DE20121829U1 - Optical sensor, especially light detector or light barrier, has at least supply voltage for receiver provided by electrically isolated power supply unit with battery, accumulator or solar cells - Google Patents
Optical sensor, especially light detector or light barrier, has at least supply voltage for receiver provided by electrically isolated power supply unit with battery, accumulator or solar cellsInfo
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Abstract
Description
GAO142900GAO142900
Leuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck, DELeuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck, DE
Optischer SensorOptical sensor
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical sensor according to the preamble of claim 1.
Derartige optische Sensoren können insbesondere als Lichttaster oder Lichtschranken ausgebildet sein. Bei Lichttastern sind der Sender und der Empfanger zusammen mit der Auswerteeinheit in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Bei einer Lichtschranke befinden sich der Sender einerseits und der Empfanger mit der Auswerteeinheit andererseits in getrennten Gehäusen.Such optical sensors can be designed in particular as light sensors or light barriers. In light sensors, the transmitter and receiver are housed together with the evaluation unit in a common housing. In a light barrier, the transmitter on the one hand and the receiver with the evaluation unit on the other hand are in separate housings.
Die Energieversorgung derartiger optischer Sensoren erfolgt über externe Energiequellen, wobei die dort generierte Versorgungsspannung über Kabelan-Schlüsse den in den Gehäusen integrierten Sensorkomponenten zugeführt wird.Such optical sensors are powered by external energy sources, with the supply voltage generated there being fed to the sensor components integrated in the housings via cable connections.
Der dadurch bedingte Verkabelungsaufwand stellt einen erheblichen Kostenfaktor bei dem Einsatz derartiger optischer Sensoren in industriellen Umgebungen dar. Weiterhin ist nachteilig, dass der Zeitaufwand für die Installation der optischen Sensoren durch die notwendige Verkabelung unerwünscht hoch ist. Zudem sind die Einbaumöglichkeiten der optischen Sensoren insbesondere bei beengten Platzverhältnisse durch die Verkabelung oft begrenzt.The resulting cabling effort represents a significant cost factor when using such optical sensors in industrial environments. Another disadvantage is that the time required to install the optical sensors is undesirably high due to the necessary cabling. In addition, the installation options for the optical sensors are often limited by the cabling, especially in confined spaces.
Diese Nachteile treten insbesondere bei als Lichtschranken ausgebildeten optischen Sensoren auf, da diese in zwei Gehäusen angeordneten Sensorkomponenten aufweisen, welche über separate Verkabelungen einzeln mit der Versorgungsspannung versorgt werden.These disadvantages occur particularly in the case of optical sensors designed as light barriers, since these have sensor components arranged in two housings, which are individually supplied with the supply voltage via separate cabling.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Sensor der eingangs genannten Art so auszubilden, dass dieser mit möglichst geringem Montageaufwand flexibel einsetzbar ist.The invention is based on the object of designing a sensor of the type mentioned above in such a way that it can be used flexibly with as little installation effort as possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.
Der erfindungsgemäße optische Sensor weist wenigstens einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und eine Auswerteeinheit zur Auswertung von im Empfänger generierten Empfangssignalen auf. Wenigstens die Versorgungsspannung des Empfängers ist über eine galvanisch getrennte Energieversorgungseinheit bereitgestellt. The optical sensor according to the invention has at least one transmitter that emits transmitted light beams, a receiver that receives received light beams and an evaluation unit for evaluating received signals generated in the receiver. At least the supply voltage of the receiver is provided via a galvanically isolated energy supply unit.
Durch die galvanisch-getrennte-Energieversorgung des optischen Sensors wirdder Verkabelungsaufwand zu dessen Installation erheblich reduziert.The galvanically isolated power supply of the optical sensor significantly reduces the wiring effort required for its installation.
Der optische Sensor kann als Lichttaster ausgebildet sein, wobei in diesem Fall sämtliche Sensorkomponenten über die Energieversorgungseinheit versorgt werden.The optical sensor can be designed as a light sensor, in which case all sensor components are supplied via the power supply unit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der optische Sensor als Lichtschranke ausgebildet. In diesem Fall werden der Empfänger und die mit diesem in einem Gehäuse integrierten Sensorkomponenten über die Energieversorgungseinheit mit der notwendigen Versorgungsspannung gespeist. Diese Einheit bildet eine galvanisch getrennte, autarke Einheit. Dabei werden vorzugsweise über Funksignale die empfangsseitig registrierten Empfangssignale an die sendeseitige Einheit des optischen Sensors zurückübertragen, so dass dort die Generierung und Ausgabe eines Objektfeststellungssignales erfolgen kann.In a further advantageous embodiment, the optical sensor is designed as a light barrier. In this case, the receiver and the sensor components integrated with it in a housing are supplied with the necessary supply voltage via the power supply unit. This unit forms a galvanically isolated, self-sufficient unit. The reception signals registered on the receiving side are preferably transmitted back to the transmitting side unit of the optical sensor via radio signals, so that an object detection signal can be generated and output there.
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Zur Erzeugung der notwendigen Energie weist die Energieversorgungseinheit vorzugsweise mehrere Solarzellenelemente auf, mittels derer optische Energie in elektrische Energie gewandelt wird. Dabei können besonders vorteilhaft der oder mehrere Empfänger selbst von Solarzellenelementen gebildet sein, so dass auch auf den Empfänger auftreffendes Licht, insbesondere auch die auf den oder die Empfänger auftreffenden Empfangslichtstrahlen zur Energiegewinnung ausgenutzt werden. Weiterhin können weitere Solarzellenelemente im jeweiligen Gehäuse des optischen Sensors so integriert sein, dass mit diesem Umgebungslicht gesammelt wird, um die für die Versorgungsspannung notwendige elektrische Energie zu gewinnen.To generate the necessary energy, the energy supply unit preferably has several solar cell elements, by means of which optical energy is converted into electrical energy. In this case, the receiver or several receivers themselves can be particularly advantageously formed from solar cell elements, so that light striking the receiver, in particular the received light rays striking the receiver or receivers, are used to generate energy. Furthermore, further solar cell elements can be integrated in the respective housing of the optical sensor in such a way that ambient light is collected with it in order to generate the electrical energy required for the supply voltage.
Durch die autarke Energieversorgung des oder der Empfanger kann das Gehäuse, in welchem dieser oder diese angeordnet sind, ohne Verkabelungsaufwand auch bei beengten Platzverhältnissen einfach und flexibel montiert werden.Due to the self-sufficient power supply of the receiver(s), the housing in which it(s) is(are) arranged can be easily and flexibly mounted without any cabling effort, even in confined spaces.
Für den Fall, dass der oder die Empfanger als Solarzellenelemente ausgebildet sind, kann die Empfangeranordnung in dem jeweiligen Gehäuse einen flachen großflächigen Aufbau aufweisen. Das führt vorteilhaft zu geringen Einbautiefen. Weiterhin können derartige Einheiten einfach und nahezu ohne Justageaufwand montiert werden, da in diesem Fall die Ausrichtung der Sendelichtstrahlen auf den oder die Empfänger äußerst einfach ist.If the receiver(s) are designed as solar cell elements, the receiver arrangement in the respective housing can have a flat, large-area structure. This advantageously leads to low installation depths. Furthermore, such units can be installed easily and with almost no adjustment effort, since in this case the alignment of the transmitted light beams to the receiver(s) is extremely simple.
Besonders vorteilhaft weist der optische Sensor empfangsseitig eine Mehrfachanordnung von Empfangern und/oder Solarzellenelementen auf, um die erforderlich Mindesteingangsspannung für den Schaltregler bereitzustellen. Durch eine geeignete Empfangsoptik kann die auf die Empfänger beziehungsweise die Solarzellenelemente geführte Lichtmenge weiter gesteigert werden.It is particularly advantageous if the optical sensor has a multiple arrangement of receivers and/or solar cell elements on the receiving side in order to provide the required minimum input voltage for the switching regulator. The amount of light directed to the receivers or the solar cell elements can be further increased by suitable receiving optics.
Die Energieversorgungseinheit weist vorzugsweise einen oder mehrere Schaltregler auf. Der oder die Schaltregler dienen dazu, die geringen Ausgangsspannungen der Empfänger oder Solarzellenelemente in die Versorgungsspannung umzusetzen^ die typischerweise zwischen, 3 V, und 5 y h'egt. Die Energiever-The power supply unit preferably has one or more switching regulators. The switching regulator(s) serve to convert the low output voltages of the receivers or solar cell elements into the supply voltage, which is typically between 3 V and 5 V. The power supply
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sorgungseinheit weist zudem einen geeigneten Energiespeicher zur Speicherung der optisch erzeugten Energie auf.The supply unit also has a suitable energy storage device for storing the optically generated energy.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings.
Figur 1: Erstes Ausführungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten für einen als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensor.Figure 1: First embodiment of the optical sensor components for an optical sensor designed as a light barrier.
Figur 2: Zweites Ausführungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten für einen als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensor.Figure 2: Second embodiment of the optical sensor components for an optical sensor designed as a light barrier.
Figur 3: Blockschaltbild eines als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensors.Figure 3: Block diagram of an optical sensor designed as a light barrier.
Figur 4: Signalverläufe zur empfangsseitigen Signalauswertung bei dem optischen Sensor nach Figur 3.Figure 4: Signal curves for the receiving-side signal evaluation of the optical sensor according to Figure 3.
Figur 5: Signal verlaufe zur Objekterfassung mittels des optischen Sensors nach Figur 3.Figure 5: Signal path for object detection using the optical sensor according to Figure 3.
Figur 6: Drittes Ausführungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten für einen als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensor.Figure 6: Third embodiment of the optical sensor components for an optical sensor designed as a light barrier.
Figur 7: Viertes Ausführungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten für einen als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensor,
a) Längsschnitt durch die Gesamtanordnung.
b) Draufsicht auf die Empfängeranordnung.Figure 7: Fourth embodiment of the optical sensor components for an optical sensor designed as a light barrier,
a) Longitudinal section through the overall arrangement.
b) Top view of the receiver arrangement.
c) Längsschnitt durch die Empfängeranordnung.c) Longitudinal section through the receiver arrangement.
Figur 8: Ausfuhrungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten für einen als Lichttaster ausgebildeten optischen Sensor.Figure 8: Example of the optical sensor components for an optical sensor designed as a light sensor.
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Figur 9: Ausführungsbeispiel eines als Lichtschrankenanordnung ausgebildeten optischen Sensors.Figure 9: Embodiment of an optical sensor designed as a light barrier arrangement.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten eines als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensors 1. Der optische Sensor 1 weist einen Sendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 auf. Zudem ist ein Empfänger 4 vorgesehen, auf welchen die Sendelichtstrahlen 2 bei freiem Strahlengang der Lichtschranke auftreffen. Der Sender 3 und der Empfänger 4 sind in getrennten Gehäusen 5, 6 in Abstand zueinander angeordnet. Der Bereich zwischen den Gehäusen 5, 6 bildet einen Überwachungsbereich, in welchem eine Objektdetektion erfolgt. Bei einem Objekteingriff in den Überwachungsbereich erfolgt zumindest eine teilweise Unterbrechung des Strahlengangs der Sendelichtstrahlen 2, wodurch im optischen Sensor 1 ein Objektfeststellungssignal generiert wird.Figure 1 shows a first embodiment of the optical sensor components of an optical sensor 1 designed as a light barrier. The optical sensor 1 has a transmitter 3 emitting transmitted light beams 2. In addition, a receiver 4 is provided, onto which the transmitted light beams 2 impinge when the light barrier's beam path is clear. The transmitter 3 and the receiver 4 are arranged at a distance from one another in separate housings 5, 6. The area between the housings 5, 6 forms a monitoring area in which object detection takes place. If an object enters the monitoring area, the beam path of the transmitted light beams 2 is at least partially interrupted, whereby an object detection signal is generated in the optical sensor 1.
Zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 2 ist dem Sender 3 eine Sendeoptik 7 vorgeordnet. Der Sender 3 ist von einer Leuchtdiode gebildet. Die Sendeoptik 7 besteht aus einer Linse.To shape the transmitted light beams 2, a transmitting optics 7 is arranged in front of the transmitter 3. The transmitter 3 is formed by a light-emitting diode. The transmitting optics 7 consists of a lens.
Der Empfanger 4 ist hinter einem Frontfenster 8 in der Frontwand des Gehäuses 6 angeordnet. Der Empfänger 4 besteht im vorliegenden Fall aus einem Solarzellenelement 9, welches zugleich Bestandteil einer Energieversorgungseinheit ist, mittels derer die Versorgungsspannung für die empfangsseitigen Sensorkomponenten generiert wird.The receiver 4 is arranged behind a front window 8 in the front wall of the housing 6. In the present case, the receiver 4 consists of a solar cell element 9, which is also part of a power supply unit by means of which the supply voltage for the sensor components on the receiving side is generated.
Zur Energieversorgung sind zudem zwei weitere Solarzellenelemente 9 vorgesehen. Sämtliche Solarzellenelemente 9 liegen hinter dem Frontfenster 8 des Gehäuses 6. Dabei sind wie in Figur 1 dargestellt die Gehäuse 5, 6 so justiert, dass nur auf das den Empfänger 4 bildende Solarzellenelement 9 die Sendelichtstrahlen 2 treffen. Vorhandenes Umgebungslicht 10, insbesondere Tageslicht, trifft dagegen auf sämtliche Solarzellenelemente 9.Two additional solar cell elements 9 are also provided for energy supply. All solar cell elements 9 are located behind the front window 8 of the housing 6. As shown in Figure 1, the housings 5, 6 are adjusted so that the transmitted light beams 2 only hit the solar cell element 9 forming the receiver 4. Existing ambient light 10, in particular daylight, hits all solar cell elements 9.
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Die im ersten Gehäuse 5 integrierten sendeseitigen Sensorkomponenten werden über einen Kabelanschluss durch eine externe Energieversorgung mit der notwendigen Versorgungsspannung gespeist. Dagegen weisen die im zweiten Gehäuse 6 integrierten empfangsseitigen Sensorkomponenten durch die Energie-Versorgungseinheit eine autarke, galvanisch getrennte Energieversorgung auf, so dass auf das zweite Gehäuse 6 kein Kabelanschluss geführt werden muss. Das zweite Gehäuse 6 weist eine flache großflächige Bauform auf und kann beispielsweise mittels doppelseitigen Klebebändern oder dergleichen einfach auf einer Unterlage montiert werden.The sensor components on the transmitting side integrated in the first housing 5 are fed with the necessary supply voltage via a cable connection through an external power supply. In contrast, the sensor components on the receiving side integrated in the second housing 6 have a self-sufficient, galvanically isolated power supply through the power supply unit, so that no cable connection has to be made to the second housing 6. The second housing 6 has a flat, large-area design and can be easily mounted on a base, for example using double-sided adhesive tape or the like.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten eines als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensors 1. Die sendeseitigen Sensorkomponenten sind identisch zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ausgebildet und befinden sich in einem ersten Gehäuse 5.Figure 2 shows a second embodiment of the optical sensor components of an optical sensor 1 designed as a light barrier. The sensor components on the transmitting side are identical to the embodiment according to Figure 1 and are located in a first housing 5.
Der Empfänger 4 befindet sich analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in einem zweiten Gehäuse 6. Im Unterschied zu dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1 besteht der Empfänger 4 im vorliegenden Fall aus einer Fotodiode. Hinter dem Frontfenster 8 des zweiten Gehäuses 6 ist eine Empfangsoptik 11 angeordnet, welche die Sendelichtstrahlen 2 auf den Empfänger 4 fokussiert. Die Empfangsoptik 11 ist von einer großflächigen Linse gebildet. Seitlich hinter der Empfangsoptik 11 befinden sich zwei Solarzellenelemente 9, die wiederum Bestandteil der Energieversorgungseinheit sind. Die Anordnung der Solarzellenelemente 9 ist so gewählt, dass ein möglichst großer Teil des Umgebungslichtes 10 auf die Solarzellenelemente 9 geführt wird.The receiver 4 is located in a second housing 6, analogous to the embodiment according to Figure 1. In contrast to the embodiment according to Figure 1, the receiver 4 in the present case consists of a photodiode. A receiving optics 11 is arranged behind the front window 8 of the second housing 6, which focuses the transmitted light beams 2 onto the receiver 4. The receiving optics 11 is formed by a large-area lens. Laterally behind the receiving optics 11 are two solar cell elements 9, which in turn are part of the energy supply unit. The arrangement of the solar cell elements 9 is selected so that as large a proportion of the ambient light 10 as possible is guided onto the solar cell elements 9.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines optischen Sensors 1 gemäß den Figuren 1 oder 2.Figure 3 shows a block diagram of an optical sensor 1 according to Figures 1 or 2.
Die im empfangsseitigen, zweiten Gehäuse 6 integrierten Solarzellenelemente 9 und der Empfänger 4 sind an einen Wandler 12 angeschlossen. Der WandlerThe solar cell elements 9 integrated in the second housing 6 on the receiving side and the receiver 4 are connected to a converter 12. The converter
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12 ist an einen Energiespeicher 13 und an eine Auswerteeinheit 14 angeschlossen. 12 is connected to an energy storage unit 13 and to an evaluation unit 14.
Der Wandler 12 und der Energiespeicher 13 sind Bestandteil der Energieversorgungseinheit und bilden einen Schaltregler zur Generierung der Versorgungsspannung fur die empfangsseitigen Sensorkomponenten. Der Energiespeicher 13 ist von einem Kondensator oder einem Akkumulator gebildet. Die Auswerteeinheit 14 besteht aus einem Mikroprozessor oder dergleichen.The converter 12 and the energy storage device 13 are part of the energy supply unit and form a switching regulator for generating the supply voltage for the sensor components on the receiving side. The energy storage device 13 is formed by a capacitor or an accumulator. The evaluation unit 14 consists of a microprocessor or the like.
An die Auswerteeinheit 14 ist zudem ein als Funksender ausgebildeter Rücksender 15 angeschlossen. Mittels des Rücksenders 15 werden Funksignale 16 auf einen im sendeseitigen Gehäuse 5 integrierten Rückempfänger 17 gesendet, welcher als Funkempfänger ausgebildet ist. Alternativ können vom Rücksender 15 auch optische Signale auf den Rückempfänger 17 übertragen werden.A return transmitter 15 designed as a radio transmitter is also connected to the evaluation unit 14. By means of the return transmitter 15, radio signals 16 are sent to a return receiver 17 integrated in the transmitter-side housing 5, which is designed as a radio receiver. Alternatively, optical signals can also be transmitted from the return transmitter 15 to the return receiver 17.
Der Sender 3 und der Rückempfänger 17 sind an eine zweite, im sendeseitigen Gehäuse 5 integrierte Auswerteeinheit 18 angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. An diese Auswerteeinheit 18 ist ein Schaltausgang 19 angeschlossen, über welchen das Objektfeststellungssignal ausgebbar ist.The transmitter 3 and the return receiver 17 are connected to a second evaluation unit 18 which is integrated in the transmitter-side housing 5 and is formed by a microprocessor or the like. A switching output 19 is connected to this evaluation unit 18, via which the object detection signal can be output.
Die Funktionsweise des optischen Sensors 1 wird im Folgenden anhand der Figuren 4 und 5 erläutert. Der Sender 3 sendet wie in Figur 4 dargestellt mit einem vorgegebenen Sendetakt als Sendelichtimpulse ausgebildete Sendelichtstrahlen 2 in Richtung des Empfängers 4.The functionality of the optical sensor 1 is explained below using Figures 4 and 5. As shown in Figure 4, the transmitter 3 sends transmitted light beams 2 in the form of transmitted light pulses in the direction of the receiver 4 at a predetermined transmission rate.
Die optische Energie des auf die Solarzellenelemente 9 auftreffenden Umgebungslichts 10 und der auf den Empfänger 4 auftreffenden Sendelichtstrahlen 2 wird in der Energieversorgungseinheit zur Generierung der Versorgungsspannung verwendet. Um möglichst viel Licht am Empfänger 4 zu erhalten, ist der Sender 3 mit einer Modulationsfrequenz von 100 Hz bis 10 kHz moduliert, wobei die Sendepausen wie in Figur 4 dargestellt möglichst kurz gewählt sind.The optical energy of the ambient light 10 striking the solar cell elements 9 and the transmitted light beams 2 striking the receiver 4 is used in the energy supply unit to generate the supply voltage. In order to receive as much light as possible at the receiver 4, the transmitter 3 is modulated with a modulation frequency of 100 Hz to 10 kHz, with the transmission pauses being chosen to be as short as possible, as shown in Figure 4.
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Der Schaltregler weist zur Generierung der Versorgungsspannung aus den erheblich kleineren Ausgangsspannungen an den Ausgängen des Empfangers 4 und der Solarzellenelemente 9, welche die Eingangsspannung Ue des Schaltreglers bilden, eine Induktivität mit etwa 100 &mgr;&EEgr; bis 10 mH auf. Diese Induktivität wird mittels eines im Schaltregler vorhandenen Schalters aufgeladen und über eine Diode zum Energiespeicher 13 hin entladen. Die am Ausgang des Schaltreglers erhaltene Ausgangsspannung Ua, die zur Aufladung des Energiespeichers 13 dient, ist größer als die Eingangsspannung Ue. Figur 4 zeigt die zum Aufladen des Energiespeichers 13 dienenden pulsförmigen Spannungen U3.The switching regulator has an inductance of approximately 100 μΩ to 10 mH to generate the supply voltage from the considerably smaller output voltages at the outputs of the receiver 4 and the solar cell elements 9, which form the input voltage U e of the switching regulator. This inductance is charged by means of a switch in the switching regulator and discharged via a diode to the energy storage device 13. The output voltage U a obtained at the output of the switching regulator, which is used to charge the energy storage device 13, is greater than the input voltage U e . Figure 4 shows the pulse-shaped voltages U 3 used to charge the energy storage device 13.
Der Schaltregler dient nicht zur Generierung der Versorgungsspannung, sondern auch zur Signalauswertung. Durch eine Bandpassfilterung aus den Eingangssignalen Ue oder den internen Signalen des Schaltreglers erfolgt eine Sendetaktrückgewinnung, wie aus Figur 4 ersichtlich ist. Der so rückgewonnene, den Sendelichtstrahlen 2 entsprechende Sendetakt wird der Auswerteeinheit 14 als Empfangssignal zugeführt. Anhand dieses Sendetakts erfolgt die Objekterkennung in der Auswerteeinheit 14. Das unterste Diagramm in Figur 4 zeigt das Empfangssignal. Die Signalpulse der Länge t2, zwischen welchen Pausen der Länge ti liegen, entsprechen den Folgen der Sendelichtimpulse.The switching regulator is not only used to generate the supply voltage, but also to evaluate the signal. A transmission clock is recovered by bandpass filtering from the input signals U e or the internal signals of the switching regulator, as can be seen in Figure 4. The transmission clock recovered in this way, which corresponds to the transmitted light beams 2, is fed to the evaluation unit 14 as a reception signal. The object is recognized in the evaluation unit 14 using this transmission clock. The bottom diagram in Figure 4 shows the reception signal. The signal pulses of length t2, between which there are pauses of length ti, correspond to the sequences of the transmitted light pulses.
Aus diesem Eingangssignal wird in der Auswerteeinheit 14 ein binäres Objektfeststellungssignal abgeleitet. Dieses Objektfeststellungssignal nimmt bei freiem Strahlengang den Schaltzustand 0 und bei einem Objekteingriff den Schaltzustand 1 ein, wie aus dem obersten Diagramm in Figur 5 ersichtlich ist. Bei freiem Strahlengang treffen die Sendelichtstrahlen 2 ungehindert auf den Empfänger 4, so dass in diesem Fall aus dem Empfangssignal der Sendetakt der Sendelichtimpulse wieder erhalten wird. Bei einem Objekteingriff wird der Strahlengang der Lichtschranke dagegen unterbrochen, so dass dann im Empfangssignal der Sendetakt der Sendelichtstrahlen 2 nicht mehr enthalten ist.A binary object detection signal is derived from this input signal in the evaluation unit 14. This object detection signal assumes the switching state 0 when the beam path is free and the switching state 1 when an object is intruded, as can be seen in the top diagram in Figure 5. When the beam path is free, the transmitted light beams 2 hit the receiver 4 unhindered, so that in this case the transmission clock of the transmitted light pulses is obtained again from the received signal. When an object is intruded, however, the beam path of the light barrier is interrupted, so that the transmission clock of the transmitted light beams 2 is no longer included in the received signal.
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Das zweite Diagramm zeigt die vom Rücksender 15 emittierten Funksignale 16. Die Funksignale 16 sind von einer Folge von Burstsignalen gebildet. Die Burstsignale bestehen aus Folgen von Pulssignalen. Die Pulssignale weisen jeweils eine Dauer Ät auf, auf welche eine Sendepause der Länge t3 folgt. Je nachdem ob ein freier Strahlengang oder ein Objekteingriff vorliegt, weisen die Pulssignale eine unterschiedliche Kodierung auf. Durch Übertragen der Kodierung auf den Rückempfänger 17 wird der Status des Objektfeststellungssignals auf den Rückempfänger 17 übertragen. In der sendeseitigen Auswerteeinheit 18 wird aus diesen Pulssignalen wieder das Objektfeststellungssignal zurückgewonnen und über den Schaltausgang 19 ausgegeben (unterstes Diagramm in Figur 5).The second diagram shows the radio signals 16 emitted by the return transmitter 15. The radio signals 16 are formed by a sequence of burst signals. The burst signals consist of sequences of pulse signals. The pulse signals each have a duration Δt, followed by a transmission pause of length t3. Depending on whether there is a clear beam path or an object is in contact, the pulse signals have a different coding. By transmitting the coding to the return receiver 17, the status of the object detection signal is transmitted to the return receiver 17. In the transmitter-side evaluation unit 18, the object detection signal is recovered from these pulse signals and output via the switching output 19 (bottom diagram in Figure 5).
Bei freiem Strahlengang werden Pulsfolgen periodisch vom Rücksender 15 auf den Rückempfänger 17 übertragen, wobei auf jede Pulsfolge eine Sendepause der Länge t3 folgt. Bei einem Objekteingriff erfolgt unmittelbar eine Aussendung einer Pulsfolge mit der dem Objekteingriff, also vor Ablauf der laufenden Sendepause. Um die Belastung des Energiespeichers 13 der Energieversorgungseinheit zu begrenzen, wird die nächste Pulsfolge während des Objekteingriffs frühestens nach Ablauf der laufenden und einer weiteren Sendepause der Länge t3 (Figur 5) gesendet.When the beam path is clear, pulse sequences are transmitted periodically from the return transmitter 15 to the return receiver 17, with each pulse sequence being followed by a transmission pause of length t3. When an object is engaged, a pulse sequence is transmitted immediately with the same duration as the object, i.e. before the current transmission pause has expired. In order to limit the load on the energy storage device 13 of the energy supply unit, the next pulse sequence during the object engagement is transmitted at the earliest after the current and another transmission pause of length t3 have expired (Figure 5).
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der optischen Sensorkomponenten eines als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensors 1. Der Sender 3 und der Empfänger 4 sind analog zu den Beispielen gemäß den Figuren 1 und 2 in separaten kugelförmigen Gehäusen 5, 6 integriert. Die dem Sender 3 vorgeordnete Sendeoptik 7 ist in der Gehäusewand integriert. In der Gehäusewand des sendeseitigen Gehäuses 5 ist zudem ein Stecker 20 für den Anschluss eines Kabels vorgesehen, mittels dessen die Versorgungsspannung eingespeist wird.Figure 6 shows a further embodiment of the optical sensor components of an optical sensor 1 designed as a light barrier. The transmitter 3 and the receiver 4 are integrated in separate spherical housings 5, 6, analogous to the examples according to Figures 1 and 2. The transmitting optics 7 arranged upstream of the transmitter 3 are integrated in the housing wall. In addition, a plug 20 is provided in the housing wall of the transmitting-side housing 5 for connecting a cable, by means of which the supply voltage is fed in.
Auch die Empfangsoptik 11 ist in der Gehäusewand des zweiten Gehäuses 6 integriert. In diesem Gehäuse 6 sind zwei als Fotodioden ausgebildete Empfän-The receiving optics 11 are also integrated in the housing wall of the second housing 6. In this housing 6, two receivers designed as photodiodes are
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ger 4 angeordnet. Zwischen der Empfangsoptik 11 und den Empfangern 4 liegt ein beidseitig verspiegelter Spiegel 21, mittels dessen die Sendelichtstrahlen 2 auf die Empfanger 4 aufgeteilt sind.ger 4. Between the receiving optics 11 and the receivers 4 there is a mirror 21 which is mirrored on both sides and by means of which the transmitted light beams 2 are divided between the receivers 4.
Die Auswertung und Energiegewinnung erfolgt analog zu dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 3, wobei in diesem Fall nur die Empfanger 4 jedoch keine Solarzellenelemente 9 zur optischen Energiegewinnung dienen. Die Empfänger 4 sind dabei in einer Reihenschaltung an den Schaltregler angeschlossen.The evaluation and energy generation is carried out analogously to the exemplary embodiment according to Figure 3, whereby in this case only the receivers 4 and no solar cell elements 9 are used for optical energy generation. The receivers 4 are connected in series to the switching regulator.
Die Figuren 7a - c zeigen ein weiteres vorteilhaftes Ausfuhrungsbeispiel eines als Lichtschranke ausgebildeten optischen Sensors 1. Der Aufbau dieses optisehen Sensors 1 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des optischen Sensors 1 gemäß Figur 6. Im Unterschied hierzu weist der empfangsseitige Teil des optischen Sensors 1 eine flächige Mehrfachanordnung von als Fotodioden ausgebildeten Empfangern 4 auf. Die Ausgangsspannungen dieser Empfanger 4 werden wieder zur Gewinnung der Versorgungsspannung analog zu der Ausfuhrungsform gemäß Figur 3 verwendet.Figures 7a - c show a further advantageous embodiment of an optical sensor 1 designed as a light barrier. The structure of this optical sensor 1 essentially corresponds to the structure of the optical sensor 1 according to Figure 6. In contrast to this, the receiving-side part of the optical sensor 1 has a planar multiple arrangement of receivers 4 designed as photodiodes. The output voltages of these receivers 4 are again used to obtain the supply voltage analogously to the embodiment according to Figure 3.
Um möglichst viel Empfangslicht auf die Empfänger 4 zu leiten, ist diesen anstelle einer Linse eine wabenförmige Fokussierplatte 22 mit einer Mehrfachanordnung von Empfangsoptiken 11 bildenden Linsenelementen vorgeordnet. Die Fokussierplatte 22 sorgt für eine vollständige Fokussierung der Sendelichtstrahlen 2 auf die Empfanger 4 und zudem für eine effiziente Unterdrückung von schräg einfallendem Fremdlicht.In order to direct as much received light as possible to the receivers 4, a honeycomb-shaped focusing plate 22 with a multiple arrangement of lens elements forming receiving optics 11 is arranged in front of the receivers instead of a lens. The focusing plate 22 ensures complete focusing of the transmitted light beams 2 on the receivers 4 and also efficient suppression of obliquely incident extraneous light.
Die Empfänger 4 sind in Gruppen zusammen geschaltet und als solche an den Schaltregler angeschlossen. Dabei bilden jeweils in Figur 7b vier mit a, b, c, d bezeichnete Empfanger 4 eine derartige Gruppe.The receivers 4 are connected together in groups and as such are connected to the switching regulator. In Figure 7b, four receivers 4 designated a, b, c, d form such a group.
Figur 8 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel eines als Lichttaster ausgebildeten optischen Sensors 1. Der Sender 3 mit der vorgeordneten Sendeoptik 7 und der Empfanger 4 mit der zugeordneten Empfangsoptik 11 sind in einem gemein-Figure 8 shows an embodiment of an optical sensor 1 designed as a light sensor. The transmitter 3 with the upstream transmitting optics 7 and the receiver 4 with the associated receiving optics 11 are in a common
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samen Gehäuse 5 angeordnet. Die durch das Frontfenster 8 geführten Sendelichtstrahlen 2 treffen auf ein Objekt 23 im Überwachungsbereich und werden an diesem als Empfangslichtstrahlen 24 zurück zum Empfanger 4 reflektiert, welcher im vorliegenden Fall von einer Fotodiode gebildet ist. Analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind seitlich zum Empfänger 4 Solarzellenelemente 9 angeordnet, aufweiche das Umgebungslicht 10 geführt ist. Die auf den Empfänger 4 und das Solarzellenelement 9 auftreffenden Lichtmengen werden wieder zur Erzeugung der Versorgungsspannung verwendet. Da im vorliegenden Fall sämtliche Sensorkomponenten des optischen Sensors 1 über die autarke Energieversorgung versorgt werden, weist diese zweckmäßigerweise neben der Energieversorgungseinheit mit dem Schaltregler als zusätzliche Energiequelle eine nicht dargestellte Batterie oder einen Akkumulator auf.same housing 5. The transmitted light beams 2 guided through the front window 8 strike an object 23 in the monitoring area and are reflected therefrom as received light beams 24 back to the receiver 4, which in the present case is formed by a photodiode. Analogous to the embodiment according to Figure 2, solar cell elements 9 are arranged to the side of the receiver 4, onto which the ambient light 10 is guided. The amounts of light striking the receiver 4 and the solar cell element 9 are used again to generate the supply voltage. Since in the present case all sensor components of the optical sensor 1 are supplied via the self-sufficient energy supply, this expediently has a battery or accumulator (not shown) as an additional energy source in addition to the energy supply unit with the switching regulator.
Figur 9 zeigt eine Lichtschrankenanordnung, welche eine Abwandlung des optischen Sensors 1 gemäß Figur 3 darstellt. Die Lichtschrankenanordnung besteht aus zwei identisch ausgebildeten Lichtschranken, bei welchen analog zu dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 3 der Sender 3 im ersten Gehäuse 5 und der Empfänger 4 mit dem zugeordneten Rücksender 15 im zweiten Gehäuse 6 angeordnet ist. Im Unterschied zu dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 3 sind in den ersten Gehäusen 5 der Lichtschranken keine Rückempfanger 17 angeordnet. Vielmehr ist ein zentraler Rückempfänger 17 mit der zugeordneten Auswerteeinheit 18 und dem Schaltausgang 19 in einem dritten Gehäuse 25 räumlich getrennt von den beiden Lichtschranken angeordnet. Die Rücksender 15 melden ihre Funksignale 16 an den Rückempfänger 17 analog zum Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 3. In der zugeordneten Auswerteeinheit 18 wird daraus ein Objektfeststellungssignal generiert und über den Schaltausgang 19 ausgegeben. Eine Meldung eines Objekts 23, das heißt ein Schaltzustand 1 am Schaltausgang 19 erfolgt vorzugsweise dann, wenn bei wenigstens einer der Lichtschranken eine Strahlunterbrechung registriert wird.Figure 9 shows a light barrier arrangement which is a modification of the optical sensor 1 according to Figure 3. The light barrier arrangement consists of two identically designed light barriers in which, analogously to the exemplary embodiment according to Figure 3, the transmitter 3 is arranged in the first housing 5 and the receiver 4 with the associated return transmitter 15 is arranged in the second housing 6. In contrast to the exemplary embodiment according to Figure 3, no return receivers 17 are arranged in the first housings 5 of the light barriers. Instead, a central return receiver 17 with the associated evaluation unit 18 and the switching output 19 is arranged in a third housing 25 spatially separated from the two light barriers. The return transmitters 15 report their radio signals 16 to the return receiver 17 analogously to the exemplary embodiment according to Figure 3. In the associated evaluation unit 18, an object detection signal is generated from this and output via the switching output 19. A message from an object 23, i.e. a switching state 1 at the switching output 19, preferably occurs when a beam interruption is registered in at least one of the light barriers.
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Leuze electronic GmbH + Co. 73277 Owen/Teck, DELeuze electronic GmbH + Co. 73277 Owen/Teck, DE
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ti Pause zwischen den Signalpulsenti Pause between signal pulses
t2 Länge der Signalpulset2 Length of signal pulses
t3 Sendepause zwischen j eder Pulsfolget3 Transmission pause between each pulse sequence
At Dauer der Pulssignale 5 At duration of pulse signals 5
Ua AusgangsspannungU a output voltage
Ue EingangsspannungU e input voltage
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Claims (23)
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