DE4141469A1 - Optische sensoranordnung und verfahren zu deren betrieb - Google Patents
Optische sensoranordnung und verfahren zu deren betriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer opti
schen Sensoranordnung zur Feststellung von in einem Überwa
chungsbereich vorhandenen Gegenständen nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie eine optische Sensoranordnung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 27.
Optische Sensoranordnungen können als Lichtschranken im
weitesten Sinne ausgebildet sein, d. h., daß unter diesem Be
griff Reflexlichtschranken, Lichttaster, Abstandstaster,
Sichtweitenmeßgeräte etc. fallen. Wesentlich ist, daß eine
erfindungsgemäße optische Sensoranordnung ein Lichtsignal
empfängt, wenn sich ein festzustellender Gegenstand im Über
wachungsbereich befindet und kein Lichtsignal empfängt, wenn
sich kein festzustellender Gegenstand im Überwachungsbereich
befindet.
Optische Sensoranordnungen, insbesondere Lichtschranken zur
Erkennung von Gegenständen arbeiten im allgemeinen nach
einem Prinzip, bei dem periodisch für eine kurze Zeitdauer
ein Lichtsignal ausgesandt und das vom Gegenstand reflek
tierte Licht vom Lichtempfänger empfangen und in der
Empfangssignalverarbeitungsstufe ausgewertet wird. Nach
jedem Sendesignal folgt eine vergleichsweise lange Pause,
die etwa dem 10- bis 100fachen Wert der Sendesignallänge
entsprechen kann.
Problematisch bei den beschriebenen optischen Sensoranordnun
gen ist es jedoch, daß zeitlich veränderliche Störsignale,
insbesondere auch periodische Störsignale, eine Verfälschung
des Auswerteergebnisses nach sich ziehen können, wenn sie
gerade während der Aussendung eines Lichtsignals auftreten
und auf optischem oder elektromagnetischem Weg in die
Empfangssignalverarbeitungsstufe gelangen. Bei den Störsigna
len kann es sich also sowohl um optische Störsignale als
auch um elektromagnetische Störungen handeln, die im An
schluß an die optoelektronische Umwandlung im Lichtempfänger
in den elektronischen Teil der Sensoranordnung eingekoppelt
werden.
Aus diesem Grunde hat man schon versucht, durch dem Licht
empfänger folgende Filter, die nicht jedes Empfangssignal
als ein Gegenstands-Feststellungssignal weitergeben, den
Einfluß von Störsignalen einzudämmen. Diese Maßnahmen haben
jedoch den Nachteil, daß nur ein über einen bestimmten Zeit
raum gemittelter Lichtempfangswert ausgewertet wird. Die
effektive Frequenz, mit der Gegenstands-Feststellungssignale
abgegeben werden können, wird dadurch in unerwünschter Weise
verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Anordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen,
eine hohe Störfestigkeit aufweisen und insbesondere bei
häufig auftretenden Störsignalen, wie Störlicht, eine opti
male Störungseliminierung gestatten.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der kennzeich
nenden Teile der Ansprüche 1 und 27 vorgesehen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der Licht
empfänger nicht nur dazu benutzt wird, ein vom Lichtsender
ausgesandtes und von einem eventuell im Überwachungsbereich
vorhandenen Gegenstand reflektiertes Lichtsignal zu empfan
gen, sondern daß mittels des Lichtsenders auch vor und/oder
nach Aussendung des Lichtsignals ein eventuell vorhandenes
Störsignal vom Lichtempfänger erfaßt wird. Die dadurch gewon
nene Information über das Störsignal wird dann zur annähern
den Bestimmung des Störsignalverlaufes während der Licht
signalaussendung herangezogen. Hierzu können beispielsweise
Verfahren der Interpolation oder Extrapolation verwendet
werden. Die Kenntnis des wahrscheinlichen Störsignalverlaufs
während der Lichtsignalaussendung wird dann zur Extraktion
des Nutzsignals aus dem empfangenen, sich aus Nutz- und
Störsignal zusammensetzenden Gesamtlichtsignal verwendet.
Diese Extraktion kann beispielsweise auf einfach Weise durch
Subtraktion des zuvor bestimmten Störsignals vom Gesamtlicht
signal durchgeführt werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird weitgehend ver
hindert, daß ein von außen kommendes Störsignal das Vorhan
densein eines Gegenstandes im Überwachungsbereich vor
täuscht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Sen
designale in einer periodischen Folge auszusenden, da es
durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht unbedingt erfor
derlich ist, mit der Aussendung eines Sendesignales so lange
zu warten, bis eventuell vorhandene Störsignale unter eine
bestimmte Schwelle abgeklungen sind. Weiterhin ist es jedoch
auch möglich, mit dem Aussenden der Sendesignale zu warten,
bis eventuell vorhandene Störsignale weitgehend abgeklungen
sind, da sich auf diese Weise eine noch effektivere Störkom
pensation erzielen läßt. Welche der beiden erwähnten Alterna
tiven gewählt wird, ist vom jeweiligen Anwendungsfall abhän
gig.
Vorteilhafte Ausführungsformen von Verfahren und Anordnungen
gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Störsignalverlauf während der Lichtsignalaussendung kann
auf vorteilhafte Weise durch lineare Interpolation oder
Extrapolation oder auch durch komplexere Verfahren nachgebil
det werden, wobei das nachgebildete Störsignal dann
beispielsweise vom Gesamtlichtsignal subtrahiert wird, um
auf diese Weise das Nutzsignal zu erhalten.
Die Erfindung ist mit unterschiedlichen Lichtsignalformen
realisierbar, wie z. B. mit einzelnen Rechteckimpulsen, mit
Folgen von Rechteckimpulsen oder mit komplexen Signalformen
mit veränderlicher Amplitude.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor
und/oder nach Aussendung des Lichtsignals der Pegel und/oder
die Steigung des Störsignals erfaßt. Auf diese Weise läßt
sich der Störsignalverlauf während der Lichtsignalaussendung
mit größerer Wahrscheinlichkeit bestimmen. Besonders vorteil
hafte Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn entweder nur der
Störsignalpegel oder der Störsignalpegel und zudem auch die
Störsignalsteigung erfaßt werden.
Weiterhin ist es möglich, die Empfangssignalverarbeitungs
stufe in der Weise auszubilden, daß sie ein Gegenstandsfest
stellungssignal abgibt, sobald das extrahierte Nutzsignal
einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder das empfan
gene Gesamtlichtsignal das Summensignal aus dem nachgebilde
ten Störsignal und dem Schwellwert überschreitet. Hierbei
ist es besonders vorteilhaft, wenn dieser Schwellwert in
Abhängigkeit von der über das Störsignal gewonnenen Informa
tion veränderbar ist. Durch diese Maßnahme kann in bestimm
ten Anwendungsfällen eine Nutzsignalkorrektur unterbleiben.
Ebenso ist es möglich, das Sendesignal in seiner Form
und/oder seiner Leistung in Abhängigkeit vom Störsignal zu
verändern.
Die beiden vorstehend erwähnten Maßnahmen ermöglichen eine
optimale Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die
jeweiligen Umgebungsbedingungen.
Für den Fall des Vorliegens eines periodischen Störsignals
kann ein in Amplitude und Frequenz steuerbarer Oszillator
vorgesehen werden, der dieses periodische Störsignal nachbil
det, wobei dann das nachgebildete Störsignal vom Gesamt
lichtsignal zur Extraktion des Nutzsignals subtrahiert wird.
Die Zuverlässigkeit des Verfahrens läßt sich dadurch erhö
hen, daß die Signalkorrektur erst dann erfolgt, wenn die
Abweichung des nachgebildeten Störsignals vom tatsächlichen
Störsignal ausreichend gering ist.
Um Störsignalanteile zu erfassen, deren Frequenz über der
Hälfte der Frequenz liegen, mit der das Störsignal abgeta
stet wird, können die Abtastzeitpunkte regelmäßig verändert
werden, um auf diese Weise auch höherfrequente Störsignalan
teile erfassen zu können.
Ein besonders vorteilhaftes erfindungsgemäßes Verfahren zur
Eliminierung von periodischen Störsignalen arbeitet wie
folgt:
Zu einem ersten Zeitpunkt wird ein Störsignalpegel P1
und/oder eine Störsignalsteigung S1 eines periodischen Stör
signals gespeichert. Nach Verstreichen eines Zeitintervalls
t1 wird ein Störsignalpegel P2 gespeichert. Anschließend
wird ständig der Pegel und/oder die Steigung des periodi
schen Störsignals ermittelt, wobei geprüft wird, ob die er
mittelten Werte mit den gespeicherten Werten P1 und/oder S1
übereinstimmen. Falls eine Übereinstimmung gegeben ist und
eine Signalaussendung gewünscht wird, wird nach Verstreichen
des Zeitintervalls t1 nach Feststellung der Übereinstimmung
eine Signalaussendung vorgenommen. Von dem empfangenen
Gesamtsignal wird dann schließlich der Störsignalpegel P2
subtrahiert, da dies mit großer Wahrscheinlichkeit derjenige
Störsignalpegel ist, der während des Empfangs des
Gesamtsignals dem Nutzsignal überlagert ist.
Ein weiteres besonders vorteilhaftes erfindungsgemäßes Ver
fahren zur Eliminierung von periodischen Störsignalen weist
folgende Verfahrensschritte auf:
Zu einem ersten Zeitpunkt wird ein Störsignalpegel P1
und/oder eine Störsignalsteigung S1 eines periodischen Stör
signals gespeichert. Nach dem Verstreichen eines Zeitinter
valls t1 wird ein Störsignalpegel P2 des periodischen Stör
signals gespeichert.
Nach Verstreichen eines weiteren Zeitintervalls t2 wird ein
Störsignalpegel P3 und/oder eine Störsignalsteigung S3 des
periodischen Störsignals gespeichert.
Anschließend werden der Pegel und/oder die Steigung des pe
riodischen Störsignals fortlaufend ermittelt, wobei über
prüft wird, ob der Pegel und/oder die Steigung des gemesse
nen Störsignals gleich den gespeicherten Werten P1 und/oder
S1 sind. Falls eine derartige Übereinstimmung gegeben ist
und eine Signalaussendung gewünscht wird, wird nach Verstrei
chen des Zeitintervalls t1 nach Feststellung der Überein
stimmung eine Signalaussendung vorgenommen. Um das dem
empfangenen Gesamtsignal überlagerte Störsignal zu eliminie
ren, wird von dem empfangenen Gesamtsignal der gespeicherte
Störsignalpegel P2 subtrahiert.
Schließlich wird nach Verstreichen des Zeitintervalls t2 ab
Signalaussendung überprüft, ob Pegel und/oder Steigung des
Störsignals mit ausreichender Genauigkeit den gespeicherten
Werten P3 und/oder S3 entsprechen. Falls dies nicht der Fall
ist, wird das durch Subtraktion des Störsignalpegels P2 vom
empfangenen Gesamtsignal ermittelte Nutzsignal wieder ver
worfen.
Die beiden zuletzt beschriebenen Verfahren lassen sich beson
ders vorteilhaft dadurch realisieren, daß die gespeicherten
Steigungs- und/oder Pegelwerte für eine vorgegebene Anzahl
von N Signalaussendungen gelten. Weiterhin ist es möglich,
nur solche Wertefolgen als Referenzwerte P1, S1, P2, P3 und
S3 zu speichern, bei denen der Störsignalpegel P2 gleich
Null ist. Auf diese Weise kann die Subtraktion des Stör
signalpegels P2 vom empfangenen Gesamtsignal eingespart
werden.
Die Steigungswerte können bei beiden Verfahren sowohl mit
tels Differenzierung als auch durch Differenzbildung zweier
aufeinanderfolgender Störsignalpegel berechnet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be
steht darin, daß N mit einem Zeitabstand von Δt aufeinander
folgende Störsignalpegel gespeichert werden, wobei im Falle,
daß M (mit M<H) aufeinanderfolgende Störsignalwerte mit M
der gespeicherten Werte übereinstimmen und eine Signalaussen
dung gewünscht wird, nach Verstreichen von Δt eine Signalaus
sendung erfolgt. Zur Korrektur wird dann vom empfangenen
Signal der M+1-te Wert subtrahiert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach der Signalaussendung
weitere Störsignalwerte mit den gespeicherten Werten vergli
chen werden und das Ergebnis nur bei ausreichend großer Über
einstimmung nicht verworfen wird.
Die Übereinstimmung der einzelnen Werte gemäß dem letztge
nannten Verfahren kann dadurch überprüft werden, daß die
Abweichungen der gespeicherten Werte von den erfaßten Stör
signalwerten summiert werden und für den Fall, daß der ermit
telte Summenwert unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt,
Übereinstimmung angenommen wird. Es ist hierbei auch mög
lich, statt der Absolutwerte lediglich die Beträge der Abwei
chungen zu summieren.
Bezüglich bevorzugter Ausführungsformen von erfindungsge
mäßen optischen Sensoranordnungen wird auf die Unteranspru
che 27 bis 39 sowie auf die nachfolgende Figurenbeschreibung
verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsformen von optischen Sensoranordnungen
zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren werden nach
folgend anhand der Figuren beschrieben; es zeigt:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen
optischen Sensoranordnung;
Fig. 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen optischen Sensoranordnung;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsge
mäßen optischen Sensoranordnung;
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsge
mäßen optischen Sensoranordnung;
Fig. 5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsge
mäßen optischen Sensoranordnung;
Fig. 6 eine Anordnung zur vorteilhaften Weiterbildung
von Anordnungen gemäß den Fig. 1 bis 5;
Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsge
mäßen optischen Sensoranordnung zur Eliminierung
von periodischen Störsignalen;
Fig. 8 eine sechste Ausführungsform der erfindungsge
mäßen optischen Sensoranordnung zur Eliminierung
von periodischen Störsignalen;
Fig. 9 eine Anordnung zur vorteilhaften Weiterbildung
von Anordnungen gemäß den Fig. 7 und 8.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen
optischen Sensoranordnung zur Feststellung von in einem
Überwachungsbereich vorhandenen Gegenständen 1.
Diese Sensoranordnung weist einen Lichtsender 2 auf, der
nacheinander einen zeitlichen Abstand aufweisende Lichtsig
nale in den Überwachungsbereich aussendet. Diese Lichtsigna
le werden an einem eventuell im Überwachungsbereich vorhande
nen Gegenstand 1 reflektiert und gelangen so zu einem Licht
empfänger 3, der an eine Empfangssignalverarbeitungsstufe 4
angeschlossen ist.
Lichtsender 2, Lichtempfänger 3 und Überwachungsbereich sind
relativ so zueinander angeordnet, daß der Lichtempfänger 3
bei Abwesenheit von festzustellenden Gegenständen 1 im Über
wachungsbereich im wesentlichen kein Licht vom Lichtsender 2
empfängt, jedoch bei Anwesenheit eines festzustellenden Ge
genstandes 1 durch Reflexion soviel Licht vom Lichtsender 2
erhält, daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe 4 ein Gegen
stands-Feststellungssignal abgibt.
Die Empfangssignalverarbeitungsstufe 4 weist ein Signalerfas
sungselement 5 auf, mittels dem vor und/oder nach Aussendung
eines Lichtsignals durch den Lichtsender 2 empfangene Stör
signale 6 und ein während der Lichtsignalaussendung empfan
genes Gesamtlichtsignal erfaßt werden. Das Gesamtlichtsignal
setzt sich hierbei aus Nutz- und Störsignal zusammen.
An das Signalerfassungselement 5 schließt sich eine Störsig
nalermittlungsvorrichtung 7 an, mittels der der Störsignal
pegel und/oder der Störsignalverlauf während der Lichtsignal
aussendung annähernd bestimmt werden. Hierzu wird die vor
und/oder nach Aussendung eines Lichtsignals gewonnene Stör
signalinformation herangezogen.
Die Störsignalermittlungsvorrichtung 7 führt das ermittelte
Störsignal einer Nutzsignalextraktionsvorrichtung 8 zu, der
gleichzeitig das während der Lichtsignalaussendung empfange
ne Gesamtlichtsignal zur Verfügung steht. In der Nutzsignal
extraktionsvorrichtung 8 wird das Nutzsignal beispielsweise
durch Subtraktion des Störsignals 6 vom Gesamtlichtsignal
ermittelt.
Die Nutzsignalextraktionsvorrichtung 8 beaufschlagt einen
Signalgeber 9, der dann ein Gegenstands-Feststellungssignal
abgibt, sobald der Nutzsignalverlauf das Vorhandensein eines
Gegenstands 1 im Überwachungsbereich anzeigt. Das Auslösen
eines Gegenstands-Feststellungssignals kann beispielsweise
dann erfolgen, wenn das Nutzsignal einen vorgegebenen
Schwellwert überschreitet.
Fig. 2 zeigt einen ersten Pegelspeicher 10, dem über eine
Leitung 12 das Empfangssignal zugeführt wird. Einem zweiten
Pegelspeicher 13 wird das Empfangssignal über einen
Differenzierer 11 zugeführt. Die beiden Pegelspeicher 10 und
13 werden zum gleichen Zeitpunkt t1 von einer Steuereinheit
19 getriggert.
Dem zweiten Pegelspeicher 13 ist ein Integrator 14 zur Er
zeugung eines linearen Signalanstiegs nachgeschaltet, wobei
dieser Signalanstieg vom Pegel 0 zum Zeitpunkt t1 mit der im
zweiten Pegelspeicher 13 gespeicherten Störsignalsteigung S1
ausgeht.
Zum Zeitpunkt t2 wird ein Lichtsignal ausgesendet. Das
empfangene Lichtsignal wird über einen optionalen dritten
Pegelspeicher 20 oder direkt an einen Eingang eines
Summierers 15 angelegt. Von dem am Summierer anliegenden
Empfangssignal werden zum Zeitpunkt t2 das Ausgangssignal
des ersten Pegelspeichers 10 sowie das Ausgangssignal des
Integrators 14 subtrahiert. Die subtrahierte Summe ent
spricht hierbei dem wahrscheinlichen Störsignalpegel zum
Zeitpunkt der Lichtsignalaussendung, wobei hier angenommen
wird, daß das Störsignal mit der zum Zeitpunkt t1 gemessenen
Steigung weiter linear angestiegen ist.
Das Ausgangssignal des Summierers 15 liegt am Eingang eines
Komparators 16, in dem es mit einem Referenzwert 17 vergli
chen wird. Bei Überschreiten des Referenzwertes 17 wird ein
Gegenstands-Feststellungssignal 18 abgegeben.
Der Integrator wird nach dem vorstehend beschriebenen Ablauf
von der Steuereinheit 19 wieder auf Null gesetzt, woraufhin
der Ablauf wieder von vorne beginnen kann.
Fig. 3 zeigt eine Empfangssignalverarbeitungsstufe mit einem
ersten, zweiten und dritten Pegelspeicher 21, 22 und 23, die
das Empfangssignal zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 spei
chern. Der Zeitpunkt t1 liegt vor der Lichtsignalaussendung,
weshalb das im ersten Pegelspeicher 21 gespeicherte Signal
P1 ein reines Störsignal ist. Der Zeitpunkt t2 liegt im
Bereich der Lichtsignalaussendung, weshalb im zweiten
Pegelspeicher 22 das Gesamtlichtsignal P2, das sich aus
Nutz- und Störsignal zusammensetzt, gespeichert wird. Der
Zeitpunkt t3 liegt zeitlich nach der Lichtsignalaussendung,
weshalb das im dritten Pegelspeicher 23 gespeicherte Signal
P3 wiederum ein reines Störsignal ist. Die Zeitpunkte t1, t2
und t3 sind hierbei äquidistant verteilt.
Die Ausgangspegel der ersten und dritten Pegelspeicher 21
und 23 werden einer Summier- und Multiplizierstufe 24 zuge
führt, die die mit dem Faktor 0,5 gewichtete Differenz D1/3
aus P1 und P3 bildet. Diese Differenz entspricht der wahr
scheinlichen Störsignalpegelzunahme zwischen den Zeitpunkten
t1 und t2.
Das Ausgangssignal des zweiten Pegelspeichers 22 wird gemein
sam mit dem Ausgangssignal des ersten Pegelspeichers 21 und
der Differenz D1/3 einer weiteren Summierstufe 25 zugeführt.
Diese Summierstufe bildet die Differenz P2-(P1+D1/3).
Auf diese Weise wird vom zum Zeitpunkt t2 empfangenen Gesamt
signal das zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlich vorhandene
Störsignal P1+D1/3 subtrahiert.
Am Ausgang der Summierstufe 25 liegt somit das Nutzsignal
zum Zeitpunkt t2, das dann einem Komparator 26 zugeführt
wird, der dieses Nutzsignal mit einem Referenzwert 27 ver
gleicht. Bei überschreiten des Referenzwertes 27 wird ein
Gegenstands-Feststellungssignal 29 abgegeben.
Die vorstehend beschriebenen Abläufe werden von einer Steuer
einheit 28 kontrolliert.
Fig. 4 zeigt eine Empfangssignalverarbeitungsstufe mit einem
ersten Pegelspeicher 30, in dem der Störsignalpegel P1 zu
einem Zeitpunkt t1 gespeichert wird, wobei der Zeitpunkt t1
vor einer Lichtsignalaussendung liegt.
Ebenfalls zum Zeitpunkt t1 wird das Störsignal einem Diffe
renzierglied 31 mit einem nachgeschalteten zweiten Pegelspei
cher 32 zugeführt, wobei dieser Pegelspeicher 32 dann die
Störsignalsteigung S1 zum Zeitpunkt t1 speichert.
Dem zweiten Pegelspeicher 32 ist ein Integrator 33 nachge
schaltet, der einen linearen Signalanstieg erzeugt, welcher
vom Pegel 0 zum Zeitpunkt t1 ausgeht und mit S1 ansteigt.
Auf diese Weise liegt am Ausgang des Integrators 33 zum auf
den Zeitpunkt t1 folgenden Zeitpunkt t2 ein Wert an, der dem
Anstieg des Störsignals zwischen den Zeitpunkten t1 und t2
entspricht.
Der Ausgang des Integrators 33 ist ebenso wie der Ausgang
des ersten Pegelspeichers 30 mit einem Summierer 34 verbun
den. Am Summierer 34 liegt zudem ein Referenzwert 35, wobei
der Summierer 34 die Summe dieser drei Eingangspegel bildet.
Der Referenzwert 35 entspricht demjenigen Nutzsignalpegel,
ab dem ein Gegenstands-Feststellungssignal abgegeben werden
soll.
Einem Komparator 36 wird zum einen das Ausgangssignal des
Summierers 34 und zum anderen der Pegel des empfangenen Ge
samtlichtsignals zum Zeitpunkt t2 zugeführt. Für den Fall,
daß das Gesamtlichtsignal größer als das Ausgangssignal des
Summierers 34 ist, wird vom Komparator 36 ein Gegenstands-
Feststellungssignal abgegeben. Das zum Zeitpunkt t2 empfange
ne Gesamtlichtsignal kann dem Komparator 36 entweder direkt
oder über einen optionalen dritten Pegelspeicher 38, der den
Pegel des empfangenen Gesamtlichtsignals zum Zeitpunkt t2
speichert, zugeführt werden.
Eine Steuereinheit 37 kontrolliert den vorstehend beschriebe
nen Ablauf und setzt den Integrator 33 nach diesem Ablauf
wieder auf Null zurück, woraufhin der Ablauf wieder von vor
ne beginnen kann.
Die in Fig. 5 dargestellte Empfangssignalverarbeitungsstufe
weist drei Pegelspeicher 39, 40 und 41 auf, mittels derer
die Störsignalpegel P1, P2 und P3 zu den aufeinanderfolgen
den Zeitpunkten t1, t2 und t3 gespeichert werden. Die Zeit
punkte t1 bzw. t3 liegen hierbei vor bzw. nach der Lichtsig
nalaussendung, während t2 im Bereich der Lichtsignalaussen
dung liegt. Die Zeitpunkte t1, t2 und t3 sind äquidistant
verteilt.
Die beiden Störsignalpegel P1 und P3 werden einer Summier-
und Multiplizierstufe 42 zugeführt, die die mit dem Faktor
0,5 gewichtete Differenz D1/3 aus diesen beiden Werten bil
det. Am Ausgang der Summier- und Multiplizierstufe 42 liegt
somit ein Wert an, der der wahrscheinlichen Störsignalzunah
me zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 entspricht.
Die Differenz D1/3 sowie der Störsignalpegel P1 des ersten
Pegelspeichers 39 werden gemeinsam mit einem vorgegebenen
Referenzwert 44 einer weiteren Summierstufe 43 zugeführt,
die die Summe ihrer drei Eingangswerte bildet. Der Referenz
wert 44 entspricht hierbei demjenigen Nutzsignalwert, bei
dessen Überschreitung ein Gegenstands-Feststellungssignal ab
gegeben werden soll.
Das Ausgangssignal des Summierers 43 wird gemeinsam mit dem
Ausgangssignal des zweiten Pegelspeichers 40 einem Kompara
tor 45 zugeführt, welcher für den Fall, daß das Ausgangssig
nal P2 des zweiten Pegelspeichers 40 größer als das Ausgangs
signal des Summierers 43 ist, ein Gegenstands-Feststellungs
signal abgibt.
Die vorstehend beschriebenen Abläufe werden von einer Steuer
einheit 46 kontrolliert.
Der dritte Pegelspeicher 41 ist bei der vorstehend beschrie
benen Anordnung optional, d. h. das Störsignal zum Zeitpunkt
t3 kann auch direkt der Summier- und Multiplizierstufe 42
zugeführt werden.
Sämtliche der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbei
spiele können mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 6 kombiniert
werden.
Eine Anordnung gemäß Fig. 6 weist einen Komparator 47 auf,
dem vor Lichtsignalaussendung der Störsignalpegel zugeführt
wird. Im Komparator 47 wird dieser Störsignalpegel dann mit
einem vorgegebenen Schwellwert 48′ verglichen. Eine mit dem
Ausgangssignal des Komparators 47 beaufschlagte Auswerte-
und Steuereinheit 48 gibt für den Fall, in dem das Störsig
nal den vorgegebenen Schwellwert 48′ unterschreitet, einen
Steuerimpuls an eine Steuereinheit 49 ab, die wiederum die
Sendestufe 50 beaufschlagt, welche schließlich für den Fall,
daß eine Signalaussendung gewünscht wird, ein Sendesignal
auslöst. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß nur dann
ein Sendesignal ausgelöst wird, wenn das Störsignal den
durch den Schwellwert 48′ festgelegten Grenzwert unterschrei
tet. Auf diese Weise läßt sich eine effizientere Störsignal
unterdrückung erreichen.
Die Anordnung gemäß Fig. 6 kann auch in folgender Weise be
trieben werden:
Der Komparator 47 vergleicht den Störsignalpegel nach der
Lichtsignalaussendung mit dem vorgegebenen Schwellwert 48′
Für den Fall, daß das Störsignal den vorgegebenen Schwell
wert 48′ überschreitet, löst die Auswerte- und Steuereinheit
48 ein Signal B aus, welches bewirkt, daß ein zuvor even
tuell ermitteltes Gegenstands-Feststellungssignal als ungül
tig verworfen wird. Die auf diese Weise betriebene Anordnung
gemäß Fig. 6 bewirkt, daß nur diejenigen Empfangssignale ein
Gegenstands-Feststellungssignal auslösen können, bei denen
der Störsignalpegel auch nach deren Empfang unter dem
vorgegebenen Schwellwert liegt. Auf diese Weise läßt sich
die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines fehlerhaften
Gegenstands-Feststellungssignals weiter verringern.
Ein Vorrichtung gemäß Fig. 6 läßt sich mit den Vorrichtungen
gemäß den Fig. 1 bis 5 in der Weise verbinden, daß das
Signal A gemäß Fig. 6 als Eingangssignal der Anordnungen
gemäß den Fig. 1 bis 5 verwendet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, eine Anordnung gemäß Fig. 6 so
zu betreiben, daß gleichzeitig beide der vorstehenden Be
triebsweisen realisiert werden. Auf diese Weise wird nur
dann ein Sendesignal ausgelöst, wenn der Störsignalpegel vor
der Lichtsignalaussendung einen vorgegebenen Schwellwert
unterschreitet, und ein empfangenes Signal nur dann weiter
verarbeitet, wenn der Störsignalpegel auch nach dem Signal
empfang den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.
In Fig. 7 ist eine Empfangssignalverarbeitungsstufe gezeigt,
die sich für die Eliminierung von periodischen Störsignalen
eignet.
Das Empfangssignal wird einem Differenzierer 51 zugeführt,
dessen Ausgang mit einem Komparator 52 verbunden ist, der
dieses Signal mit dem Nullpegel vergleicht und an dessen
Ausgang somit ein Signal anliegt, welches anzeigt, ob die
momentane Steigung des Empfangssignals positiv oder negativ
ist.
Dem Ausgang des Komparators 52 ist ein erster, vorzugsweise
binärer Pegelspeicher 53 nachgeschaltet, in dem folglich die
Richtung der Steigung des Empfangssignals zu einem Zeitpunkt
t1 gespeichert wird, der vor der Lichtsignalaussendung
liegt.
Ein zweiter Pegelspeicher 54 wird direkt mit dem Empfangs
signalpegel zum Zeitpunkt t1 beaufschlagt.
In einem dritten Pegelspeicher 55 wird der Empfangssignal
pegel zu einem Zeitpunkt t2 gespeichert, der ebenfalls vor
der Lichtsignalaussendung liegt.
Ein zweiter Komparator 56 wird mit dem Ausgangssignal des
ersten Pegelspeichers 53 und mit dem Ausgangssignal des
ersten Komparators 52 beaufschlagt. In diesem Komparator 56
wird folglich ständig die Steigungsrichtung des Empfangs
signals zum Zeitpunkt t1 mit der momentanen Steigungsrich
tung des Empfangssignals verglichen, wobei der zweite Kompa
rator 56 bei Gleichheit beider Signale ein Signal abgibt.
Ein dritter Komparator 57 ist mit dem Ausgangssignal des
zweiten Pegelspeichers 54 und mit dem Empfangssignal beauf
schlagt. In diesem dritten Komparator 57 wird demzufolge
ständig überprüft, ob der Pegel des momentan gemessenen
Empfangssignals gleich dem Pegel des Empfangssignals zum
Zeitpunkt t1 ist. Bei Gleichheit beider Signale gibt auch
dieser Komparator 57 ein entsprechendes Signal ab.
Die beiden Ausgangssignale der Komparatoren 56 und 57 werden
einer Steuereinheit 58 zugeführt, die für den Fall, daß sie
von beiden Komparatoren 56, 57 gleichzeitig ein Signal
empfängt, und daß eine Signalaussendung gewünscht wird, mit
einer Zeitverzögerung von t2-t1 ein Sendesignal über die
Sendestufe 60 auslöst. Ein Sendesignal wird folglich nur
dann ausgelöst, wenn die Steigungsrichtung und der Pegel des
Empfangssignals mit den beiden zum Zeitpunkt t1
gespeicherten Werten übereinstimmen.
Weiterhin weist die Anordnung gemäß Fig. 7 einen Summierer
59 auf, der bei Empfang des ausgesandten Signals die Diffe
renz zwischen diesem Signal und dem Ausgangssignal des drit
ten Pegelspeichers 55 bildet. Da im Pegelspeicher 55 der mit
einem Zeitabstand von t2-t1 zur Signalaussendung anlie
gende Pegel des Störsignals gespeichert ist, wird durch die
Subtraktion dieses Signals vom empfangenen Gesamtsignal im
Summierer 59 das Nutzsignal gebildet.
Fig. 8 zeigt eine weitere Empfangssignalverarbeitungsstufe
die für die Eliminierung von periodischen Störsignalen geeig
net ist.
Diese Empfangssignalverarbeitungsstufe weist einen ersten
Pegelspeicher 61 zur Speicherung des Störsignalpegels P1 zu
einem Zeitpunkt t1 auf.
Ein zweiter Pegelspeicher 62 speichert den Störsignalpegel
P2 zu einem Zeitpunkt t2.
Ein dritter Pegelspeicher 63 ist für die Speicherung des
Störsignalpegels P3 zu einem Zeitpunkt t3 vorgesehen.
Die drei Störsignalpegel P1, P2, P3 werden vor der ersten
Lichtsignalaussendung gespeichert.
Ein erster Komparator 64 ist mit dem Ausgang des ersten Pe
gelspeichers 61 sowie mit dem Empfangssignal ständig beauf
schlagt. Dieser Komparator 64 gibt demzufolge dann ein Sig
nal ab, wenn der Pegel des Empfangssignals gleich dem zum
Zeitpunkt t1 gespeicherten Störsignalpegel ist.
Das Ausgangssignal des Komparators 64 wird einer Steuerein
heit 65 zugeführt, die im Falle, daß sie vom ersten Kompara
tor 64 ein Signal empfängt, und daß eine Signalaussendung
gewünscht wird, mit einer Zeitverzögerung von t2-t1 über
die Sendestufe 68 ein Sendesignal auslöst. Neben dieser
Steuerfunktion übernimmt die Steuereinheit 65 sämtliche bei
einer Anordnung gemäß Fig. 8 anfallende Kontrollfunktionen.
Ein Summierer 66 bildet bei Empfang des ausgesandten Signals
die Differenz zwischen diesem Empfangssignal und dem Aus
gangssignal P2 des zweiten Pegelspeichers, wobei diese Diffe
renz dem Nutzsignal entspricht.
Weiterhin ist ein zweiter Komparator 67 vorgesehen, an des
sen erstem Eingang das Ausgangssignal P3 des dritten Pegel
speichers 63 anliegt und dessen zweiter Eingang ständig mit
dem Empfangssignalpegel beaufschlagt ist. Für den Fall, daß
der Komparator 67 nach Ablauf der Zeitspanne t3-t2 ab Sig
nalempfang anzeigt, daß das Empfangssignal nicht dem zum
Zeitpunkt t3 gespeicherten Pegel entspricht, wird dies an
die Steuereinheit 65 weitergemeldet, die dann das zuvor er
mittelte Nutzsignal nicht als Gegenstands-Feststellungssig
nal berücksichtigt.
Auf diese Weise werden Fehler eliminiert, die beispielsweise
dadurch entstehen können, daß sich das periodische Störsig
nal mit der Zeit ändert und somit keine für eine Vorhersag
barkeit des Störsignals ausreichende Periodizität aufweist.
Fig. 9 zeigt eine Anordnung, die mit den Anordnungen gemäß
den Fig. 7 und 8 kombiniert werden kann.
In Fig. 9 ist ein mit dem Empfangssignal beaufschlagter Null
detektor 69 gezeigt, der mit einer Steuereinheit 71 verbun
den ist.
Ein mit dem Empfangssignal beaufschlagter erster Pegelspei
cher 70 wird von der Steuereinheit 71 in der Weise ange
steuert, daß der aktuelle Wert des Störsignals so lange fort
laufend gespeichert wird, bis der Nulldetektor 69 ein Stör
signal gleich Null anzeigt, wobei dann der vor dem Auftreten
des Nullsignals gespeicherte Störsignalpegel im ersten Pegel
speicher 70 gespeichert bleibt.
Weiterhin ist ein zweiter Pegelspeicher 72 vorgesehen, in
dem derjenige Störsignalpegel gespeichert wird, der nach dem
Auftreten des Nullsignals vorhanden ist.
Ein erster Komparator 73 ist mit dem Ausgangssignal des
ersten Pegelspeichers 70 beaufschlagt und vergleicht dieses
Signal mit dem ständig anliegenden Empfangssignalpegel.
Falls in dem ersten Komparator die Gleichheit beider Signale
festgestellt und eine Signalaussendung gewünscht wird, löst
die Steuereinheit 71 mit entsprechender Zeitverzögerung über
die Sendestufe 75 ein Sendesignal aus. Auf diese Weise kann
mit großer Wahrscheinlichkeit angenommen werden, daß bei
Empfang dieses Sendesignals der Störsignalpegel gleich Null
ist.
Um die Zuverlässigkeit der Empfangssignalverarbeitungsstufe
zusätzlich zu erhöhen, ist ein zweiter Komparator 74 vorge
sehen, an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des zwei
ten Pegelspeichers 72 anliegt und dessen zweiter Eingang
ständig mit dem Empfangssignal beaufschlagt ist. Mittels des
zweiten Komparators 74 wird überprüft, ob der nach dem
Empfang des Lichtsignals auftretende Signalpegel gleich dem
im zweiten Pegelspeicher 72 gespeicherten Wert ist. Wenn
dies nicht der Fall ist, wird ein entsprechendes Signal an
die Steuereinheit 71 gesendet, die das zuvor empfangene Nutz
signal in diesem Fall nicht als Gegenstands-Feststellungs
signal berücksichtigt. Auf diese Weise werden negative Ein
flüsse von veränderlichen Störsignalen vermieden, die nicht
in der Weise vorhersagbar sind, wie periodische Störsignale.
Eine Anordnung gemäß Fig. 9 kann mit Anordnungen gemäß den
Fig. 7 und 8 in der Weise gekoppelt werden, daß das Signal C
als Eingangssignal der Anordnungen gemäß den Fig. 7 und 8
verwendet wird.
Bei sämtlichen der vorstehend beschriebenen Anordnungen kann
zwischen den Lichtempfänger und die Empfangssignalverarbei
tungsstufe ein A/D-Wandler geschaltet werden, wobei die auf
diese Weise erfaßten Signale in der Empfangssignalverarbei
tungsstufe dann digital verarbeitet werden.
Zudem ist es bei allen beschriebenen Anordnungen möglich,
die gesamte Empfangssignalverarbeitungsstufe als Modul in
den Empfangssignalzweig einer beliebigen optischen Sensor
anordnung einzufügen.
Claims (39)
1. Verfahren zum Betrieb einer optischen Sensoranordnung
zur Feststellung von in einem Überwachungsbereich vorhan
denen Gegenständen mit einem nacheinander einen zeitli
chen Abstand aufweisende Lichtsignale in den Überwa
chungsbereich aussendenden Lichtsender und einem Licht
empfänger, der bei Abwesenheit von festzustellenden
Gegenständen im Überwachungsbereich im wesentlichen kein
Licht vom Lichtsender empfängt, jedoch bei Anwesenheit
eines festzustellenden Gegenstandes im Überwachungs
bereich durch Reflexion oder Transmission so viel Licht
vom Lichtsender erhält, daß eine an dem Lichtempfänger
angeschlossene Empfangssignalverarbeitungsstufe ein
GegenstandsFeststellungssignal abgibt,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor und/oder nach Aussendung des Lichtsignals ein
eventuell vorhandenes Störsignal vom Lichtempfänger er
faßt wird und die dadurch gewonnene Information zur
annähernden Bestimmung des Störsignalverlaufs während
der Lichtsignalaussendung und zur Extraktion des Nutz
signals aus dem empfangenen, sich aus Nutz- und Stör
signal zusammensetzenden Gesamtlichtsignal herangezogen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Information über das Störsignal dazu herangezo
gen wird, die Aussendung des nächsten Lichtsignals zeit
lich soweit zu verschieben, daß bei Aussendung des näch
sten Lichtsignals das Störsignal zumindest mit einer be
stimmten Wahrscheinlichkeit bis unter einen vorgegebenen
Schwellwert abgesunken ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Störsignal durch Interpolation, insbesondere
lineare Interpolation nachgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das nachgebildete Störsignal vom Gesamtlichtsignal
subtrahiert wird, um auf diese Weise das Nutzsignal zu
erhalten.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lichtsignal aus einem Rechteckimpuls besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lichtsignal aus einer Folge von Rechteckimpulsen
besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lichtsignal komplexe Signalformen mit veränderli
cher Amplitude aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Pegel- und/oder Steigungsinformationen über das Stör
signal erfaßt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe ein Gegenstands
feststellungssignal abgibt, sobald das extrahierte Nutz
signal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe ein Gegenstands
feststellungssignal abgibt, sobald das empfangene Gesamt
lichtsignal das Summensignal aus dem nachgebildeten Stör
signal und einem vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwellwert in Abhängigkeit von den über das
Störsignal gewonnenen Informationen veränderbar ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sendesignal in seiner Form und/oder seiner Lei
stung in Abhängigkeit von der über das Störsignal gewon
nenen Information veränderbar ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in Amplitude und Frequenz steuerbarer Oszillator
ein periodisches Störsignal nachbildet, wobei dieses
nachgebildete Störsignal vom Gesamtlichtsignal zur
Extraktion des Nutzsignals subtrahiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalkorrektur erst dann erfolgt, wenn die Ab
weichung des nachgebildeten Störsignals vom tatsächli
chen Störsignal ausreichend gering ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das vom Lichtempfänger empfangene Signal periodisch
abgetastet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtastzeitpunkte regelmäßig verändert werden, um
auf diese Weise höherfrequente Störsignalanteile zu
ermitteln.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß zu einem ersten Zeitpunkt ein Störsignalpegel P1 und/oder eine Störsignalsteigung S1 eines periodischen Störsignals gespeichert werden,
- - daß nach Verstreichen eines Zeitintervalls t1 ein Stör signalpegel P2 des periodischen Störsignals gespei chert wird,
- - daß im Falle einer gewünschten Signalaussendung der Pegel und/oder die Steigung des periodischen Störsignals fortlaufend ermittelt werden und dabei geprüft wird, ob Pegel und/oder Steigung des gemesse nen Störsignals gleich den gespeicherten Werten P1 und/oder S1 sind,
- - daß bei Gleichheit nach Verstreichen des Zeitinter valls t1 eine Signalsaussendung vorgenommen wird, und
- - daß von dem empfangenen Gesamtsignal der Störsignal pegel P2 subtrahiert wird, um auf diese Weise das Nutzsignal zu erhalten.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß zu einem ersten Zeitpunkt ein Störsignalpegel P1 und/oder eine Störsignalsteigung S1 eines periodischen Störsignals gespeichert werden,
- - daß nach Verstreichen eines Zeitintervalls t1 ein Stör signalpegel P2 des periodischen Störsignals gespei chert wird,
- - daß nach Verstreichen eines weiteren Zeitintervalls t2 ein Störsignalpegel P3 und/oder eine Störsignalstei gung S3 des periodischen Störsignals gespeichert werden,
- - daß im Falle einer gewünschten Signalaussendung der Pegel und/oder die Steigung des periodischen Störsig nals fortlaufend ermittelt werden und dabei geprüft wird, ob Pegel und/oder Steigung des gemessenen Stör signals gleich den gespeicherten Werten P1 und/oder S1 sind,
- - daß bei ausreichender Übereinstimmung nach Verstrei chen des Zeitintervalls t1 eine Signalaussendung vorgenommen wird,
- - daß von dem empfangenen Gesamtsignal der Störsignal pegel P2 subtrahiert wird, um auf diese Weise das Nutzsignal zu erhalten, und
- - daß das so ermittelte Nutzsignal wieder verworfen wird, falls Pegel und/oder Steigung des Störsignals nach Verstreichen des Zeitintervalls t2 ab Signalaus sendung nicht mit ausreichender Genauigkeit den gespei cherten Werten P3 und/oder S3 entsprechen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 und 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gespeicherten Steigungs- und Pegelwerte für eine
vorgegebene Anzahl von N Signalaussendungen gelten.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß nur solche Wertefolgen als Referenzwerte gespeichert
werden, bei denen der Störsignalpegel P2 gleich Null
ist.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steigungswerte mittels Differenzierung ermittelt
werden.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steigungswerte durch Differenzbildung zweier
aufeinanderfolgender Störsignalpegel berechnet werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß N mit einem Zeitabstand von Δt aufeinanderfolgende
Störsignalpegel gespeichert werden, daß für den Fall,
daß M (mit M<N) aufeinanderfolgende Störsignalwerte mit
M der gespeicherten Werte übereinstimmen, nach Verstrei
chen von Δt eine Signalaussendung erfolgt, wobei von dem
empfangenen Signal zur Korrektur der M+1-te Wert subtra
hiert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Signalaussendung weitere Störsignalwerte
mit den gespeicherten Werten verglichen werden und das
Ergebnis nur bei ausreichend großer Übereinstimmung
nicht verworfen wird.
25. Verfahren nach den Ansprüchen 23 und 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Überprüfung der Übereinstimmung dadurch erfolgt,
daß die Abweichungen der gespeicherten Werte von den
erfaßten Störsignalwerten summiert werden und für den
Fall, daß der ermittelte Summenwert unter einem vorgege
benen Grenzwert liegt, Übereinstimmung angenommen wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beträge der Abweichungen summiert werden.
27. Optische Sensoranordnung zur Feststellung von in einem
Überwachungsbereich vorhandenen Gegenständen (1) mit
einem nacheinander einen zeitlichen Abstand aufweisende
Lichtsignale in den Überwachungsbereich aussendenden
Lichtsender (2), einem Lichtempfänger (3) und einer an
den Lichtempfänger (3) angeschlossenen Empfangssignalver
arbeitungsstufe (4), wobei Lichtsender (2), Lichtempfän
ger (3) und Überwachungsbereich relativ zueinander so
angeordnet sind, daß der Lichtempfänger (3) bei Abwesen
heit von festzustellenden Gegenständen (1) im Überwa
chungsbereich im wesentlichen kein Licht vom Lichtsender
(2) empfängt, jedoch bei Anwesenheit eines festzustellen
den Gegenstandes (1) im Überwachungsbereich durch Refle
xion oder Transmission so viel Licht vom Lichtsender (2)
erhält, daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe (4) ein
Gegenstands-Feststellungssignal abgibt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe (4) folgende
Elemente umfaßt:
- a) mindestens ein Signalerfassungselement (5) zur Erfas sung von
- - vor und/oder nach Aussendung eines Lichtsignals empfangenen Störsignalen (6) und
- - eines während der Lichtsignalaussendung empfangenen Gesamtlichtsignals, das sich aus Nutz- und Stör signal zusammensetzt
- b) eine Störsignalermittlungsvorrichtung (7) zur annä hernden Bestimmung des Störsignalpegels und/oder des Störsignalverlaufs während der Lichtsignalaussendung,
- c) eine Nutzsignalextraktionsvorrichtung (8) zur Extrak tion des Nutzsignals aus dem empfangenen Gesamtlicht signal, und
- d) einen Signalgeber (9), der ein Gegenstands-Feststel lungssignal abgibt, sobald der Nutzsignalverlauf das Vorhandensein eines Gegenstandes (1) im Überwachungs bereich anzeigt. (Fig. 1).
28. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe folgende Elemen
te aufweist:
- - einen ersten Pegelspeicher (10) zur Speicherung des Störsignalpegels P1 zu einem vor einer Lichtsignalaus sendung liegenden Zeitpunkt t1,
- - ein Differenzierglied (11) mit einem nachgeschalteten zweiten Pegelspeicher (13) zur Speicherung der Stör signalsteigung S1 zum Zeitpunkt t1,
- - einen dem zweiten Pegelspeicher nachgeschalteten Inte grator (14) zur Erzeugung eines linearen Signalan stiegs ausgehend vom Pegel 0 zum Zeitpunkt t1 mit der Störsignalsteigung S1,
- - einen Summierer (15) der zu einem Zeitpunkt t2, in dem ein Lichtsignal ausgesendet wird, die Summe des Stör signalpegels S1 und des Ausgangssignals des Integra tors (14) bildet und diese Summe vom Pegel des Gesamt lichtsignals zum Zeitpunkt t2 subtrahiert,
- - einen Komparator (16), der das Ausgangssignal des Summierers mit einem Referenzwert (17) vergleicht und bei Überschreiten des Referenzwerts (17) ein Gegen stands-Feststellungssignal (18) abgibt, und
- - eine Steuereinheit (19), die die beschriebenen Abläufe steuert und den Integrator (14) nach der Summenbildung wieder auf Null setzt. (Fig. 2).
29. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe folgende
Elemente aufweist:
- - einen ersten Pegelspeicher (21) zur Speicherung des Störsignalpegels P1 zu einem Zeitpunkt t1, der vor der Lichtsignalaussendung liegt,
- - einen zweiten Pegelspeicher (22) zur Speicherung des Gesamtlichtsignalpegels P2 zu einem Zeitpunkt t2, zu dem ein Lichtsignal ausgesendet wird,
- - einen dritten Pegelspeicher (23) zur Speicherung des Störsignalpegels P3 zu einem Zeitpunkt t3, der nach der Lichtsignalaussendung liegt,
- - eine Summier- und Multiplizierstufe (24), die die mit dem Faktor 0,5 gewichtete Differenz D1/3 aus P1 und P3 bildet,
- - eine weitere Summierstufe (25), die die Differenz P2-(P1+ D1/3) bildet
- - einen Komparator (26), der das Ausgangssignal der wei teren Summierstufe mit einem Referenzwert (27) ver gleicht und bei Überschreiten des Referenzwerts (27) ein Gegenstands-Feststellungssignal (29) abgibt, und
- - eine Steuereinheit (28), die die beschriebenen Abläufe steuert. (Fig. 3).
30. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe folgende
Elemente aufweist:
- - einen ersten Pegelspeicher (30) zur Speicherung des Störsignalpegels P1 zu einem vor einer Lichtsignalaus sendung liegenden Zeitpunkt t1,
- - ein Differenzierglied (31) mit einem nachgeschalteten zweiten Pegelspeicher (32) zur Speicherung der Stör signalsteigung S1 zum Zeitpunkt t1,
- - einen dem zweiten Pegelspeicher (32) nachgeschalteten Integrator (33) zur Erzeugung eines linearen Signal anstiegs ausgehend vom Pegel 0 zum Zeitpunkt t1 mit der Störsignalsteigung S1,
- - einen Summierer (34) der zu einem Zeitpunkt t2, in dem ein Lichtsignal ausgesendet wird, die Summe des Stör signalpegels P1, des Ausgangssignals des Integrators (33) und eines vorgegebenen Referenzwertes bildet,
- - einen Komparator (36), der das Ausgangssignal des Summierers (34) mit dem Pegel des Gesamtlichtsignals zum Zeitpunkt t2 vergleicht und für den Fall daß die ses Signal größer als das Ausgangssignal des Summie rers (34) ist, ein Gegenstands-Feststellungssignal abgibt, und
- - eine Steuereinheit (37), die die beschriebenen Abläufe steuert und den Integrator (33) nach der Summenbildung wieder auf Null setzt. (Fig. 4) 31. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe folgende Elemente aufweist:
- - einen ersten Pegelspeicher (39) zur Speicherung des Störsignalpegels P1 zu einem Zeitpunkt t1, der vor der Lichtsignalaussendung liegt,
- - einen zweiten Pegelspeicher (40) zur Speicherung des Gesamtlichtsignalpegels P2 zu einem Zeitpunkt t2, zu dem ein Lichtsignal ausgesendet wird,
- - einen optionalen dritten Pegelspeicher (41) zur Spei cherung des Störsignalpegels P3 zu einem Zeitpunkt t3, der nach der Lichtsignalaussendung liegt,
- - eine Summier- und Multiplizierstufe (42), die die mit dem Faktor 0,5 gewichtete Differenz D1/3 aus P1 und P3 bildet,
- - eine weitere Summierstufe (43), die die Summe aus P1, D1/3 und einem vorgegebenen Referenzwert (44) bildet,
- - einen Komparator (45), an dessen Eingängen sowohl das Ausgangssignal der weiteren Summierstufe (43) als auch P2 anliegt und der für den Fall, daß das Ausgangs signal der weiteren Summierstufe (43) größer als P2 ist, ein Gegenstands-Feststellungssignal abgibt, und
- - eine Steuereinheit (46), die die beschriebenen Abläufe steuert. (Fig. 5).
32. Optische Sensoranordnung nach einem der
Ansprüche 27 bis 31,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe zusätzlich
folgende Elemente aufweist:
- - einen Komparator (47), der den Störsignalpegel vor der Lichtsignalaussendung mit einem vorgegebenen Schwell wert (41) vergleicht, und
- - eine mit dem Ausgangssignal des Komparators (47) beauf schlagte Auswerte- und Steuereinheit (48), die für den Fall, daß das Störsignal den vorgegebenen Schwellwert (48′) unterschreitet, und daß eine Signalaussendung gewünscht wird, ein Sendesignal auslöst. (Fig. 6).
33. Optische Sensoranordnung nach einem der
der Ansprüche 27 bis 32,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe zusätzlich
folgende Elemente aufweist:
- - einen Komparator (47), der den Störsignalpegel nach der Lichtsignalaussendung mit einem vorgegebenen Schwellwert (48′) vergleicht, und
- - eine mit dem Ausgangssignal des Komparators (47) beauf schlagte Auswerte- und Steuereinheit (48), die für den Fall, daß das Störsignal den vorgegebenen Schwellwert (48′) überschreitet, ein zuvor ermitteltes Gegenstands- Feststellungssignal verwirft. (Fig. 6).
34. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Eliminierung von periodischen Störsigna
len geeignete Empfangssignalverarbeitungsstufe folgende
Elemente aufweist:
- - einen mit dem Empfangssignal beaufschlagten Differen zierer (51)
- - einen ersten Komparator (52) an dessen erstem Eingang ständig das Ausgangssignal des Differenzierers (51) anliegt und dessen zweiter Eingang mit dem Pegel 0 beaufschlagt ist,
- - einen ersten, vorzugsweise binären Pegelspeicher (53) zur Speicherung des Ausgangssignals des ersten Komparators (52) zu einem Zeitpunkt t1, der vor der Lichtsignalaussendung liegt,
- - einen mit dem Empfangssignal beaufschlagten zweiten Pegelspeicher (54) zur Speicherung des Empfangssignal pegels zum Zeitpunkt t1,
- - einen mit dem Empfangssignal beaufschlagten dritten Pegelspeicher (55) zur Speicherung des Empfangssignal pegels zum Zeitpunkt t2, der ebenfalls vor der Licht signalaussendung liegt,
- - einen zweiten Komparator (56) an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des ersten Pegelspeichers (53) an liegt und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgangssignal des ersten Komparators (52) beaufschlagt ist,
- - einen dritten Komparator (57) an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des zweiten Pegelspeichers (54) anliegt und dessen zweiter Eingang mit dem Empfangs signal beaufschlagt ist,
- - eine mit den Ausgangssignalen der zweiten und dritten Komparatoren (56, 57) beaufschlagte Steuereinheit (58), die für den Fall, daß sie von beiden Komparato ren (56, 57) gleichzeitig ein Signal empfängt, und daß eine Signalaussendung gewünscht wird, mit einer Zeitverzögerung von t2-t1 ein Sendesignal auslöst, und
- - einen Summierer (59), der bei Empfang des ausgesandten Signals die Differenz zwischen diesem Signal und dem Ausgangssignal des dritten Pegelspeichers (55) bildet, wobei diese Differenz dem Nutzsignal entspricht. (Fig. 7).
35. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Eliminierung von periodischen Störsigna
len geeignete Empfangssignalverarbeitungsstufe folgende
Elemente aufweist:
- - einen ersten Pegelspeicher (61) zur Speicherung des Störsignalpegels P1 zu einem Zeitpunkt t1,
- - einen zweiten Pegelspeicher (62) zur Speicherung des Störsignalpegels P2 zu einem Zeitpunkt t2,
- - einen dritten Pegelspeicher (63) zur Speicherung des Störsignalpegels P3 zu einem Zeitpunkt t3,
- - einen ersten Komparator (64) an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des ersten Pegelspeichers (61) anliegt und dessen zweiter Eingang ständig mit dem Empfangssignalpegel beaufschlagt ist,
- - eine mit dem Ausgangssignal des ersten Komparators (64) beaufschlagte Steuereinheit (65), die sämtliche Abläufe steuert und die für den Fall, daß sie vom ersten Komparator (64) ein Signal empfängt, und daß eine Signalaussendung gewünscht wird, mit einer Zeitverzögerung von t2-t1 ein Sendesignal auslöst,
- - einen Summierer (66), der bei Empfang des ausgesandten Signals die Differenz zwischen diesem Signal und dem Ausgangssignal des zweiten Pegelspeichers (62) bildet, wobei diese Differenz dem Nutzsignal entspricht, und
- - einen zweiten Komparator (67) an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des dritten Pegelspeichers (63) anliegt und dessen zweiter Eingang ständig mit dem Empfangssignalpegel beaufschlagt ist, wobei der Aus gang des zweiten Komparators (67) ebenfalls mit der Steuereinheit (65) verbunden ist, die das ermittelte Nutzsignal nicht als Gegenstands-Feststellungssignal berücksichtigt, wenn sie nach Ablauf der Zeitspanne t3-t2 vom zweiten Komparator (67) kein Signal empfängt. (Fig. 8).
36. Optische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 34 und
35,
dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Eliminierung von periodischen Störsigna
len geeignete Empfangssignalverarbeitungsstufe zusätz
lich folgende Elemente aufweist:
- - einen mit dem Störsignal beaufschlagten und mit einer Steuereinheit (71) verbundenen Nulldetektor (69)
- - einen ersten Pegelspeicher (70), der in der Weise von der Steuereinheit (71) angesteuert wird, daß der aktuelle Wert des Störsignals solange fortlaufend ge speichert wird bis der Nulldetektor (69) ein Störsig nal mit Pegel 0 anzeigt, wobei dann der vor Auftreten des Nullsignals gespeicherte Störsignalpegel im ersten Pegelspeicher (70) gespeichert bleibt,
- - einen zweiten Pegelspeicher (72) zur Speicherung des Störsignalpegels nach Auftreten des Nullsignals,
- - einen ersten Komparator (73) an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des ersten Pegelspeichers (70) an liegt und dessen zweiter Eingang ständig mit dem Empfangssignalpegel beaufschlagt ist, wobei die Steuer einheit (71) bei Gleichheit der beiden Eingänge des ersten Komparators (73) im Falle einer gewünschten Signalaussendung ein Sendesignal auslöst, und
- - einen zweiten Komparator (74) an dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des zweiten Pegelspeichers (72) anliegt und dessen zweiter Eingang ständig mit dem Empfangssignalpegel beaufschlagt ist, wobei die Steuer einheit (71) bei Ungleichheit der beiden Eingänge des zweiten Komparators (74) nach Aussendung des Sendesig nals das empfangene Nutzsignal nicht als Gegenstands- Feststellungssignal berücksichtigt. (Fig. 9).
37. Optische Sensoranordnung nach einem der
Ansprüche 27 bis 36,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Signalerfassungselement zum einen für die Erfas
sung einer direkten Signalprobe des Störsignals ausge
legt ist und zum anderen ein Differenzierglied aufweist,
mittels dem die Steigung des Störsignals erfaßt wird.
38. Optische Sensoranordnung nach einem der
Ansprüche 27 bis 37,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Lichtempfänger und die Empfangssignal
verarbeitungsstufe ein A/D-Wandler geschaltet ist.
39. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signale in der Empfangssignalverarbeitungsstufe
digital verarbeitet werden.
40. Optische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 27 bis
39,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangssignalverarbeitungsstufe (4) als Modul
in den Empfangssignalzweig der optischen Sensoranordnung
einfügbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914141469 DE4141469C2 (de) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | Verfahren zum Betrieb einer optischen Sensoranordnung zur Feststellung von in einem Überwachungsbereich vorhandenen Gegenständen sowie eine solche optische Sensoranordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914141469 DE4141469C2 (de) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | Verfahren zum Betrieb einer optischen Sensoranordnung zur Feststellung von in einem Überwachungsbereich vorhandenen Gegenständen sowie eine solche optische Sensoranordnung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4141469A1 true DE4141469A1 (de) | 1993-06-17 |
DE4141469C2 DE4141469C2 (de) | 1997-07-17 |
Family
ID=6447183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914141469 Expired - Fee Related DE4141469C2 (de) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | Verfahren zum Betrieb einer optischen Sensoranordnung zur Feststellung von in einem Überwachungsbereich vorhandenen Gegenständen sowie eine solche optische Sensoranordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4141469C2 (de) |
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