Operationsverstärker (41) enthält, zwischen dessen Ausgangsklemme und dessen invertierenden Eingang eine Reihenschaltung aus drei Dioden (47, 48, 49) geschaltet ist.