DE2538275B2 - Lichtschranke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschranke mit einem mehrere Lichtquellen enthaltenden Lichtsender, einem aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren bestehenden Lichtempfänger und einer als einstellbarer Komparator ausgebildeten Ausgangsstufe.

Zur berührungslosen Abtastung von Gegenständen zeigt das Bild 5.1 auf der Seite 81 des Buches »Siemens Halbleiter Schaltbeispiele« 1972/73 das Schaltbild einer Lichtschranke mit einer Anzahl in Reihe geschalteter Phototransistoren, die von mehreren Glühlampen angeleuchtet werden. Die Reihenschaltung der Phototransistoren liegt an der Betriebsspannung eines Operationsverstärkers, der als Komparator geschaltet ist. Ein Abgriff innerhalb der Reihenschaltung der Phototransistoren führt über einen Kondensator an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers. Dieser gibt bei Abschattung eines der Phototransistoren einen Impuls ab. Je nach dem, welcher der Phototransistoren anspricht, erscheint das Ausgangssignal bei Beginn oder erst nach Beendigung der Abschattung. Deshalb eignet sich die Schaltung nicht zur Überwachung getakteter Vorgänge.

Ferner weist z. B. die US-Patentschrift 38 10 148 die Verwendung von Leuchtdioden und NICHT-UND-Gattern im Zusammenhang mit Lichtschranken als an sich bekannt nach.

Zur Erfassung sehr kleiner Gegenstände durch eine Lichtschranke müssen Störeinflüsse durch Erschütterungen und Fremdlicht vermieden werden. Die abgegebenen Impulse sollen ferner so ausgeprägt sein, daß sie in jedem Fall von einer Störung unterschieden werden können. Nur so ist es möglich, die jeweils notwendige Verstärkung vorzusehen. Bei bisher bekannten Lichtschranken ist dies gar nicht, oder nur mit erheblichem Mehraufwand zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringstem Aufwand eine Lichtschranke der eingangs genannten Art zu schaffen, die unempfindlich gegen Einflüsse von außen ist, eindeutige Impulse liefert und somit die Einfügung einer sehr hohen Verstärkung erlaubt, die zur Erfassung kleinster Gegenstände beliebiger Form notwendig ist Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren mit einem Lastwiderstand gebildete NICHT-UND-Gatter gibt auch bei kurzzeitigen Abschattungen durch kleinste Gegenstände eindeutige Impulse ab. Dadurch ist eine hohe Nachverstärkung möglich und die

to Einstellung der Lichtschranke auf die Größe der abzutastenden Gegenstände weniger kritisch. Außerdem entstehen die Impulse beim Durchlaufen der Gegenstände durch die Lichtschranke immer zum selben Zeitpunkt, was zur Überwachung getakteter Vorgänge wichtig ist. Durch die an sich bekannte Verwendung von Leuchtdioden (zur Erzeugung von Licht außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches) sind auf einfache Weise Störungen durch Fremdlicht und Erschütterungen ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtschranke wird nachstehend anhand einer Figur beschrieben.

In dieser Prinzipdarstellung ist 1 ein Lichtsender mit Leuchtdioden 2.. 4, der über einen Anschluß 5 an einer nicht dargestellten Konstantstromquelle liegt. Um den Spektralbereich des von den Leuchtdioden erzeugten Lichtes, z. B. Infrarot, weiter einzuengen, ist ein Lichtfilter 6 vorgesehen. Als Lichtempfänger dient ein NICHTUN D-Gatter 7, das aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren 8 ... 10 mit einem Lastwiderstand 11 besteht, die über eine Klemme 12 an einer nicht dargestellten, stabilisierten Spannungsquelle liegt. Die Widerstände 13 ... 15 dienen zum Ausgleich der unterschiedlichen Empfindlichkeit der Phototransistoren 8 ... 10. Das NICHT-UND-Gatter 7 ist über eine Ausgangsklemme 16 und ein /?C-Glied 17/18 an den Eingang eines Verstärkers 19 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Kondensator 20 mit dem invertierenden Eingang eines als Komparator geschalteten Operationsverstärkers 21 verbunden ist. Die Schwellenspannung am nichtinvcrtierenden Eingang des Operationsverstärkers 21 läßt sich mit einem Potentiometer 22 einstellen. Die Lichtquelle 1 und das NICHT-UND-Gatter 7 befinden sich beispielsweise in den gegenüberliegenden Schenkeln einer Gabel oder eines viereckigen Rahmens.

Werden alle in dem NICHT-UND-Gatter 7 enthaltenen Phototransistoren 8 ... 10 angeleuchtet, so sind diese leitend und an der Ausgangsklemme 16 herrscht der Zustand L Sobald mindestens einer der Phototransistoren 8 .. .10 durch einen Gegenstand abgeschattet wird, fällt der Strom durch das NICHT-UND-Gatter 7, oder wird nahezu zu Null. Dadurch stellt sich an der Ausgangsklemnie 16 der Zustand H ein. Aufgrund dieser logischen Verknüpfung der auftreffenden Lichtsignale ergibt sich jeweils bei Beginn einer Abschattung, d. h. bei Eintritt eines Gegenstandes in die Lichtschranke, immer eine eindeutige Zustandsänderung, nämlich ein Spannungssprung von L nach H. Deshalb kann die Verstärkung des Verstärkers 19 hoch sein, um in jedem Fall ein verwertbares Signal am Ausgang 23 des Operationsverstärkers 21 zu erhalten.

In der Regel dienen Lichtschranken dieser Art zur Überwachung dynamischer Vorgänge. Sollen aber

Änderungen statischer Zustände festgestellt werden, dann müssen die in der Anordnung enthaltenen Stufen direkt gekoppelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lichtschranke mit einem mehrere Lichtquellen enthaltenden Lichtsender, einem aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren bestehenden Lichtempfänger und einer als einstellbarer Komparator ausgebildeten Ausgangsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtempfänger die Reihenschaltung von Phototransistoren (8 bis 10) mit einem Arbeitswiderstand (11) in Serie geschaltet ist und mit diesem ein NICHT-UND-Gatter bildet und daß die Lichtquellen in Form von Leuchtdioden (2 bis 4) aus einer Konstantstromquelle gespeist werden.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoffe (21) ein Verstärker (19) mit hoher Verstärkung vorgeschaltet ist.

3. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtsender und mehrere NICHT-UND-Gatter vorgesehen sind, deren Ausgänge an einem ODER-Gatter hoher Verstärkung liegen.