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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen photoelektrischen Sensor zur Feststellung feiner Partikel,
wie von einem Feuer erzeugter Rauch oder in der Luft enthaltener
Staub, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Im allgemeinen wird in Sensoren zur
Feststellung feiner Partikel, wie hochempfindliche Rauchsensoren
oder Staubanzeigern, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 596 500
oder in der EP-A-0 618 555 offenbart sind, Licht von einer Lichtquelle
in einen Detektionsbereich abgestrahlt, und das Licht, das durch
feine, im Detektionsbereich enthaltene Partikel gestreut wird, wird
detektiert, wodurch die feinen Partikel festgestellt werden. Als
Lichtquelle wird gewöhnlich
eine LED (Licht abstrahlende Diode), eine LD (Laserdiode), einen
Xenon-Lampe oder dergleichen verwendet, um sichtbares oder infrarotes
Licht abzustrahlen.
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In einem Sensor zur Feststellung
feiner Partikel, welcher beispielsweise eine LD als Lichtquelle für eine empfindliche
Partikelfeststellung verwendet, muss im allgemeinen ein optisches
System mit einem hohen S/N-Verhältnis
verwendet werden, um eine hohe Auflösung zu erhalten (d. h. einen
steilen Anstieg von feiner Partikel-Konzentration zu Sensorausgabe-Charakteristik).
Um die hoch empfindliche Feststellung zu verwirklichen, muss die
LD große Mengen
an Licht abstrahlen, um die Menge des gestreuten Lichtes zu erhöhen, oder
ein großer
Verstärker
muss verwendet werden, um die Sensorausgabe (Spannung) zu erhöhen.
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Jedoch ändert sich das Alarmniveau,
d. h. der Sollwert für
einen Anstieg in der Menge feiner Partikel im Falle beispielsweise
der Erzeugung eines Feuers, gewöhnlich
in Abhängigkeit
davon, wo der Sensor installiert ist, und wird dadurch in Abhängigkeit
von Umgebungsbedingungen bestimmt. Das heißt, das Alarmniveau wird eingestellt,
an sehr sauberen Orten sehr empfindlich zu sein, aber es wird auf
eine niedrigere Empfindlichkeit als die vorgenannte Empfindlichkeit
(hohe Empfindlichkeit) eingestellt an Orten, wo feine Partikel in
gewissem Ausmaß jederzeit
vorhanden sind.
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Im allgemeinen, wenn die Empfindlichkeit
innerhalb des Sensors geändert
wird, wird der durch Verstärken
des gestreuten, empfangenen Lichtes erhalten Wert verglichen mit
dem Alarmniveau, wobei eine Alarmentscheidung ausgeführt wird,
und dann wird das Alarmniveau geändert,
um die Empfindlichkeit zu ändern.
Das heißt,
die Empfindlichkeit wird geändert
durch Ändern
eines Referenzniveaus eines Komparators. Selbst wenn die Empfindlichkeit
durch eine Steuereinheit, wie eine mit dem Sensor zur Feststellung
feiner Partikel verbundene Feuerkontrolltafel, geändert wird,
wird die Alarmentscheidung vom Komparator auf den Empfang der Sensorausgabe hin
ausgeführt.
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Im allgemeinen ändert sich die Menge des von
der LD abgestrahlten Lichtes in Abhängigkeit von der Temperatur,
d. h. die Menge abgestrahlten Lichtes sinkt mit einem Anwachsen
der Temperatur ungeachtet der Tatsache, dass der gleiche Treiberstrom zugeführt wird.
Dadurch muss, um die gleiche Menge an Licht abzustrahlen wie wenn
die Temperatur niedrig ist, der Treiberstrom anwachsen. Jedoch resultiert ein
Betreiben des Treiberstroms gleich oder größer einem vorbestimmten Wert
in einer Zerstörung
der LD. Selbst wenn der vorbestimmte Wert nicht erreicht wird, gibt
ein großer
Treiberstrom Anlass zu einer Erzeugung von Wärme, und wie bei Halbleiterelementen
im allgemeinen beeinflusst ein Gebrauch des Bauteiles unter Hochtemperatur-Bedingungen
die Lebensdauer nachteilig in einem merklichen Grade. Ferner ist,
wie oben beschrieben, der herkömmliche Sensor
zur Feststellung feiner Partikel dafür ausgelegt worden, feine Partikel
bei Aufrechterhaltung einer hohen Empfindlichkeit festzustellen.
Dadurch strahlt, selbst wenn das Empfindlichkeitsniveau auf einen
niedrigen Wert geändert
wurde, die LD noch Licht in großen
Menge unter Verbrauch von großen Mengen
an Treiberstrom aus, was ihre Lebensdauer verkürzt.
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Die GB 2 274 333 A offenbart einen
photoelektrischen Sensor vom eingangs genannten Typ, welcher ein
zweites Lichtempfangsmittel aufweist, das in der Nachbarschaft der
Lichtquelle angeordnet ist. Mit einer solchen Konstruktion kann
ein Absinken der Lichtabstrahlmenge aufgrund einer Verschmutzung
oder Verschlechterung sofort entdeckt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden,
um die vorstehenden Probleme zu lösen, und es ist ihre Aufgabe,
einen Sensor zur Feststellung feiner Partikel zur Verfügung zu
stellen, wobei die Lebensdauer der LD als Lichtquelle gesteigert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch einen Sensor zur Feststellung feiner, in der Luft enthaltener
Partikel mit den Merkmalen des Anspruches 1. Bevorzugte Ausführungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In dem Sensor zur Feststellung feiner
Partikel der vorliegenden Erfindung wird von der Lichtquelle abgestrahltes
Licht gestreut durch feine Partikel, wie Rauch, der durch ein Feuer
erzeugt wurde, oder in der Luft enthaltenem Staub, und das Lichtempfangsmittel
empfängt
das gestreute Licht, wobei es die Gegenwart der feinen Partikel
feststellt. Basierend auf der Temperatur, die durch das nahe der Lichtquelle
installierte Temperaturmessmittel gemessen wurde, oder auf einem
anderen vorgegebenen Wert oder Signal, steuert das Steuerungsmittel
die Menge an Licht, das von der zu steuernden Lichtquelle abgestrahlt
wird, wodurch unerwünschte
Temperaturen und Treiberströme,
welche die Lebensdauer der Lichtquelle verkürzen, vermieden werden.
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Wenn die Empfindlichkeit auf ein
niedriges Niveau eingestellt wird, verringert der Sensor den der Lichtquelle
zugeführten
Treiberstrom, um die Menge abgestrahlten Lichtes zu verringern ohne
das Alarmniveau zu ändern,
wobei der Verbrauch an elektrischer Energie gesenkt und die Lebensdauer
der Lichtquelle erhöht
wird. Der Dynamikbereich des Sensors, in welchem er betrieben werden
kann, wird verbreitert.
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Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
nicht Bezug auf die Zeichnungen, in denen
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1 ein
Blockschaltbild eines Sensors zur Feststellung feiner Partikel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Diagramm ist, das die im Blockschaltbild gezeigte LD-Lichtabstrahlschaltung
darstellt;
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3 ein
Diagramm eines Elektronenverstärkergerät ist, der
anstelle des analogen Multiplexers und einer Vielzahl von Widerständen von 2 verwendet wird;
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4 ein
Graphik ist, die die Eigenschaften der LD darstellt;
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5 ein
Diagramm ist, das noch eine LD-Lichtabstrahlschaltung darstellt;
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6 ein
Diagramm ist, das die Lichtabstrahlzustände der LD in der LD-Lichtabstrahlschaltung
gemäß 5 darstellt;
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7 ein
Flußdiagramm
ist zur Erklärung des
Betriebs des Ausführungsbeispiels
1 der vorliegenden Erfindung;
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8 ein
Graphik ist, die eine Umwandlungsdatentabelle zeigt;
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9 ein
Graphik ist, die noch eine Umwandlungsdatentabelle zeigt;
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10 ein
Diagramm ist, das eine weitere LD-Lichtabstrahlschaltung darstellt;
und
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11 ein
Flußdiagramm
ist zur Erklärung des
Betriebs des Ausführungsbeispiels
2 der vorliegenden Erfindung.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird nun im Detail beschrieben unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen.
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1 ist
ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Sensors zur Feststellung
feiner Partikel gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, wobei das Bezugszeichen 1 eine Lichtquelle
wie eine LD (Laserdiode) bezeichnet, 2 ein Lichtabstrahlmittel
wie eine LD-Lichtabstrahlschaltung bezeichnet, welche elektrisch
mit der LD 1 verbunden ist, um die LD 1 zu veranlassen,
Licht abzustrahlen, und um eine konstante Lichtabstrahlung aufrecht
zu erhalten, 3 ein Temperaturmessmitel oder ein temperatursensierendes Element
wie einen Thermistor bezeichnet, das nahe bei der LD 1 vorgesehen
ist, um deren Temperatur zu messen, 4 eine Photodiode (PD)
zur Erzeugung einer Sensorausgabe bezeichnet, 5 eine PD-Lichtempfangsschaltung
bezeichnet, welche elektrisch mit der PD 4 zur Erzeugung
der Sensorausgabe verbunden ist und welche eine Sensorausgabe erzeugt
auf ein Detektieren von Licht hin, das von der LD 1 abgestrahlt
und von feinen Partikel, wie von einem Feuer erzeugtem Rauch oder
in der Luft enthaltenem Staub, gestreut wird, und das Bezugszeichen 6 bezeichnet
eine A/D-Wandlerschaltung, welche elektrisch mit der PD-Lichtempfangsschaltung
verbunden ist, zur analog-digital (A/D) Umwandlung der Sensorausgabe.
Die PD 4 zur Erzeugung der Sensorausgabe, die PD-Lichtempfangsschaltung 5 und
die A/D-Wandlerschaltung bilden ein Lichtempfangsmittel. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet
eine Steuerschaltung, wie einen Ein-Chip-Mikroprozessor, welche
als Steuermittel dient. Diese Steuerschaltung 7 umfasst
einen Mikroprozessor, ein ROM und RAMs 1 bis 4 (nicht
dargestellt), ist elektrisch verbunden mit der vorgenannten LD-Lichtabstrahlschaltung 2,
dem temperatursensierenden Element 3 und dem Lichtempfangsmittel,
insbesondere der A/D-Wandlerschaltung 6, und ist ferner
verbunden mit einer Energieversorgungsschaltung (nicht dargestellt)
und einer Steuereinheit, wie einer Feuerkontrolltafel (nicht dargestellt).
Die Steuerschaltung 7 steuert die LD1 und die LD-Lichtabstrahlschaltung 2,
wie später
im Detail beschrieben wird.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, das konkret die LD 1 und die in 1 gezeigte LD-Lichtabstrahlschaltung
darstellt. Die LD 1 umfasst eine Photodiode (PD) 1a zur Überwachung
der Menge an abgestrahltem Licht. Ein Strom, der sich im Verhältnis zur
menge an von der LD 1 abgestrahltem Licht ändert, fließt in die
PD 1a, welche die Menge des abgestrahlten Lichtes überwacht.
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In 2 sind
die Anschlüsse CON1 und CON2 verbunden
mit der Steuerschaltung 7, die Anschlüsse +V und –V sind
mit dem +Anschluss beziehungsweise dem –Anschluss der Energieversorgung (nicht
dargestellt) verbunden, und ein Anschluss G ist geerdet.
Ein NPN-Typ-Transistor Q1 ist an seiner Basis mittels eines
Widerstandes R1 mit dem Anschluss CON1, mittels
eines spannungsteilenden Widerstandes R2 mit dem Anschluss +V und
mittels eines spannungsteilenden Widerstandes R3 mit dem
Anschluss –V verbunden.
Ferner ist der Emitter des Transistors Q1 mit dem Anschluss G verbunden,
und der Kondensator C ist zwischen dem Kollektor und dem
Emitter desselben angeschlossen. Ein NPN-Typ-Transistor Q ist an
seinem Kollektor mit dem Kollektor des Transistors Q1,
mittels eines Vorspannungswiderstandes R4 mit dem Anschluss +V und
an seinem Emitter mittels einer Zenerdiode Z mit dem Anschluss –V verbunden.
Ein NPN-Transistor
Q ist an seiner Basis mit den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2,
an seinem Kollektor mittels eines Widerstandes R5 mit dem
Anschluss +V und an seinem Emitter mittels eines LD-Bereichs
der LD 1 mit dem Anschluss G verbunden.
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Ferner ist die PD 1a, welche in der
LD 1 zur Überwachung
der Menge an abgestrahltem Licht enthalten ist, zwischen dem Anschluss G und
der Basis des Transistors Q angeschlossen. Der Punkt, an
dem die PD 1a zur Überwachung
der Menge an abgestrahltem Licht an die Basis des Transistors Q
angeschlossen ist, ist mittels eines Widerstandes R6, eines
analogen Multiplexers MP mit einer Mehrzahl von Schaltern,
beispielsweise vier Schaltern wie in 2 gezeigt,
und Widerständen R7, R8, R9 und R10 entsprechend
einem geschlossenen Schalter mit dem Anschluss –V verbunden
(diese Widerstände
haben Widerstandswerte R7 < R8 < R9 < R10). Der Schalter in dem
analogen Multiplexer MP wird ausgewählt und geschlossen durch ein
von der Steuerschaltung 7 auf den Anschluss CON2 gegebenes Signal,
welches von der vom temperatursensierenden Element 3 gemessenen
Temperatur der LD 1 abhängt,
und wobei ein entsprechender Widerstand angeschlossen ist. Hier
bilden der analoge Multiplexer MP und die Widerstände R7 bis R10 ein
Treiberstrom-Senkungsmittel.
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Der Treiberstrom kann feiner eingestellt
werden, falls Gebrauch gemacht wird von einem in 3 gezeigten Elektronenverstärkergerät EV anstelle
des analogen Multiplexers MP und der Widerstände R7 bis R10.
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Die LD 1 und die LD-Lichtabstrahlschaltung 2 sind
wie vorstehend beschrieben aufgebaut. Wenn ein von der Steuerschaltung 7 auf
den Anschluss CON1 gegebenes Signal mit hohem Potential
weiter auf die Basis gegeben wird, wird der Transistor Q1 auf
"EIN" geschaltet, und sein Kollektor gelangt auf ein niedriges Potential
nahezu gleich dem Erdpotential. Diese niedrige Potential wird auf
die Basis gegeben, so dass der Transistor Q auf "AUS" geschaltet bleibt.
Daher fließt
kein Treiberstrom in die LD 1, welche dann kein Licht abstrahlt.
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Wenn jedoch von der Steuerschaltung 7 ein Signal
mit niedrigem Potential auf den Anschluss CON1 gegeben
wird, wird dieses Signal weitergegeben auf die Basis, so dass der
Transistor Q1 auf "AUS" geschaltet wird, und sein Kollektor
nimmt ein hohes Potential an, geteilt durch einen Spannungsabfall über den
Widerstand R4, die Kollektor-Emitter-Spannung Vce des Transistors
Q und eine Spannung der Zenerdiode Z. Dieses hohe Potential
wird auf die Basis des Transistors Q3 gegeben. In diesem Fall
ist der Transistor Q eingestellt worden, nicht im Schaltzustand
betrieben zu werden, sondern im Aktivierungsbereich. Daher nimmt
der Transistor Q einen aktiven Status an, in welchem die Vce nicht
gesättigt ist,
der durch Vce und Widerstand R5 bestimmte Treiberstrom
fließen
darf und die LD 1 mit diesem Treiberstrom Licht abstrahlt,
d. h. mit der zu regelnden Menge der LD 1. So strahlt durch
abwechselndes Anlegen eines Signals mit hohem Potential und eines Signals
mit niedrigem Potential am Anschluss CON1 durch die Steuerschaltung 7 die
LD1 unterbrochen Licht ab.
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Da die LD 1 licht abstrahlt,
erzeugt die PD 1a zur Überwachung
der Menge an abgestrahltem Licht einen Strom proportional zur Menge
des abgestrahlten Lichtes. Dieser Strom fließt durch den Widerstand R6,
durch beispielsweise dem linkesten Schalter (für normale oder niedrige Temperaturen)
im Multiplexer MP, der momentan durch ein Signal von der
Steuerschaltung 7 ausgewählt ist, und durch den mit
diesem Schalter verbundenen Widerstand R7 zum Anschluß –V,
um dabei das elektrische Basis-Potential des Transistors Q2 zu
erzeugen. Wenn die LD 1 Licht in großen Mengen abstrahlt, erzeugt
die PD 1a zur Überwachung
der Menge an abgestrahltem Licht einen großen Strom, wobei ein hohes
Basis-Potential für
den Transistor Q erzeugt wird. Daher sinken die Vce des Transistors Q2 und
das Kollektor-Potential des Transistors Q, d. h. das Basis-Potential
des Transistors Q3 steigt, ein sinkender Treiberstrom fließt in die
LD 1, und Licht wird in kleinen Mengen abgestrahlt. Umgekehrt,
wenn die Menge des abgestrahlten Lichtes wie zuvor beschrieben sinkt,
erzeugt die PD 1a zur Überwachung
der Menge an abgestrahltem Licht einen kleinen Strom, wobei ein
niedriges Basis-Potential für
den Transistor Q erzeugt wird, wodurch die Vce des Transistors Q2 und
das Basis-Potential des Transistors Q steigen, ein wachsender Treiberstrom
in die LD1 fließt
und Licht in großen Mengen
abgestrahlt wird. Wie zuvor beschrieben, wird die LD-Abstrahlschaltung 2 betrieben,
um die Menge an von der LD1 abgestrahltem Licht konstant zu halten.
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Die LD-Überwachungsströme für die Menge an
abgestrahltem Licht sind einzeln für ihre LDs vorbestimmt worden.
Dadurch kann der PD-Strom zur Überwachung
der Menge an abgestrahltem Licht für die erforderliche Menge an
abgestrahltem Licht spezifiziert werden, wobei die Widerstände der
Widerstände R6 und R7 basierend
auf obigem Strom bestimmt werden.
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Um das obige genauer zu beschreiben,
falls die Temperatur der LD 1, wie von dem temperatursensierenden
Element 3 gemessen, niedriger als eine normale Temperatur
ist, d. h. falls der für
die LD1 eingestellte Treiberstrom kleiner ist als ein bei jeder Temperatur
spezifizierter Maximalstrom oder kleiner ist als ein Wert, der durch
Multiplizieren des eingestellten Treiberstroms mit einem vom Benutzer
bestimmten Sicherheitsfaktor erhalten wird, wird der oben genannte
Widerstand R7 ausgewählt,
und die zu regelnde Größe, d. h.
der Treiberstrom der LD 1, wird durch einen Rückkopplungsvorgang
geregelt, so dass die LD 1 Licht in einer konstanten Menge
abstrahlt.
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4 ist
ein Graphik, die die Temperatureigenschaften der LD darstellt. Wie
aus dieser Graphik offensichtlich ist, sinkt, wenn der gleiche Treiberstrom
an die LD 1 abgegeben wird, die Menge des von der LD 1 abgestrahlten
Lichtes mit einem Anstieg der Temperatur. Dadurch wird es, um eine
konstante Lichtabstrahlung aufrecht zu erhalten, zwangsläufig notwendig,
den Treiberstrom zu erhöhen.
Das heißt, aufgrund
der Betätigung
der LD-Lichtabstrahlschaltung 2 zur Aufrechterhaltung einer
konstanten Menge an abgestrahltem Licht zu allen Zeiten, wächst der Strom,
der in die LD 1 fließt,
an unter Beschleunigung seiner Eigenerwärmung, was einen nachteiligen
Effekt auf seine eigene Lebensdauer hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wählt daher,
wenn die Temperatur der LD 1, wie sie vom temperatursensierenden
Element 3 gemessen wird, nicht niedriger als normal ist,
sondern stattdessen eine Temperatur ist, welche so hoch ist, dass
sei ein Problem für
die Lichtquelle ist, die Steuerschaltung 7 denjenigen Schalter aus
und schließt
selbigen, an welchen beispielsweise der Widerstand R8 mit
einem größeren Widerstand als
der Widerstand R7 angeschlossen ist, anstelle des Schalters,
an welchen der Widerstand R7 im analogen Multiplexer MP angeschlossen
ist (der Schalter, an welchen der Widerstand R7 angeschlossen
ist, wird selbstverständlich
geöffnet).
Der Widerstand steigt dadurch an. Dadurch wächst, wenn der gleiche Strom
wie derjenige, der in den Widerstand R7 fließt, in den
Widerstand R8 fließt,
der Spannungsabfall über
letzteren an, und folglich wächst das
Basispotential des Transistors Q2 an, wodurch als Ergebnis
der oben genannten Rückkopplung
die zu regelnde Größe, d. h.
der Treiberstrom der LD 1, sinkt, die Menge an abgestrahltem
Licht sich ändert, der
Anstieg in der Temperatur der LD 1 aufgrund einer Eigenerwärmung unterdrückt wird
und die Lebensdauer der LD 1 erhöht wird.
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Wenn die Temperatur der LD 1 weiter
ansteigt, wird der Widerstand R9 ausgewählt und anstelle des Widerstandes R5 angeschlossen,
oder der Widerstand R10 wird ausgewählt und anstelle des Widerstandes R9 angeschlossen,
wodurch der Treiberstrom allmählich
sinkt und der Temperaturanstieg der LD 1 unterdrückt wird.
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5 ist
ein Diagramm, das eine weitere LD-Lichtabstrahlschaltung darstellt,
welche für
den in 1 gezeigten Sensor
zur Feststellung feiner Partikel verwendet wird. Der Unterschied
zwischen dieser LD-Lichtabstrahlschaltung und derjenigen von 2 ist, dass diese LD-Lichtabstrahlschaltung
keinen analogen Multiplexer MP, Eingangsanschluss CON2 davon
oder Widerstände R7–R10 hat,
und ferner das andere Ende des Widerstandes R6 direkt mit
dem Anschluß –V verbunden
ist.
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Anders als die LD-Lichtabstrahlschaltung 2, welche
den Treiberstrom als die zu regelnde Größe senkt, wenn eine hohe Temperatur
von LD 1 festgestellt wird, regelt die hier gezeigte LD-Lichtabstrahlschaltung 2A das
Intervall zwischen den Lichtabstrahlungen als die zu regelnde Größe. Insbesondere,
wenn die Temperatur von LD 1 nicht höher ist als normal und sauber
arbeitet, strahlt die LD 1 Licht für beispielsweise 1 ms ab, wie
in 6 gezeigt, als Antwort
auf das oben genannte Signal eines von der Steuerschaltung 7 auf
den Anschluß CON1 gegebenen
niedrigen Potentials. Danach wird das Licht für beispielsweise eine Sekunde
gelöscht
als Antwort auf das Signal mit hohem Potential. Der vorstehende Vorgang
wird hernach wieder und wieder wiederholt. Jedoch, wenn die LD 1 sich
auf eine hohe Temperatur wie 60°C
erwärmt,
welche für
die LD 1 nicht wünschenswert
ist, wird nur die zu regelnde Größe geändert, d.
h. nur das Intervall zwischen den Lichtabstrahlung wird beispielsweise
auf 1,3 Sekunden erhöht,
ohne die Licht zur Lichtabstrahlung oder die Menge an abgestrahltem
Licht zu ändern.
Wenn die LD 1 sich auf eine hohe Temperatur 2, d. h. 60°C, erwärmt, wird
wieder nur das Intervall zwischen den Lichtabstrahlung erhöht auf beispielsweise
1,5 Sekunden. So wird die Energie des innerhalb einer Zeiteinheit
abgestrahlten Lichtes gesenkt, d. h. der Leistungsverlust wird gesenkt,
um einen Anstieg in der Temperatur der LD 1 zu verhindern
und die Lebensdauer der LD 1 zu verlängern.
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Wenn eine abnormal hohe Temperatur
für die
LD 1, d. h. eine Temperatur, welche höher ist als die hohe Temperatur
2 (80°C),
festgestellt wird, gibt die Steuerschaltung 7 das Signal
des hohen Potentials auf beide LD-Lichtabstrahlschaltungen 2 und 2A, so
dass die LD1 kein Licht mehr abstrahlt, und sendet einen Alarm an
die Steuereinheit. Die abnormal hohe Temperatur der LD 1 könnte vielleicht
daraus resultieren, dass sie zusätzlich
zu ihrer Eigenerwärmung
heißen
Luftströmen
ausgesetzt wurde. In solch einem Fall, trifft die Steuereinheit
eine Entscheidung, dass die Möglichkeit
besteht, dass ein Feuer ausgebrochen ist.
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7 ist
ein Flußdiagramm,
das den Betrieb des in 1 gezeigten
Sensors zur Feststellung feiner Partikel erklärt. In Schritt S1 werden
das ROM und dergleichen durch eine vorbestimmte Verarbeitung des
Mikroprozessors in der Steuerschaltung 7 initialisiert.
In Schritt S2 misst das temperatursensierende Element 3 die
Temperatur der LD 1 und speichert die gemessene Temperatur
im RAM1 in der Steuerschaltung 7.
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In Schritt S3 wird entschieden,
ob die gemessene, vom RAM1 ausgelesene Temperatur innerhalb eines
für die
LD 1 zum Abstrahlen von Licht geeigneten Temperaturbereichs
liegt oder nicht. Wenn die Antwort "NEIN" ist, geht das Programm
zu Schritt S4 über,
wo die abnormalen Temperaturdaten (hohe Temperatur) in das RAM2
in der Steuerschaltung 7 geschrieben werden. Die Steuerschaltung 7 gibt
das Signal des hohen Potentials auf die LD-Lichtabstrahlschaltung 2 oder 2A,
wie oben beschrieben, so dass die LD1 nicht länger Licht abstrahlt, und sendet
auch ein die abnormale Temperatur anzeigendes Alarmsignal an die
Steuereinheit.
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Jedoch wenn das Ergebnis der Entscheidung
in Schritt S3 "JA" ist, geht das Programm zu Schritt S5 über. Wie
oben beschrieben, ändert
sich die Menge des von der LD 1 abgestrahlten Lichtes in Abhängigkeit
von der Temperatur. Indem im ROM eine Umwandlungsdatentabelle von
Sensorausgaben über
der Menge an feinen Partikeln (Rauchkonzentration) entsprechend
dem abgestrahlten Licht und dadurch der Temperatur zur Verfügung steht,
ist die Steuerschaltung 7 in der Lage, die richtige Messung
vorzunehmen. 8 ist eine
Graphik, die eine derartige Datentabelle darstellt. 8 stellt den Zustand dar, wo die Sensorausgabeeigenschaften
für die
Menge an Rauch, d. h. für
die Menge an feinen Partikeln, variieren in Abhängigkeit der Temperatur, wie
der normalen Temperatur, der hohen Temperatur 1 und der hohen Temperatur
2. Durch Tabellieren dieser Beziehungen ist das ROM in der Lage,
die Menge an feinen Partikeln zu lernen, welchen die Sensorausgabe
bei einer vorgegebenen Temperatur entspricht. Dadurch kann, selbst
wenn die Menge an abgestrahlten Licht sich ändert, Rauch korrekt festgestellt
werden. In Schritt S5, wenn die gemessene Temperatur beispielsweise
eine normale Temperatur ist, wählt
die Steuerschaltung 7 die Datentabelle A aus.
Dann wird der linkeste Schalter im analogen Multiplexer in der in 2 gezeigten LD-Lichtabstrahlschaltung 2 geschlossen
durch ein aus der Datentabelle A geholtes Signal, um den
Widerstand R7 an die Schaltung anzuschließen. Ferner
werden in diesem Augenblick Widerstand, Konstantlicht-Abstrahlzeit
und Intervall zwischen den Lichtabstrahlungen in das RAM3 geschrieben.
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Wenn die gemessene Temperatur eine
hohe ist wie beispielsweise die hohe Temperatur 1 oder hohe Temperatur
2, wählt
die Steuerschaltung 7 die Datentabellen B oder C.
Der Schalter wird dann geschlossen durch ein aus der Datentabelle B oder C erhaltenes
Signal, und der Widerstand R8 oder R9 wird angeschlossen.
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Im Falle der in 5 gezeigten LD-Lichtabstrahlschaltung 2A gibt
die Steuerschaltung 7 Signale mit einem Intervall zwischen
den Lichtabstrahlungen entsprechend der gemessenen Temperatur über den
Anschluß CON1 an
die LD-Lichtabstrahlschaltung 2A ab und schreibt das Zeitintervall
zwischen den Lichtabstrahlungen in das RAM3.
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Dann strahlt in Schritt S6 die
LD 1 die vorbestimmte Menge an Licht ab, wie oben beschrieben.
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In Schritt S7 detektiert
die PD 4 zur Erzeugung einer Sensorausgabe Licht, das von
der LD1 abgestrahlt und durch feine Partikel, wie von einem Feuer
erzeugter Rauch oder in der Luft enthaltener Staub, gestreut wird.
Dann wird die Ausgabe der PD verarbeitet mit beispielsweise Spitzenhalten
oder Abtasthalten, wie notwendig für die PD-Lichtempfangsschaltung 5,
welche eine Sensorausgabe erzeugt. Diese Sensorausgabe wird durch
die A/D-Wandlerschaltung 6 in ein digitales Signal umgewandelt
und im RAM4 in der Steuerschaltung 7 gespeichert.
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In Schritt S8 wird die Sensorausgabe
(Spannung) in eine Menge an feinen Partikeln umgewandelt unter Verwendung
der im Schritt S5 ausgewählten Datentabelle, und das
Ergebnis wird in das RAM2 geschrieben.
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In Schritt S9 sendet die
Steuerschaltung 7 die in das RAM2 in Schritt S4 oder S8 geschriebenen Daten
an die Steuereinheit, wo über
den Ausbruch eines Feuers oder die Feststellung von feinen Partikeln entschieden
wird. Schließlich
kehrt in Schritt S10, nachdem eine vorgegebenen Zeitspanne
oder das in Schritt S5 in das RAM3 geschriebenen Zeitintervall zwischen
den Lichtabstrahlungen gewartet wurde, das Programm zu Schritt S2 zurück, um die
Feststellung feiner Partikel fortzusetzen. Nachdem die Zeit abgelaufen
ist und falls die Temperatur zu einer normalen Temperatur zurückgekehrt
ist, wird der Treiberstrom oder die Lichtabstrahlperiode durch die Steuerschaltung 7 in
den anfänglichen
Zustand zurückgesetzt.
Die Zeit zur Lichtabstrahlung kann verkürzt werden anstelle der Änderung
der Periode zur Lichtabstrahlung.
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist ein temperatursensierendes
Element 3 vorgesehen, und der Treiberstrom als die für die Lichtquelle
zu regelnde Größe sinkt,
wenn die Temperatur ansteigt. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird andererseits
der Treiberstrom für
die Lichtquelle geändert,
wenn die Empfindlichkeit sich ändert.
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Im Blockschaltbild von 1 ist in diesem Fall die
Steuerschaltung mit einem Mittel zum Schalten der Empfindlichkeit
des Sensors feiner-Partikel, wie einem Dipschalter
DP,
zusätzlich
zum temperatursensierenden Element 3. Dieser Schalter macht es
möglich,
die Empfindlichkeit in beispielsweise drei bis vier Stufen einzustellen.
Wenn die Empfindlichkeit geschaltet wird, gibt die Steuerschaltung 7 auf
die LD-Lichtabstrahlschaltung 2 ein Signal zur Änderung der
Menge an abgestrahltem Licht durch Ändern des auf die Lichtquelle
gegebenen Treiberstroms, um so die neue Empfindlichkeit zu erreichen.
In dem in 2 gezeigten
analogen Multiplexer MP sind der linkeste Schalter und
der mit diesem Schalter verbundene Widerstand R7, welche
den wenigsten Widerstand hat, zum Einstellen der hohen Empfindlichkeit vorgesehen.
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9 ist
eine Graphik, die eine im ROM in der Steuerschaltung 7 gespeicherte
Datentabelle zur Umwandlung der Sensorausgabe zeigt, wobei Va für ein Alarmniveau
steht. 9 stellt einen
Zustand dar, wo die Sensorausgabeeigenschaften für die Menge an Rauch, d. h.
für die
Menge an feinen Partikeln, sich ändert
in Abhängigkeit
der Menge an abgestrahltem Licht, d. h. in Abhängigkeit von A, B, C und D. Durch
Tabellieren dieser Beziehungen im ROM ist es möglich, zu wissen, welche Menge
an feinen Partikeln die Sensorausgabe zu jeder vorgegebenen Menge
an abgestrahltem Licht entspricht. Es ist daher möglich, Rauch
korrekt zu detektieren, selbst wenn die Menge an abgestrahltem Licht
sich ändert. Eine
Datentabelle A steht für
den Zustand, worin eine hohe Empfindlichkeit eingestellt wird durch
Anschließen
des Widerstandes R7 von 2 an
die LD-Lichtabstrahlschaltung 2,
und die Sensorausgabe erreicht ein Alarmniveau Va in dem Moment,
wenn die Konzentration feiner Partikel S1 erreicht. In
einer Datentabelle B, welche für den Zustand steht, worin
eine Zwischenempfindlichkeit eingestellt wird durch Anschließen des
Widerstandes R8, erreicht jedoch die Sensorausgabe nicht
das Alarmniveau Va, bevor die Konzentration feiner Partikel S2 erreicht. Ähnlich erreicht
in einer Datentabelle C, welche für den Zustand steht, worin
eine geringe Empfindlichkeit eingestellt wird durch Anschließen des
Widerstandes R9, die Sensorausgabe nicht das Alarmniveau
Va, bevor die Konzentration feiner Partikel S3 erreicht.
In einer Datentabelle D, welche für den Zustand steht, worin
eine sehr geringe Empfindlichkeit eingestellt wird durch Anschließen des
Widerstandes R10, erreicht die Sensorausgabe nicht das
Alarm niveau Va, selbst nachdem die Konzentration feiner Partikel S3 in
beträchtlichem
Maße überschritten
hat.
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In 9 werden
die Datentabellen A, B, C und D durch
gerade Linien wiedergegeben, welche nach rechts ansteigen. In der
Praxis jedoch, nachdem eine bestimmte Konzentration an feinen Partikeln
erreicht wurde (Sättigungsbereich),
steigt die Sensorausgabe nicht länger
an. Dadurch, da es bei einem hohen Wert der Empfindlichkeit bleibt,
ist es nicht länger
möglich,
korrekt sehr hohe Konzentrationen an feinen Artikeln zu messen.
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Wie aus den Datentabellen A bis D ersichtlich
ist, kann, wenn die Konzentration feiner Partikel die gleiche bleibt,
d. h. bei S1 bleibt, die Sensorausgabe oder die Menge des
von der LD 1 abgestrahlten Lichtes sinken mit einem Absinken
der Empfindlichkeit. Gemäß der vorliegenden
Erfindung gibt daher, wenn die Empfindlichkeit gering eingestellt
wird durch Betätigen
des Schalters zum Einstellen der Empfindlichkeit (d. h., wenn die
Datentabelle A in die Datentabelle B geändert wird),
die Steuerschaltung 7 ein Signal aus, um den Schalter auszuwählen und
zu schließen,
an welchen der Widerstand R8 mit einem Widerstand größer als
dem Widerstand R7 angeschlossen ist anstelle den Schalter
auszuwählen
und zu schließen,
an der Widerstand R7 angeschlossen ist. Dann wird, wie
im oben genannten Fall (Ausführungsbeispiel
1), der in die LD 1 fließende Treiberstrom verringert,
d. h. die Menge des von der LD 1 abgestrahlten Lichtes
sinkt, und daher wird weniger elektrische Energie von der LD 1 verbraucht,
und die Lebensdauer der LD 1 wird erhöht.
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Wenn die Empfindlichkeit weiter sinkt
(siehe Datentabellen C und D), wird der Widerstand R9 ausgewählt und
angeschlossen anstelle des Widerstandes R8, oder der Widerstand R10 wird
ausgewählt und
angeschlossen anstelle des Widerstandes R9, so dass der
Treiberstrom und die Menge an abgestrahltem Licht weiter sinken.
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In der in 2 gezeigten LD-Lichtabstrahlschaltung 2,
wird ein entsprechender Widerstand an die Schaltung angeschlossen
durch Schließen
eines Schalters unter Verwendung eines Signals von der Steuerschaltung 7.
Jedoch kann der entsprechende Widerstand an die Schaltung angeschlossen
werden durch Öffnen
eines Schalters. 10 stellt
ein Beispiel dieses Falles dar. Mit dieser LD-Lichtabstrahlschaltung 2B werden
die an die Widerstände R8 bis R10 angeschlossenen
Schalter nacheinander geöffnet
durch über
den Anschluß CON2 zugeführte Signale,
so wie die Empfindlichkeit sinkt. Wenn eine geringe Empfindliclkeit
ausgewählt
wird, besteht keine Notwendigkeit, den an den Widerstand R7 angeschlossenen
Schalter besonders zu schließen.
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In der LD-Lichtabstrahlschaltung 2 von 2 und in der LD-Lichtabstrahlschaltung 2B von 10 sinkt die Menge an abgestrahltem
Licht jedes mal, wenn die Empfindlichkeit auf die geringere Seite geschaltet
wird, wie oben beschrieben. In jedem Fall tritt in der Datentabelle A hoher
Empfindlichkeit eine Sättigung
auf zwischen der Konzentration S1 feiner Partikel und der
Konzentration S2 feiner Partikel. Durch Regelung mittels
der Steuerschaltung 7 wird so die Datentabelle umgeschaltet
auf die Datentabelle B, wenn S1 überschritten
wird, und auf die geringer empfindlichen Datentabellen C oder D,
wenn S2 oder S3 überschritten wird, wobei die
Datentabelle D erst gesättigt
wird nachdem S3 in beträchtlicher
Menge überschritten
wird. Dadurch wird am Ende der Effekt eines erweiterten dynamischen
Bereichs erreicht.
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11 ist
ein Flußdiagramm
zur Erklärung des
Betriebs des in 1 gezeigten
Sensors zur Feststellung feiner Partikel. In Schritt S1 werden
das ROM und dergleichen durch eine vorbestimmte Verarbeitung des
Mikroprozessors in der Steuerschaltung 7 initialisiert.
Dann wird in Schritt S2 das gegenwärtige Alarmniveau Va, d. h.
Empfindlichkeit oder Messung über
die volle Skala, gelesen und im RAM1 gespeichert.
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In Schritt S3 wird eine
Datentabelle zur Umwandlung der Sensorausgabe (Menge an abgestrahltem
Licht) in eine Konzentration feiner Partikel ausgewählt in Abhängigkeit
der aus dem RAM1 gelesenen Daten. Wenn beispielsweise eine hohe
Empfindlichkeit eingestellt wird, wird Datentabelle A ausgewählt, so
dass Licht in großen
Mengen von der LD 1 abgestrahlt wird. Wenn eine geringe
Empfindlichkeit eingestellt wird, wird Daten tabelle C ausgewählt, so
dass Licht in kleinen Mengen abgestrahlt wird, und die gegenwärtige Menge
an abgestrahltem Licht wird in RAM2 gespeichert.
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In Schritt S4 wird ein vorbestimmter
Widerstand mit dem Anschluß CON2 der
LD-Lichtabstrahlschaltung 2 oder 2A verbunden,
basierend auf einem Wert im RAM2 als Antwort auf ein von der Steuerschaltung 7 abgegebenes
Signal. Dann strahlt die LD 1 Licht in einer gegenwärtigen Menge
ab als Antwort auf ein auf den Anschluß CON1 gegebenes Signal.
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In Schritt S5 empfängt die
PD 4 zur Erzeugung einer Sensorausgabe Licht, das von der
LD1 abgestrahlt und durch feine Partikel, wie von einem Feuer erzeugter
Rauch oder in der Luft enthaltener Staub, gestreut wird. Dann wird
diese Ausgabe der PD verarbeitet mit beispielsweise Spitzenhalten
oder Abtasthalten, wie notwendig, durch die PD-Lichtempfangsschaltung 5,
welche die Sensorausgabe erzeugt. Die Sensorausgabe wird durch die
A/D-Wandlerschaltung 6 in ein digitales Signal umgewandelt und
im RAM3 gespeichert.
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In Schritt S6 werden die
Daten im RAM3 der Spannungs/Konzentrations-Umwandlung basierend auf
der in Schritt S3 ausgewählten Datentabelle und an das
RAM3 zurückgegeben.
In Schritt S7 sendet die Steuerschaltung 7 die
Daten von RAM3 an die Steuereinheit. Schließlich, nachdem in Schritt S8 auf einen
Datentabellenwert gewartet wurde, kehrt das Programm zu Schritt S4 zurück, um die
Feststellung feiner Partikel fortzusetzen. Die Wartezeit kann ausgelassen
werden, wenn sie nicht notwendig ist. Nach Schritt S8 ist
es also für
die Steuerschaltung 7 möglich
zu entscheiden, ob die Sensorausgabe einen Sättigungsbereich erreicht hat
oder nicht. Wenn der Sättigungsbereich
erreicht ist, kann die Empfindlichkeit um eine Stufe verringert
werden.
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Das Ausführungsbeispiel 2 erläutert den
Fall, worin die Empfindlichkeit zuerst auf eine hohe Empfindlichkeit
eingestellt wurde und schrittweise in Richtung der geringen Emp findlichkeit
bewegt wurde. Es ist jedoch auch möglich, zuerst eine geringe
Empfindlichkeit einzustellen und dann auf eine hohe Empfindlichkeit
zu schalten.
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Darüber hinaus macht es das Vorsehen
eines Lichtempfangselementes zur Überwachung der Menge des von
der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes möglich zu bestimmten, ob die
Empfindlichkeit des Sensors tatsächlich
geschaltet wird, wenn die Empfindlichkeit geschaltet wird. Herkömmlicherweise
ist es nicht möglich
gewesen, auf der Sensorseite zu bestimmen, ob die Empfindlichkeit
tatsächlich
geschaltet wurde oder nicht.
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Gemäß den vorstehend genannten
Ausführungsbeispielen
wird eine einzige LD verwendet, und der Treiberstrom sinkt, wenn
eine geringe Empfindlichkeit eingestellt wird, um die Menge an abgestrahltem
Licht zu verringern. Es ist jedoch auch möglich, eine Mehrzahl von Lichtquellen
zu benutzen und die Anzahl der Lichtquellen zur Lichtabstrahlung
zu begrenzen, wenn eine geringe Empfindlichkeit ausgewählt wird.
Statt konstant die Sensorausgabe an die Steuereinheit zu senden,
brauchen durch Versehen des Sensors zur Feststellung feiner Partikel
mit einer Entscheidungsschaltung die Ergebnisse der Entscheidung
nur gesendet werden wenn notwendig. Darüber hinaus können die
Sensorausgabe und das Ergebnis der Entscheidung als Antwort auf
ein Abrufsignal von der Steuereinheit gesendet werden. Ferner kann
im Ausführungsbeispiel
2 ein Schalter zur Einstellung der Empfindlichkeit auf der Seite
der Steuereinheit vorgesehen werden, und zusätzlich zu einer LD kann die
Lichtquelle eine LED, eine Xenonlampe etc. sein.