DE4035710A1

DE4035710A1 - Verfahren zur stoerunterdrueckung bei sensoranordnungen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE4035710A1
Application number: DE19904035710
Authority: DE
Inventors: Oliver Betz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1992-05-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störunterdrückung bei Sensoranordnungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Sensoranordnungen, die aus Sender und Empfänger bestehen, wie zum Beispiel Lichtschranken, besteht das Problem, daß äußere Störeinflüsse unterdrückt werden müssen.

Der Ursprung und die Art der Störungen kann verschieden sein, beispielsweise:

- Natürliche Störungen, bestehend in der Regel aus Rauschen und/oder Gleichsignalen.
- Störungen durch andere technische Einrichtungen mit einer charakteristischen Frequenzverteilung.
- Störungen durch gleichartige, benachbarte Sensoranordnungen.
- Mutwillig durch Menschen hervorgerufene Störungen.

Ein bekanntes Verfahren zur Störunterdrückung ist beispielsweise die Modulation des gesendeten Signals mit einem Wechselsignal und die Auswertung mittels schmalbandiger Filter, beispielsweise PLL-Schaltkreise (Elektronik 1/85, Seite 68).

Nachteile dieses Verfahrens sind die geringe Ansprechgeschwindigkeit und/oder die mögliche Beeinflussung durch ein Störsignal nahe der Modulationsfrequenz.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Sensoranordnungen, insbesondere bei Lichtschranken, auch innerhalb kurzer Meßintervalle eine gute Störunterdrückung zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren nach Anspruch 1 bzw. die Vorrichtung nach Anspruch 5.

Die Korrelation des empfangenen (gestörten) Signals mit dem Modulationssignal liefert den statistisch wahrscheinlichsten Schätzwert für das ungestörte Signal: nämlich denjenigen Wert, bei dem, gemittelt über die Meßdauer, das Quadrat der Differenz zwischen empfangenem und geschätztem Signal minimal wird. Die Korrelation ist daher ein optimales Verfahren zur Störunterdrückung.

Zudem bietet die Verwendung einer Korrelatorschaltung gegenüber der Auswertung mit Schmalbandfiltern den Vorteil, daß Signale unterschiedlicher Frequenz zur Modulation verwendet werden können, und zwar entweder zeitlich nacheinander oder gleichzeitig.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 2 bzw. den Vorrichtungen nach den Ansprüchen 8, 9 und 10 ergibt sich der Vorteil, daß durch die Verwendung von Signalen unterschiedlicher Frequenz als Modulationssignal der nutzbare Frequenzbereich, der durch die geforderte Ansprechgeschwindigkeit der Sensoranordnung (untere Grenzfrequenz) und die Grenzfrequenzen der Sender bzw. Empfänger festgelegt ist, gleichmäßiger genutzt werden kann. Das Auftreten eines Störsignals mit ähnlicher Frequenz- und Phasenverteilung wird somit durch die Verwendung geeigneter Modulationssignale wesentlich unwahrscheinlicher.

Das Verfahren nach Anspruch 3 bzw. die Vorrichtung nach Anspruch 9 hat den Vorteil, daß der verfügbare Frequenzbereich besonders gleichmäßig ausgenutzt wird. Ferner ist eine mutwillige Beeinflussung oder eine Störung durch benachbarte, gleichartige Sensoranordnungen erschwert.

Störungen durch gleichartige, benachbarte Sensoranordnungen sowie mutwillige Störungen können ferner durch die Verwendung von zeitlich nacheinander folgenden Signalen unterschiedlicher Frequenz als Modulationssignal erschwert werden, wobei Frequenz und/oder zeitliche Abfolge zufällig oder quasi-zufällig sind.

Das Verfahren nach Anspruch 4 bzw. die Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6 hat den Vorteil, daß sowohl der Generator zur Erzeugung des Modulationssignals als auch der Multiplizierer besonders einfach aufgebaut werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung, die ein Blockschaltbild einer Sensoranordnung darstellt.

Die in der Figur dargestellte Sensoranordnung weist einen Sender 1, einen Empfänger 2, einen Modulationssignalgenerator 3 sowie eine Korrelatorschaltung 6 auf, die einen Multiplizierer 4 und einen Integrierer 5 umfaßt. Der Generator 3 gibt das Modulationssignal 7, 7′ an den Sender 1 und die Korrelatorschaltung 6 ab. Das vom Empfänger 2 abgegebene Signal 8 gelangt ebenfalls zur Korrelatorschaltung. Der Multiplizierer 4 multipliziert das Modulationssignal 7 mit dem Empfängersignal 8 und gibt das multiplizierte Signal 9 an den Integrierer 5 ab, an dessen Ausgang das integrierte Signal 10 ansteht.

Der Integrierer 5 kann als echter Integrierer, der zu Beginn jedes Meßzyklus′ auf Null gesetzt wird, oder als Tiefpaßfilter mit einer der geforderten Ansprechzeit der Anordnung angepaßten Eckfrequenz ausgeführt sein. In diesem Falle erhält man einen kontinuierlichen Ausgangswert.

Der Generator 3 kann beispielsweise aus mehreren Oszillatoren mit unterschiedlicher Grundfrequenz aufgebaut sein, deren Ausgänge summiert werden, oder als Rauschgenerator.

Ein besonders einfacher Aufbau für den Generator 3 und den Multiplizierer 4 ergibt sich, wenn Modulationssignale mit diskreten Amplitudenwerten verwendet werden, da der Multiplizierer sich dann auf einen Verstärker mit umschaltbaren Verstärkungsfaktoren reduziert. Ein Generator für diskrete Signale kann beispielsweise als digitales Schaltwerk oder mittels Software in einem Mikrorechner realisiert werden. Die Signalform kann auch in einem Festwertspeicher abgelegt sein, dessen Adreßeingänge durch einen Binärzähler angesteuert werden. Quasi-zufällige Signale können leicht durch Schieberegister mit geeigneter Rückkoppelung erzeugt werden.

Die Übertragung des Empfangssignals 8 und des Modulationssignals 7, 7′ zur Korrelatorschaltung bzw. zum Sender kann beispielsweise über eine elektrisch leitende Verbindung, Lichtwellenleiter, oder drahtlos mittels elektromagnetischer Wellen erfolgen. Die letzte Möglichkeit ist besonders vorteilhaft bei Sensoranordnungen mit räumlich voneinander getrennten Sende- und Empfangselementen (z. B. Einweglichtschranken), wo die Übertragung mindestens eines der Signale 7, 7′, 8 über eine größere Entfernung nötig ist. Auch die Übertragung über die Stromversorgungszuleitungen, z. B. mittels eines hochfrequenten Trägersignals, ist denkbar.

Claims

1. Verfahren zur Störunterdrückung bei Sensoranordnungen mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger, wobei der Sender mit einem Wechselsignal als Modulationssignal moduliert wird und der Empfänger die vom Sender abgegebenen Signale und gegebenenfalls Störsignale empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Empfänger abgegebenen Signale mit dem Modulationssignal korreliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationssignale durch Überlagerung von Signalen unterschiedlicher Frequenz oder durch zeitlich nacheinander folgende Signale unterschiedlicher Frequenz gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Modulationssignale Rauschsignale verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Modulationssignale Signale mit diskreten Werten verwendet werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger, wobei der Sender mit dem Modulationssignal moduliert wird und der Empfänger die vom Sender abgegebenen Signale und gegebenenfalls Störsignale empfängt, gekennzeichnet durch einen Generator (3) zur Erzeugung des Modulationssignals sowie eine Korrelatorschaltung (6), in der das vom Empfänger abgegebene Signal mit dem Modulationssignal korreliert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatorschaltung (6) einen Multiplizierer (4) und einen nachgeschalteten Integrierer (5) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierer (5) der Korrelatorschaltung zu Beginn eines jeden Meßzyklus′ auf Null gesetzt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (3) zur Erzeugung des Modulationssignals mehrere Oszillatoren mit unterschiedlichen Frequenzen enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (3) zur Erzeugung des Modulationssignals ein Rauschgenerator ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (3) zur Erzeugung des Modulationssignals diskrete Werte erzeugt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplizierer (4) ein Verstärker mit diskreten umschaltbaren Verstärkungsfaktoren ist.