Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Störunterdrückung, insbesondere bei optischen
Näherungsschaltern,
mit Hilfe eines eine optische Pulsfolge aussendenden optischen Senders,
eines ein Meßsignal
ausgebenden optischen Empfängers
und einer den optischen Sender steuernden und das Meßsignal
auswertenden Steuer- und Auswerteeinheit, bei welchem das Meßsignal
des optischen Empfängers
aus der Überlagerung
eines ständig ausgegebenen
Störuntergrundes
und eines beim Empfang eines optischen Pulses ausgegebenen Meßpulses
besteht, das Meßsignal
des optischen Empfängers
in einem Signalintervall während
eines Meßpulses
und in mindestens einem Untergrundintervall außerhalb des Meßpulses
von der Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet und die Auswertung vor
und nach den Signalintervallen und den Untergrundintervallen durch
Abstandsintervalle unterbrochen wird.The
The invention relates to a method for increasing interference suppression, in particular in optical
Proximity switches,
with the aid of an optical transmitter emitting an optical pulse train,
one a measuring signal
issuing optical receiver
and a signal controlling the optical transmitter and the measuring signal
evaluating control and evaluation, in which the measurement signal
of the optical receiver
from the overlay
a constantly issued
Störuntergrundes
and a measuring pulse output upon receipt of an optical pulse
exists, the measuring signal
of the optical receiver
during a signal interval during
a measuring pulse
and in at least one background interval outside the measurement pulse
evaluated by the control and evaluation and the evaluation before
and after the signal intervals and the background intervals
Distance intervals is interrupted.
Optische
Näherungsschalter,
die nach dem geschilderten Pulsverfahren arbeiten, werden üblicherweise
in drei Kategorien unterteilt. Man unterscheidet zum einen zwischen
optischen Näherungsschaltern,
die den Nachweis eines Objektes über
das Ausbleiben von an einem Reflektor reflektierten optischen Pulsen
nachweisen, den sog. Reflexlichtschranken, und optischen Näherungsschaltern,
die den Nachweis eines Objektes gerade über die Reflexion sonst nicht
reflektierter optischer Pulse an dem nachzuweisenden Objekt nachweisen,
den sog. Reflexlichttastern. Zum anderen spricht man bei optischen
Näherungsschaltern,
bei denen im Gegensatz zu den Reflexlichtschranken und Reflexlichttastern der
optische Sender und der optische Empfänger getrennt angeordnet sind,
von sog. Einweglichtschranken. Bei diesen Einweglichtschranken erfolgt
der Nachweis eines angenäherten
Objektes naturgemäß über das
Ausbleiben eines oder mehrerer optischer Pulse – insofern analog zu den Reflexlichtschranken.optical
Proximity switch,
which work according to the described pulse method, are usually
divided into three categories. One distinguishes between one
optical proximity switches,
the proof of an object over
the absence of reflected on a reflector optical pulses
detection, the so-called retro-reflective sensors, and optical proximity switches,
the proof of an object just about the reflection otherwise not
prove reflected optical pulses on the object to be detected,
the so-called reflex light sensors. On the other hand one speaks with optical
Proximity switches,
in which, in contrast to the reflex light barriers and reflected light sensors of
optical transmitter and the optical receiver are arranged separately,
of so-called through-beam sensors. In these disposable light barriers takes place
the proof of an approximate
Object of course about that
Absence of one or more optical pulses - in this respect analogous to the reflex light barriers.
Die
derzeit bekannten optischen Näherungsschalter
arbeiten überwiegend
nach dem sog. Impulsverfahren. Bei diesem Impulsverfahren sendet der
optische Sender einen kurzen, intensiven Lichtpuls von typischerweise
10 μs bis
20 μs Länge aus. Danach
folgt eine Pause von gängigerweise
etwa 500 μs
Länge.
Um Störungen
zu unterdrücken,
wird bei Reflexlichttastern und Reflexlichtschranken während der
Pause zwischen zwei optischen Pulsen oder bei Einweglichtschranken
während
eines Teils dieser Pause der Empfang weiterer Signale verhindert, – man spricht
hierbei von der sog. Störaustastung.The
currently known optical proximity switch
work predominantly
according to the so-called impulse method. In this pulse method sends the
optical transmitters a short, intense light pulse of typically
10 μs to
20 μs length off. After that
follows a break from common
about 500 μs
Length.
To disturbances
to suppress,
is used with reflex light sensors and reflex light barriers during the
Pause between two optical pulses or with through-beam sensors
while
one part of this break prevents the reception of further signals, - one speaks
in this case of the so-called noise blanking.
Die
Anforderungen an moderne optische Näherungsschalter lauten heute
im wesentlichen, eine höhere
Schaltfrequenz bei gleichbleibender oder sogar erhöhter Empfindlichkeit
zu gewährleisten.The
Requirements for modern optical proximity switches are today
essentially, a higher one
Switching frequency with constant or even increased sensitivity
to ensure.
Um
diesen Anforderungen nachzukommen, sind verschiedene Verfahren zur
Erhöhung
der Störunterdrückung vorgeschlagen
worden, – vgl.
z. B. die DE 35 30
011 C2 . Die Ursache des dem Meßsignal überlagerten Störuntergrundes
können
vielfältiger Natur
sein. Zum einen werden Störungen
von Fremdlicht verursacht und in diesem Fall über den optischen Empfänger in
den optischen Näherungsschalter
eingekoppelt. Es können
jedoch auch andere Effekte eine Rolle spielen, z. B. Einschaltimpulse
anderer Geräte,
Netzbrummen oder ähnliche
Effekte, welche dann kapazitiv, induktiv oder galvanisch in den elektronischen
Aufbau des optischen Näherungsschalters
eingekoppelt werden.In order to meet these requirements, various methods have been proposed to increase the interference suppression, cf. z. B. the DE 35 30 011 C2 , The cause of the interference signal superimposed on the measurement signal can be of a varied nature. On the one hand, interference from extraneous light is caused and coupled in this case via the optical receiver in the optical proximity switch. However, other effects may also play a role, eg. As turn-on pulses of other devices, mains humming or similar effects, which are then coupled capacitively, inductively or galvanically in the electronic structure of the optical proximity switch.
Insbesondere
niederfrequente Störungen haben
wegen des bekannten 1/f-Abfalls im Rauschspektrum einen hohen Anteil.
Eine Unterdrückung dieser
Störungen
wäre nur
mit Mittelungszeiten möglich,
die eine erheblich niedrigere Zeitkonstante haben als die Störung selber.
Eine solche Mittelung wäre
also mit einer krassen Senkung der Schaltfrequenz des optischen
Näherungsschalters
verbunden, was selbstverständlich
nicht erwünscht
ist.Especially
have low-frequency interference
because of the known 1 / f-drop in the noise spectrum a high proportion.
A suppression of this
disorders
would only be
possible with averaging times,
which have a much lower time constant than the fault itself.
Such an averaging would be
So with a stark reduction in the switching frequency of the optical
Proximity switch
connected, which of course
not wanted
is.
Die DE 35 30 011 C2 offenbart
ein Verfahren zur Erhöhung
der Störunterdrückung. Bei
diesem Verfahren sollen speziell die Einflüsse von Störlicht kompensiert werden.
Zu diesem Zweck wird kurz vor dem Auftreten jedes Meßpulses
das zu dieser Zeit vorhandene Störlichtsignal
gespeichert. Bei Auftreten des Meßpulses wird anschließend das
in diesem Zeitpunkt vorhandene, aus Störlichtsignal und Meßpuls bestehende
Signal wiederum gespeichert. Die Intensität des eigentlichen Meßpulses
erhält
man anschließend
dadurch, daß die
gespeicherten Signale voneinander subtrahiert werden.The DE 35 30 011 C2 discloses a method for increasing interference suppression. In this method, the effects of stray light are to be compensated in particular. For this purpose, just before the occurrence of each measuring pulse, the present at this time Störlicht signal is stored. When the measuring pulse occurs, the signal existing at that time and consisting of the disturbing light signal and measuring pulse is then stored again. The intensity of the actual measuring pulse is then obtained by subtracting the stored signals from one another.
Dieses
Verfahren weist einige wesentliche Defizite auf. Zum einen macht
es wegen der kurz aufeinanderfolgenden Messungen für eine Eingangsverstärkerstufe
des optischen Näherungsschalters
eine hohe Bandbreite erforderlich, die wiederum den optischen Näherungsschalter
für hochfrequente
Störungen
wie Einschaltimpulse oderThis
Procedure has some major shortcomings. For one thing
because of the short successive measurements for an input amplifier stage
of the optical proximity switch
a high bandwidth is required, which in turn is the optical proximity switch
for high frequency
disorders
like switch-on pulses or
Funkstörungen empfindlich
macht. Zum anderen ist das in der DE 35 30 011 C2 beschriebene Verfahren nicht
für den
Einsatz in Einweglichtschranken geeignet, da dort eine Synchronisation
der Aufnahme des Störuntergrundes
auf den Meßpuls
sehr aufwendig ist. Weiter treten gerade in der Nähe der optischen
Pulse bzw. der Meßpulse
verstärkt
systematische Störanteile
im Störuntergrund
auf, die in dem Schaltpuls zum Aussenden des optischen Pulses ihre
Ursache haben.Makes radio interference sensitive. On the other hand that is in the DE 35 30 011 C2 described method not suitable for use in one-way light barriers, since there is a synchronization of recording the Störuntergrundes on the measuring pulse very expensive. Further occur in the vicinity of the optical pulses or the measuring pulses amplified systematic interference components in the background noise, which have their cause in the switching pulse for emitting the optical pulse.
Das
eingangs beschriebene Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht,
ist aus der DE 41 41
469 A1 bekannt. Dabei ist es auch bekannt, die Abstandsintervalle
in einem vorgegebenen Bereich zu variieren; dies soll jedoch systematisch
erfolgen, nämlich
regelmäßig ( DE 41 41 469 A1 ,
Spalte 3, Zeilen 14 bis 18).The method described above, of the invention is based, is from the DE 41 41 469 A1 known. It is also known to vary the distance intervals in a predetermined range; However, this should be done systematically, namely regularly ( DE 41 41 469 A1 , Column 3, lines 14 to 18).
Ausgehend
von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren bezüglich der Störunterdrückung zu
verbessern.outgoing
from the prior art described above is the invention
the object of the known method with respect to the interference suppression
improve.
Die
zuvor beschriebene Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pulsfrequenz der
optischen Pulsfolge in einem vorgegebenen Bereich um ungefähr 10 bis
20 % um eine mittlere Pulsfrequenz zufällig variiert wird oder/und
die Abstandsintervalle in einem vorgegebenen Bereich zufällig variiert
werden. Dadurch wird die Störunterdrückung gegenüber dem
Stand der Technik nochmals verbessert, weil es praktisch ausgeschlossen
ist, daß die
Störsignalfrequenz
in ihrer Änderung
genau der Änderung
erfolgt, mit der erfindungsgemäß die Pulsfrequenz
der optischen Pulsfolge oder/und die Abstandsintervalle zufällig variiert
werden.The
The object described above is inventively achieved in that the pulse rate of
optical pulse train in a predetermined range by about 10 to
20% is randomly varied by a mean pulse rate or / and
the intervals between intervals vary randomly within a given range
become. As a result, the interference suppression against the
State of the art improved again, because it practically impossible
is that the
interference signal
in their change
exactly the change
takes place, with the invention, the pulse rate
the optical pulse train or / and the intervals interval varies randomly
become.
Im
folgenden wird beispielhaft der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand mehrerer Zeichnungen näher
erläutert,
abschließend
werden anhand zweier Zeichnungen zwei beispielhafte Vorrichtungen
zur Verwirklichung des Verfahrens beschrieben; es zeigtin the
The following is an example of the sequence of a method according to the invention
closer on the basis of several drawings
explains
finally
become two exemplary devices with reference to two drawings
described for implementing the method; it shows
1 einen
Sende-, Meß-
und Auswerteablauf eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens, 1 a transmission, measurement and evaluation process of a method known from the prior art,
2 den
Sende-, Meß-
und Auswerteablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere
für Reflexlichtschranken, 2 the transmission, measurement and evaluation process of a method according to the invention, in particular for reflex light barriers,
3 den
Sende-, Meß-
und Auswerteablauf einer ersten besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 the transmission, measurement and evaluation process of a first particular embodiment of the method according to the invention,
4 den
Sende-, Meß-
und Auswerteablauf einer zweiten besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 4 the transmission, measurement and evaluation process of a second particular embodiment of the method according to the invention,
5 den
Sende-, Meß-
und Auswerteablauf einer dritten besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 5 the transmission, measurement and evaluation process of a third particular embodiment of the method according to the invention,
6 den
Sende-, Meß-
und Auswerteablauf einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
insbesondere für
Einweglichtschranken, 6 the transmission, measurement and evaluation process of a particular embodiment of the method according to the invention, in particular for through-beam sensors,
7 ein
Blockschaltbild mit Sende-, Meß- und
Auswerteablauf eines Reflexlichtschalters nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
und 7 a block diagram with transmission, measurement and evaluation of a reflex light switch according to a method of the invention and
8 ein
Blockschaltbild mit Sende-, Meß- und
Auswerteablauf einer Einweglichtschranke nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. 8th a block diagram with transmission, measurement and evaluation process of a through-beam sensor according to a method of the invention.
In 1 dargestellt
ist einerseits das bekannte Verfahren zur Erhöhung der Störunterdrückung nach der DE 35 30 011 C2 für Reflexlichtschranken
bzw. Reflexlichttaster in Form des Sende-, Meß- und Auswerteablaufs, andererseits
ein ebenfalls bekanntes Verfahren zur Anwendung in Einweglichtschranken.
In 1 symbolisiert der erste Graph eine optische Pulsfolge 1 eines
optischen Senders. Der zweite Graph zeigt das Meßsignal 2, wie es
von einem optischen Empfänger
geliefert wird. Dieses Meßsignal 2 wird
dann in einer Steuer- und Auswerteeinheit, welche gleichzeitig den
optischen Sender steuert, durch den im dritten Graphen dargestellten Auswerteablauf 3 ausgewertet.
Wie man ohne weiteres erkennt, findet man in dem Meßsignal 2 des
optischen Empfängers
neben einem ständig
vorhandenen Störuntergrund 4 den
optischen Pulsen 5 korrespondierende Meßpulse 6. Der Störuntergrund 4 weist
neben statistischen Einflüssen
auch systematische Störpulse 7 auf.
Diese Störpulse 7 sind
in 1 in unmittelbarer Nähe der Meßpulse 6 dargestellt, wobei
es einer allgemeinen Erfahrungstatsache entspricht, daß das Aussenden
bzw. der Empfang der optischen Pulse 5 häufig eine
elektronische Störung mit
einem gewissen Zeitverzug nach sich zieht. Nach dem Auswerteablauf 3 des
bekannten Verfahrens wird der Störuntergrund 4 in unmittelbarer
Umgebung des Meßpulses 6 von
eben diesem Meßpuls 6 subtrahiert.
Hierzu wird in einem Signalintervall 8 das Meßsignal 2 während des
Meßpulses 6 gespeichert und
jeweils vorher und nachher während
eines Untergrundintervalles 9 der Störuntergrund 4 gespeichert. Die '+'- bzw. '–'-Zeichen symbolisieren
eine Integration der während
der Signalintervalle 8 und der Untergrundintervalle 9 gespeicherten
Werte über
mehrere Perioden der optischen Pulsfolge 1. Anhand dieses
in 1 dargestellten Auswerteablaufes 3 treten
die bereits genannten Probleme des bekannten Verfahrens zur Erhöhung der
Störunterdrückung deutlich zutage.
Besonders einsichtig ist hierbei, daß häufig in der Nachbarschaft der
Meßpulse 6 auftretende
Störpulse 7 die
Meßgenauigkeit
und damit beispielsweise auch die Schaltfrequenz negativ beeinflussen.
Aufgrund der nicht zu realisierenden Synchronisation der Signalintervalle 8 mit
den Untergrundintervallen 9 bei Einweglichtschranken weisen
die bekannten Verfahren zur Erhöhung
der Störunterdrückung bei
Einweglichtschranken einen Auswerteablauf 3 gemäß dem vierten
Graphen in 1 auf. Hierbei wird das Meßsignal 2 bereits
vor Empfang des optischen Pulses 5 und dem damit verbundenen
Meßpuls 6 aufgenommen
und ausgewertet. Die Signalintervalle 8 umfassen mithin
in einem nicht genau zu bestimmenden Verhältnis Anteile des Störuntergrundes 4 in
Verbindung mit den Meßpulsen 6.
Mit diesem bekannten Verfahren für
Einweglichtschranken kann der Störuntergrund 4 nicht
eliminiert werden.In 1 on the one hand the known method for increasing the interference suppression after the DE 35 30 011 C2 for reflex light sensors or diffuse reflection sensors in the form of the transmission, measurement and evaluation process, on the other hand, a likewise known method for use in one-way light barriers. In 1 the first graph symbolizes an optical pulse sequence 1 an optical transmitter. The second graph shows the measurement signal 2 as supplied by an optical receiver. This measurement signal 2 is then in a control and evaluation unit, which simultaneously controls the optical transmitter, through the evaluation process shown in the third graph 3 evaluated. As one readily recognizes, one finds in the measurement signal 2 of the optical receiver next to a constantly existing background noise 4 the optical pulses 5 corresponding measuring pulses 6 , The background noise 4 shows not only statistical influences but also systematic interference pulses 7 on. These interference pulses 7 are in 1 in the immediate vicinity of the measuring pulses 6 represented, it corresponds to a general fact fact that the transmission or the reception of the optical pulses 5 often causes an electronic malfunction with a certain time delay. After the evaluation process 3 the known method is the Störuntergrund 4 in the immediate vicinity of the measuring pulse 6 from just this measuring pulse 6 subtracted. This is done in a signal interval 8th the measuring signal 2 during the measuring pulse 6 stored and before and after during a background interval 9 the background noise 4 saved. The '+' and '-'signs symbolize integration during the signal intervals 8th and the background intervals 9 stored values over several periods of the optical pulse train 1 , Look at this in 1 illustrated evaluation process 3 occur the already mentioned problems of the known method for increasing the interference suppression clearly. Particularly evident here is that often in the vicinity of the measuring pulses 6 occurring interference pulses 7 the measurement accuracy and thus, for example, the switching frequency negatively influence. Due to the unrealizable synchronization of the signal intervals 8th with the background intervals 9 in the case of through-beam sensors, the known methods for increasing interference suppression in the case of through-beam light barriers have an evaluation sequence 3 according to the fourth graph in 1 on. This is the measurement signal 2 already before receiving the optical Pul ses 5 and the associated measuring pulse 6 recorded and evaluated. The signal intervals 8th therefore include in a not exactly to be determined proportions of the noise floor 4 in conjunction with the measuring pulses 6 , With this known method for through-beam sensors can the Störuntergrund 4 can not be eliminated.
In 2 ist
nunmehr das erfindungsgemäße Verfahren
zur Erhöhung
der Störunterdrückung anhand
seiner Sende-, Meß-
und Auswerteabläufe
dargestellt. Die optische Pulsfolge 1 entspricht der aus dem
Stand der Technik bekannten optischen Pulsfolge mit den optischen
Pulsen 5. Auch das Meßsignal 2 entspricht
damit dem bereits in 1 dargestellten Meßsignal 2 mit
dem ständig
vorhandenen Störuntergrund 4,
den Meßpulsen 6 und
den Störpulsen 7. Weiter
kann dem Meßsignal 2 noch
ein niederfrequenter Untergrundanteil 10 – z. B.
durch Netzbrummen – überlagert
sein. In der vorliegenden 2 muß man sich
diesen als zusätzlich
dem Meßsignal 2 überlagert
vorstellen. Schließlich
ist im dritten Graphen in 2 der erfindungsgemäße Auswerteablauf 3 dargestellt.
Es wird deutlich, daß die
Auswertung vor und nach den Signalintervallen 8 und den Untergrundintervallen 9 durch
Abstandsintervalle 11, 12 unterbrochen wird. Die
in 2 dargestellten Abstandsintervalle 11, 12 weisen
die gleiche Länge
auf; dies soll jedoch nicht als Einschränkung verstanden werden. Je
nachdem, in welchem Abschnitt des Meßsignals 2 sich ein
systematischer Störuntergrund
befin det, wird die Position des Untergrundintervalls 9 durch
entsprechende Wahl der Längen
der Abstandsintervalle 11, 12 verändert.In 2 Now, the inventive method for increasing the interference suppression based on its transmission, measurement and evaluation processes is shown. The optical pulse sequence 1 corresponds to the known from the prior art optical pulse train with the optical pulses 5 , Also the measuring signal 2 corresponds to the already in 1 shown measuring signal 2 with the constantly existing background noise 4 , the measuring pulses 6 and the noise pulses 7 , Next, the measurement signal 2 still a low-frequency underground share 10 - z. B. Netzbrummen - be superimposed. In the present 2 you have to get this as additional to the measurement signal 2 imagine superimposed. Finally, in the third graph in 2 the evaluation process according to the invention 3 shown. It becomes clear that the evaluation before and after the signal intervals 8th and the background intervals 9 by intervals 11 . 12 is interrupted. In the 2 shown distance intervals 11 . 12 have the same length; However, this should not be construed as a limitation. Depending on in which section of the measuring signal 2 If there is a systematic background noise, the position of the background interval becomes 9 by appropriate choice of the lengths of the intervals 11 . 12 changed.
Da
es bei dem Herstellungsprozeß der
optischen Näherungsschalter
häufig
nicht möglich
ist, die Lage eines systematischen Störuntergrundes im vorhinein
festzustellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Pulsfrequenz
der optischen Pulsfolge 1 in einem vorgegebenen Bereich – vorzugsweise
um ungefähr
10 bis 20 % – um
eine mittlere Pulsfrequenz zu variieren. Eine solche Variation der
Pulsfrequenz verbunden mit einer entsprechenden Verlängerung bzw.
Verkürzung
der Abstandsintervalle 11, 12 ist in 3 der
Zeichnung dargestellt. Die hier gestrichelt dargestellten Pulse 13 symbolisieren
die Aussendung eines optischen Pulses 5 bei unveränderter Pulsfrequenz.
Entsprechend der Variation der Pulsfrequenz verändert sich im Meßsignal 2 die
Lage der Meßpulse 6 und
der Störpulse 7,
die im hier gezeigten Beispiel für
ein Meßsignal
zur Verdeutlichung eine andere Lage aufweisen als in den 1 und 2.
Wie man deutlich anhand der Betrachtung des Auswerteablaufs 3 erkennt,
fallen die Störpulse 7 zwar
teilweise mit den Untergrundintervallen 9 zusammen, dies
geschieht jedoch nur in einem Bruchteil der betrachteten Fälle. Als
Folge der Variation der Pulsfrequenz gehen systematische Störpulse 7 jedenfalls
nur teilweise in das Meßergebnis
ein. In Analogie zu dem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einigen Punkten
verwandten Lock-In-Verfahren heißt dies, daß die Störempfindlichkeit bei der Pulsfrequenz
und Vielfachen davon erniedrigt, während sie dafür bei den
Nachbarfrequenzen etwas angehoben wird.Since it is often not possible in the manufacturing process of the optical proximity switch to determine the position of a systematic background noise in advance, the pulse rate of the optical pulse train is proposed according to the invention 1 in a predetermined range - preferably about 10 to 20% - to vary a mean pulse rate. Such a variation of the pulse rate associated with a corresponding extension or shortening of the intervals interval 11 . 12 is in 3 the drawing shown. The dashed lines shown here 13 symbolize the emission of an optical pulse 5 at unchanged pulse rate. According to the variation of the pulse frequency changes in the measuring signal 2 the position of the measuring pulses 6 and the interference pulses 7 , which in the example shown here for a measurement signal for clarification have a different position than in the 1 and 2 , As can be clearly seen from the analysis of the evaluation process 3 detects, the interference pulses fall 7 although partially with the background intervals 9 but this happens only in a fraction of the cases considered. As a consequence of the variation of the pulse frequency, systematic interference pulses are generated 7 in any case only partially into the measurement result. By analogy with the lock-in method used in some respects with the method according to the invention, this means that the sensitivity to interference at the pulse frequency and multiples thereof is reduced, while it is somewhat raised at the neighboring frequencies.
Die
einfachste Variation bestünde
nun darin, die Pulsfrequenz systematisch zu variieren, also sie beispielsweise
kontinuierlich durchzustimmen. Will man jedoch alle denkbaren systematischen
Störpulse 7 soweit
als möglich
eliminieren, so ist eine unsystematische bzw. zufällige Variation
der Pulsfrequenz durchzuführen.The simplest variation would be to systematically vary the pulse rate, that is, to tune it continuously, for example. But do you want all conceivable systematic interference pulses 7 as far as possible, an unsystematic or random variation of the pulse frequency is to be carried out.
Alternativ
oder kumulativ kann neben einer Variation der Pulsfrequenz der optischen
Pulsfolge eine Variation der Abstandsintervalle 11, 12 in
einem vorgegebenen Bereich realisiert werden. In 4 ist eine
solche Variation der Abstandsintervalle 11, 12 ohne
eine gleichzeitige Variation der Pulsfrequenz dargestellt. Das Ergebnis
einer Variation der Abstandsintervalle 11, 12 ist
hinsichtlich der Störunterdrückung im
wesentlichen identisch mit der Variation der Pulsfrequenz. Jedoch
bleiben andere wesentliche Ei genschaften des optischen Näherungsschalters
bei einer Variation der Abstandsintervalle 11, 12, wie
z. B. die maximale Schaltfrequenz, erhalten, die sich bei einer
Variation der Pulsfrequenz verändern.Alternatively or cumulatively, in addition to a variation of the pulse frequency of the optical pulse sequence, a variation of the interval intervals 11 . 12 be realized in a given area. In 4 is such a variation of the spacing intervals 11 . 12 shown without a simultaneous variation of the pulse rate. The result of a variation of the distance intervals 11 . 12 is substantially identical to the pulse rate variation in terms of noise suppression. However, other essential properties of the optical proximity switch remain with a variation in pitch intervals 11 . 12 , such as As the maximum switching frequency, which change with a variation of the pulse rate.
Die
Abstandsintervalle 11, 12 können ebenso wie die Pulsfrequenz
unsystematisch, also zufällig,
variiert werden.The distance intervals 11 . 12 can be varied as well as the pulse rate unsystematic, so random.
Die
bislang in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
sind gemeinsam dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der optischen Pulse 5 wesentlich
geringer als die Länge
der Pausen zwischen den optischen Pulsen 5 gewählt wird.
Bei einem solchen Verfahren zur Störunterdrückung wirkt es sich besonders
vorteilhaft aus, wenn die Pulsfrequenz der optischen Pulsfolge 1 im
Vergleich zum herkömmlichen
Pulsverfahren vergrößert wird – vorzugsweise auf
ungefähr
5 kHz. Um gleichzeitig die Gesamtsendeleistung beizubehalten, wird
parallel zur Vergrößerung der
Pulsfrequenz der Sendestrom für
den optischen Sender reduziert. Durch die Wahl einer hohen Pulsfrequenz
kann die Abstimmung eines Hochpaßfilters, welcher das Meßsignal 2 filtert,
so erfolgen, daß der
Störuntergrund,
welcher aufgrund des 1/f-Abfalls im Rauschspektrum bei niedrigen
Frequenzen besonders stark ist – vgl.
den niederfrequenten Untergrundanteil 10 in 2 – schon
vor der Aufnahme des Meßsignals 2 durch
die Steuer- und Auswerteeinheit stark reduziert werden.The so far in the 1 to 4 illustrated embodiments of a method according to the invention are characterized jointly in that the length of the optical pulses 5 much less than the length of the pauses between the optical pulses 5 is selected. In such a method for interference suppression, it is particularly advantageous if the pulse frequency of the optical pulse train 1 is increased compared to the conventional pulse method - preferably to about 5 kHz. In order to simultaneously maintain the total transmission power, the transmission current for the optical transmitter is reduced in parallel to the increase in the pulse frequency. By choosing a high pulse rate, the tuning of a high-pass filter, which the measurement signal 2 filtered, done so that the background noise, which is particularly strong due to the 1 / f-drop in the noise spectrum at low frequencies - see. the low frequency background component 10 in 2 - even before the recording of the measurement signal 2 be greatly reduced by the control and evaluation.
Selbstverständlich kann
das erfindungsgemäße Verfahren,
wie auch beim verwandten Lock-In-Verfahren üblich, mit einer Rechteckmodulation
betrieben werden, d. h. die Länge
der optischen Pulse 5 entspricht in diesem Fall im wesentlichen
der Länge
der Pausen zwischen den optischen Pulsen 5. Eine solche
Rechteckmodulation hat den Vorteil, daß die Bandbreitenanforderung
an die Elektronik geringer ist als bei der Modulation mit kurzen
Pulsen. Es können
außerdem
relativ schmalbandige Filter eingesetzt werden, so daß auch Störungen höherer Frequenzen
besser abgeblockt werden.Of course, the method according to the invention, as is usual in the related lock-in process, with a rectangular modulus tion, ie the length of the optical pulses 5 In this case, this corresponds essentially to the length of the pauses between the optical pulses 5 , Such a rectangular modulation has the advantage that the bandwidth requirement for the electronics is lower than for the modulation with short pulses. In addition, relatively narrow-band filters can be used, so that disturbances of higher frequencies are better blocked.
Bei
dem bislang geschilderten Verfahren mit kurzen Pulsen ist die Pulsfrequenz
durch die Auswertezeit der Steuer- und Auswerteeinheit beschränkt; sie
läßt sich
nicht ohne größeren Aufwand
steigern. Es ist daher sinnvoll, das analoge Meßsignal 2 vor der
Auswertung durch die Steuer- und Auswerteeinheit mit Hilfe eines
Tiefpaßfilters
zu ermitteln. Hierbei wird die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters
im wesentlichen entsprechend der Länge der optischen Pulse 5 oder
der Länge
der Pausen zwischen den optischen Pulsen 5 gewählt.In the previously described method with short pulses, the pulse rate is limited by the evaluation time of the control and evaluation unit; It can not be increased without much effort. It therefore makes sense, the analog measurement signal 2 before the evaluation by the control and evaluation using a low-pass filter to determine. Here, the time constant of the low-pass filter becomes substantially equal to the length of the optical pulses 5 or the length of the pauses between the optical pulses 5 selected.
Die
Rechteckmodulation der optischen Pulsfolge 1 ist in 5 dargestellt;
man erkennt deutlich, daß die
Länge der
optischen Pulse 5 der Länge
der Pausen zwischen den optischen Pulsen 5 entspricht. Das
Meßsignal 2 ist
in 5 nach der Filterung durch den Tiefpaßfilter
dargestellt. Man erkennt deutlich, daß am Ende des optischen Pulses 5 oder
der Pause zwischen den optischen Pulsen 5 das Meßsignal 2 auf
seinen Maximalwert angestiegen bzw. seinen Minimalwert abgefallen
ist. Das eingezeichnete Zeitintervall ta entspricht
in 5 etwa der Zeitkonstante des Tiefpaßfilters.
Um nun die gewünschte
Entlastung der Steuer- und Auswerteeinheit zu erreichen, werden
die Signalintervalle 8 und die Untergrundintervalle 9 erst
jeweils am Ende der optischen Pulse 5 oder der Pausen zwischen
den optischen Pulsen 5 geöffnet. Dabei wird die Länge der
Signalintervalle 8 und die Länge der Untergrundintervalle 9 klein
gegenüber
der Länge
der optischen Pulse 5 bzw. der Pausen zwischen den optischen
Pulsen 5 gewählt.The rectangular modulation of the optical pulse sequence 1 is in 5 shown; It can be seen clearly that the length of the optical pulses 5 the length of the pauses between the optical pulses 5 equivalent. The measuring signal 2 is in 5 shown after filtering by the low-pass filter. It can be seen clearly that at the end of the optical pulse 5 or the break between the optical pulses 5 the measuring signal 2 has risen to its maximum value or its minimum value has dropped. The drawn time interval t a corresponds to 5 about the time constant of the low-pass filter. In order to achieve the desired relief of the control and evaluation, the signal intervals 8th and the background intervals 9 only at the end of each optical pulse 5 or the pauses between the optical pulses 5 open. Thereby the length of the signal intervals becomes 8th and the length of the background intervals 9 small compared to the length of the optical pulses 5 or the pauses between the optical pulses 5 selected.
In 6 ist
weiter ein Sende-, Meß-
und Auswerteablauf für
eine Anordnung mit einem von dem optischen Sender getrennten optischen
Empfänger,
also einer Einweglichtschranke, dargestellt. Die optischen Pulse 5 der
optischen Pulsfolge 1 werden bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer Länge
wesentlich geringer als die Länge
der Pausen zwischen den optischen Pulsen 5 ausgesandt.
Das Meßsignal 2 weist
nun wiederum, wie bereits geschildert, Meßpulse 6, Störpulse 7 und
einen ständig
vorhandenen Störuntergrund 4 auf.
Das Synchronisationsproblem bei Einweglichtschranken zwischen dem
Aussenden der optischen Pulse 5 und der Auswertung des
Meßsignals 2 wird
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß das
Signalintervall 8 durch den Anstieg des Meßsignals 2 innerhalb
eines Triggerintervalls 14 geöffnet wird. Nach dem Schließen des
Signalintervalls wird nach einem vorgegebenen Abstandsintervall 12 das Untergrundintervall 9 geöffnet. Nach
dem Schließen des
Untergrundintervalls 9 wird nach einem weiteren Abstandsintervall 15 das
Triggerintervall 14 wiederum geöffnet. Mit diesem geschilderten
Verfahrensablauf wird es möglich,
auch bei Einweglichtschranken eine Erhöhung der Störunterdrückung zu erreichen. Im Gegensatz
zu den bekannten Verfahren kann nunmehr auch bei Einweglichtschranken
der Störuntergrund
ermittelt und damit eliminiert werden.In 6 is further a transmission, measurement and Auswerteablauf for an arrangement with a separate from the optical transmitter optical receiver, ie a through-beam sensor, shown. The optical pulses 5 the optical pulse train 1 become in this further embodiment of the inventive method with a length substantially less than the length of the pauses between the optical pulses 5 sent. The measuring signal 2 now again, as already described, measuring pulses 6 , Interference pulses 7 and a constantly existing background noise 4 on. The synchronization problem with through-beam sensors between the emission of optical pulses 5 and the evaluation of the measurement signal 2 is inventively achieved in that the signal interval 8th by the rise of the measuring signal 2 within a trigger interval 14 is opened. After the signal interval is closed, after a predetermined distance interval 12 the background interval 9 open. After closing the background interval 9 becomes after another interval interval 15 the trigger interval 14 opened again. With this described process, it is possible to achieve an increase in the interference suppression, even with one-way light barriers. In contrast to the known methods, the interference background can now also be determined and thus eliminated with through-beam sensors.
Weiter
ist in 7 der Zeichnung eine Vorrichtung zur Verwirklichung
eines der vorstehend beschriebenen Verfahren, hier insbesondere
für einen Reflexlichttaster,
beschrieben. Diese Vorrichtung weist einen eine optische Pulsfolge 1 aussendenden optischen
Sender 16, einen ein Meßsignal 2 ausgebenden
optischen Empfänger 17 und
eine den optischen Sender 16 steuernde und das Meßsignal 2 auswertende
Steuer- und Auswerteeinheit 18 auf. Weiter dargestellt
sind nunmehr die tatsächlichen
optischen Pulse 19, welche aufgrund der bislang stets nicht
ganz konsequenterweise als optische Pulse 5 bezeichneten
Steuerpulse für
die tatsächlichen
optischen Pulse 19 ausgesandt werden. Das Meßsignal 2 des
optischen Empfängers 17,
bestehend aus der Überlagerung
eines ständig
ausgebenden Störuntergrundes 4,
aus Störpulsen 7 und
aus einem beim Empfang eines an einem Ansprechkörper 20 reflektierten
tatsächlichen
optischen Pulses 19 ausgebenden Meßpulses 6, gelangt
nunmehr an den Eingang der Steuer- und Auswerteeinheit 18.
Von dieser Steuer- und Auswerteeinheit 18 wird das Meßsignal 2 des optischen
Empfängers 17 in
einem Signalintervall 8 während eines Meßpulses 6 und
in mindestens einem Untergrundintervall 9 außerhalb
des Meßpulses 6 ausgewertet.
Besonders vorteilhafterweise ist die Steuer- und Auswerteeinheit 18 dadurch
gekennzeichnet, daß sie
aus einem Mikrocontroller 21 mit integriertem oder gekoppeltem
Analog/Digital-Wandler 22 besteht. Der Analog/Digital-Wandler 22 setzt
hierbei das Meßsignal 2 in
ein digitales Signal 23 um, welches anschließend von
dem Mikrocontroller 21 entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewertet
wird. Der Mikrocontroller 21 liefert dann ein Ausgangssignal 24,
welches je nachdem, ob der optische Näherungsschalter als "Öffner" oder "Schließer" ausgebildet ist, bei einem Nachweis
der Meßpulse
eine Spannung mit einem bestimmten Wert liefert bzw. keine Spannung
liefert. Der hier dargestellte Reflexlichttaster unterscheidet sich
nur insofern von einer Reflexlichtschranke, als daß bei einer
Reflexlichtschranke die tatsächlichen
optischen Pulse 19 ständig
an einem hierzu vorgesehenen Reflektor reflektiert werden, wobei
diese Reflektion von einem entsprechenden Ansprechkörper unterbrochen
wird.Next is in 7 The drawing, an apparatus for implementing one of the methods described above, in particular for a reflected light sensor, described. This device has an optical pulse train 1 emitting optical transmitter 16 , a measuring signal 2 issuing optical receiver 17 and one the optical transmitter 16 controlling and the measuring signal 2 evaluating control and evaluation unit 18 on. Further illustrated are now the actual optical pulses 19 , which due to the previously not always consistently as optical pulses 5 designated control pulses for the actual optical pulses 19 to be sent out. The measuring signal 2 of the optical receiver 17 , consisting of the superimposition of a constantly issuing disturbing ground 4 , from interference pulses 7 and one when receiving one on a response body 20 reflected actual optical pulse 19 issuing measuring pulse 6 , now arrives at the entrance of the control and evaluation unit 18 , From this control and evaluation unit 18 becomes the measuring signal 2 of the optical receiver 17 in a signal interval 8th during a measuring pulse 6 and in at least one background interval 9 outside the measuring pulse 6 evaluated. Particularly advantageously, the control and evaluation unit 18 characterized in that it consists of a microcontroller 21 with integrated or coupled analogue / digital converter 22 consists. The analog / digital converter 22 sets the measuring signal 2 into a digital signal 23 which is subsequently transmitted by the microcontroller 21 is evaluated according to the method of the invention. The microcontroller 21 then supplies an output signal 24 Which, depending on whether the optical proximity switch is designed as a "normally closed contact" or "normally open contact", supplies a voltage at a specific value or does not supply any voltage upon detection of the measuring pulses. The reflected light scanner shown here differs only in so far from a reflex light barrier, as that the case of a reflected light barrier, the actual optical pulses 19 are constantly reflected at a reflector provided for this purpose, this reflection is interrupted by a corresponding response.
Abschließend ist
in 8 der Zeichnung eine weitere Vorrichtung zur Verwirklichung
eines der vorstehend beschriebenen Verfahren, und zwar hier insbesondere
für eine
Einweglichtschranke, beschrieben. Die in 8 verwandten
Bezugszeichen entspre chen soweit möglich den bereits eingeführten Bezugszeichen.
Der wesentliche Unterschied zwischen einer Einweglichtschranke und
einer Reflexlichtschranke besteht darin, daß die Steuer- und Auswerteeinheit 18 galvanisch
getrennt von der in einer Reflexlichtschranke einen Bestandteil
der Steuer- und Auswerteeinheit 18 bildenden Sendersteuerung 25 angeordnet
ist. Hieraus ergibt sich das bereits geschilderte Synchronisationsproblem
zwischen dem Aussenden der optischen Pulse 5 und der Auswertung
des Meßsignals 2.
Entsprechend ist in 8 der Sende-, Meß- und Auswerteablauf
dargestellt, der erfindungsgemäß dieses
Synchronisationsproblem löst und
in Verbindung damit eine Erhöhung
der Störunterdrückung gewährleistet.Finally, in 8th the drawing a further device for implementing one of the methods described above, and in particular for a through-beam sensor, described. In the 8th Related reference numerals correspond as far as possible to the already introduced reference numerals. The main difference between a through-beam sensor and a reflex light barrier is that the control and evaluation 18 galvanically isolated from the in a reflex light barrier a part of the control and evaluation 18 forming transmitter control 25 is arranged. This results in the already described synchronization problem between the emission of the optical pulses 5 and the evaluation of the measurement signal 2 , Accordingly, in 8th the transmission, measurement and evaluation process shown, the invention solves this synchronization problem and in conjunction ensures an increase in the interference suppression.