DE9010998U1

DE9010998U1 - Komparatorschaltung für Signale einer Lichtschranke

Info

Publication number: DE9010998U1
Application number: DE9010998U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2000-07-26

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Komparatorschaltung zur Auswertung der HeIl/Dunkel-Signale einer Lichtschranke, mit einer Lichtquelle, mit einea lichtempfindlichen Eapfanger und ait einen Komparator, der das Ausgangssign&l des lichtempfindlichen Empfängers bzw« eines nacägeschalieten Verstärkers mit einem vorgegebenen schweii^ert vergleicht:. Dabei wird unter "Licht" beispielsweise auch infraredc Strahlung verstanden, die häufig für Lichtschranken ein- _ «feset-st: wird. Ein nu/orr^gtes Eii^atzge*'iet der LAcht-

'·) schranken !·»_ die optir~*e Abtastung von Hell/Dunkel-

Mustern (SkrTen) in optischen W«-·- oder Winkelaufnehmern. Komparatoren dieser Art sind allgemein bekannt.

Nachteilig an den bekannten Ausführungen ist jedoch, daß sie wenig flexibel sind bezüglich Änderungen der Größe der Hell- und der Dunkel-Signale. Änderungen de» Heil-Signale

t-j ergeben sich u.a. durch eine Alterung der Lichtquelle und des lichtempfindlichen Empfängers, durch eine geringere optische Durchlässigkeit (Verschmutzung) beispielsweise von Schutzscheiben im Strahlengang oder durch Dejustierung des Strahlenganges. Änderungen des Dunkel-Signals ergeben sich , , 25 u.a. durch eingestreutes Fremdlicht, durch Licht «ler Lichtquelle, das über einen Umweg zum Empfänger reflektiert wird, oder durch mangelnde Absorption des unterbrechenden Objektes (z,B Beschädigung des absorbierenden Bereiches einer Hell/Dunkel-Skala).

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Komparatorschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich selbsttätig anpaßt an Änderungen der Umgebungebedingungen und an Alterung von Bauelementen.

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• to i ·

Er findlingsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Helligkeit der Lichtquelle oder der Verstärkungsfaktor des lichtempfindlichen Empfängers oder des nachgeschalteten Verstärkers durch stufiges Verhindern eines Widerstandes veräaäerb werden kann, daß zvm /eitere KtHtparatoren vorhanden sind, die das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Empfängers bzw des nachgeschalteten Verstärkers mit zwei weiteren vorgegebenen Schwellwerten vergleichen, wobei der eine weiter® Schwellwert oberhalb und der said* & voitere Schwellwert unterhalb des Schwellwertes für den Komparator zur Hell/Dunkel-Erkennung liegt, daß diese beiden weiteren Komparatoren beim Unterschreiten des unteren Schwellwertes und beim Überschreiten des oberen Schwellwertes einen Zähler aufwärts bzw. abwärts zählen lassen und daß der Stand des Zählers die Größe des verstärkungsbestimmenden Widerstandes bestimmt.

Es wird elso ein digital arbeitender Regelkreis mit integrierendem Verhalten aufgebaut, der das Auegangesignal des lichtempfindlichen Empfängers bzw. des nachgeschalteten Verstärkers in einem gewissen Bereich hält. Überschreitet das Ausgangssignal beispielsweise die obere Schwelle, so wird die Verstärkung so lang· je eine Stufe verringert, bis das Ausgangssignal unterhalb der obereren Schwelle liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen ,

Die Erfindung wird in folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild dex.' Komparatorec^altunq, Fig. 2 ein Detail der Komparatorschaltung in einer

ersten Ausgestaltung,

Fig. 3 dasselbe Detail der Komparatorschaltung in einer zweiten Ausgestaltung und

Fig. 4 ein Schaltbild der Komparatorschaltung in einer weiteren Ausgestaltung.

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&sfgr; &lgr;'

in Blockschaltbild der Fig. l erkennt nan eine Lichtquelle 1, beispielsweise eine Leuchtdiode, deren Strahlung eine Skala 3 mit absorbierenden Bereichen 4 und mit lichtdurchlässigen Bereichen 5 durchsetzt und anschließend auf einen lichtempfindlichen Empfänger 2 trifft. Das Auegangssignal des lichtempfindlichen Empfängers 2 wird durch einen Verstärker 6 verstärkt und anschließend drei Komparatoren zugeführt. Der Komparator 12 dient der eigentlichen Hell/ Dunkel-Erkennung, sein Ausgangssignal wird über die Leitung 16 den weiteren Schaltungeteilen zugeführt. Liegt der normale Heil-Pegel zum Beispiel bei 8 V und der normale Dunkel-Pegel bei 2 V, so wird die Schwelle des Komparators 12 auf etwa 4 V gelegt. Der Komparator 10 hat in diesem Zahlenbeispiel eine Schwelle von 10 V, während der Komparator 11 eine Schwelle von 1,5 V hat. Im Normalbetrieb wird also die Schwelle von 10 V des Komparators 10 nie überschritten und die Schwelle von 1,5 V des Komparators nie unterschritten. Damit bekommt der Zähler 14 weder auf seinen Eingang 17 zum Abwärtszählen noch auf seinen Ein-0 gang 18 zum Aufwärtszählen ein Signal - der Zählerstand bleibt also unverändert. Der Zählerstand des Zählers 14 bestimmt nun, welche der Schalter 8 geschlossen sind und welche der Widerstände 7 den verstärkungsbestimmenden Spannungsteiler aus den Widerständen 7 und 9 bilden.

Steigt das Heil-Signal jedoch über 10 V, so spricht der Komparator 10 an und veranlaßt den Zähler 14 mit der Frequenz des Taktgebers 13 von zum Beispiel 1 Hz abwärts zu zählen. Dadurch werden andere Schalter 8 geschlossen und kleinere Widerstände 7 in den verstärkungsbestimmenden Spannungsteiler eingeschaltet, so daß die Verstärkung jeweils um eine Stufe geringer wird. Im allgemeinen reicht bereits ein Schritt aus, um die KomparatorschwelIe von 10 V an Komparator 10 zu unterschreiten. Damit stoppt der Zähler 14 wieder und bleibt auf seinen neuen Zählerstand stehen.

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In entgegengesetzten Fall, daß das Ausgangesignal zu klein "' wird, der Dunkel-Pegel also unter 1,5 V absinkt, spricht |

der Konparator Ii an und veranlaßt eine Erhöhung des Zählerstandes des Zählers 14 und danit eine Erhöhung der Ver-Stärkung bis der Dunkel-Pegel wieder über 1,5 V liegt.

Durch diesen digitalen Regelkreis paßt sich die Verstärkung
also inner so an, daß das Äusgangssignal zwischen den beiden Schwellen der Konparatoren 10 und 11 bleibt. Die Zuord-

nung der Konparatoren 10 und 11 zun Aufwärts- und zun Abwärtseingang des Zählers 14 ist frei wählbar; die Zuordnung der verschiedenen Widerstände 7 zun Zählerstand nuß
jedoch dann so erfolgen, daß der Konparator nit der höheren ,* Schwelle bein Ansprechen die Verstärkung verringert und der

\5 Konparator nit der niedrigeren Schwelle bein Ansprechen die
Verstärkung erhöht.

Dieser digitale Regelkreis gleicht nicht nur Ungebungs-

einflüsse und die Alterung von Bauteilen während des :'

laufenden Betriebes aus, er sorgt auch dafür, daß sich die **

Konparatorschaltung bei der Inbetriebnahme der Licht- %

schranke autonatisch auf die richtige Enpfindlichkeit ein- ^s stellt.

Weiter ist in Fig. 1 die Möglichkeit einer Fehlermeldung J

vorgesehen: Unterschreitet der Zählerstand den Wert 0 bzw. _t

überschreitet der Zählerstand den durch die Zählerkapazität I

vorgegebenen Maxinalwert, so wird eine Fehlermeldung 15 Ij

ausgelöst, beispielsweise eine blinkende Warnlaape. ?

Zwei verschiedene Ausgestaltungen der stufigen Veränderung |

des verstäikungsbestinnenden Widerstandes sind in den Fig. 1 2 und 3 gezeigt. In Fig. 2 wird ein binärer Zähler 21 benutzt, dessen drei Ausgänge 2°, 2¹ und 2² über Leitungen 22
direkt die Schalter 23 ansteuern. Je nach Zählerstand

dt.« Zählers 21 sind keine, einer oder mehrere der Schalter 23 geschlossen. Der effektive Widerstand ergibt sich dann aus der Parallelschaltung der eingeschalteten Widerstände, so daS die gewünschte Stufung der Verstärkung durch entsprechende Stufung der einzelnen Widerstände 24 erreicht wird.

Freier in der Wähl &udiagr;&bgr;&idigr; einzelnen Varsuarkun^BsuUfen 1st zsn bei einer Schaltung nach Fig. 3, wo dem binären Zähler 31 ein Decodierer 32 nachgeschaltet ist, der den Stand des Zählers in ein Ausgangesignal an einem seiner acht Ausgänge 33 umformt. Jeder dieser Ausgänge steuert einen (nicht gezeichneten) Schalter an, der dann einen zugehörigen (ebenfalls nicht gezeichneten) Widerstand aktiviert. - In dieser Ausgestaltung kann man die einzelnen Widerstandsstufen (und damit die Verstärkungsstufen) unabhängig voneinander wählen und beispielsweise eine lineare Stufung oder eine logarithmische bzw. exponentiell« stufung wählen oder in der Umgebung des normalen Arbeitspunktes verhältnismäßig enge Stufen vorsehen und bei ganz kleinen und bei ganz großen Zählerständen größere Stufen.

In Fig. 4 ist nochmal eine komplette Schaltung in einer weiteren Ausgestaltung gezeigt. Eine Leuchtdiode 41 wird über einen Vorwiderstand 40 mit einem Strom aus einer Spannungsquelle 43 versorgt. Das Licht der Leuchtdiode 41 fällt auf eine Photodiode 42, deren Arbeitswiderstand durch einen der Widerstände 44 gebildet wird. Die Auswahl der Arbeitswiderstände erfolgt durch die integrierte Schaltung 43, die je nach logischem Signal an den Eingängen 47 den Eingang 45 mit einem der Ausgänge 46 verbindet. Die integrierte Schaltung 43 beinhaltet also die einzelnen Schalter zum Verbinden des Eingangs 45 mit einem der Ausgänge und die Decodierung des Signals von den Eingängen 47. Eine

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solche integrierte Schaltung ist beispielsweise unter der Bezeichnung HC 4051 von der Fa. Valvo erhältlich. Die Signale für die Eingänge 47 stammen von den Ausgängen 49 des Zählers 48 und stellen den binär codierten Zählerstand des Zählers 48 dar. Der Zähler 48 erhält seine Taktimpulse aus einen Taktgeber 57. Die Freigabe des Zählers erfolgt am Eingang 50, die Entscheidung, ob aufwärts oder abwärts

Dieser integrierte Zähler ist beispielsweise unter der Typenbezeichnung CD4029 von der Fa. Fairchild erhältlich. Die Ansteuerung der Eingänge 50 und 51 erfolgt in der gezeichneten Weise durch die Kompar-storen 53 und 54, die das Ausgangssignal der Photodiode 42 überwachen. Der Komparator 55 gibt das Hell/Dunkel-Signal über den Ausgang 56 aus. Alle drei Komparatoren erhalten ihre Vergleichsspannung aus einem einzigen Spannungsteiler 52, der an die gleiche Versorgungsspannung 43 angeschlossen ist wie die Photodiode 42. Dadurch wird der Einfluß von Änderungen der Versorgungespannung schon teilweise kompensiert. 20

In entsprechender Weise ist es auch möglich, den Arbeits-

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Die im vorstehenden anhand von Durchlicht:-^T * chtschranken beschriebene Komparatorschaltung kann selbstverständlich in entsprechender Weise auch für Reflexionslichtschranken eingesetzt werden.

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Claims

Sartorius AG Akte SW 90G3 weender Landstraße 94-108 Kö/ek D-3400 Göttingen Komparatorschaltung für Signale einer Lichtschranke Ansprüche:

1. Komparatorschaltung zur Auswertung der HeI1/Dunkel-Signale einer Lichtschranke, mit einer Lichtquelle (1, 41), mit eines lichtempfindlichen Empfänger (2,42) und nit einem Komparator (12, 55), der das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Empfängers (2,42) bzw. eines nachgeschalteten Verstärkers (6) mit einem vorgegebenen Schwellwert, vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit der Lichtquelle (1,41) oder der Verstärkungsfaktor des lichtempfindlichen Empfängers (2,42) oder des nachgeschalteten Verstärkers (6) durch stufiges Verändern eines Widerstandes (7,44) verändert werden kann, daß zwei weitere Konparatoren (10,11;53,54) vorhanden sind, die das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Empfängers (2,42) bzw. des nachgeschalteten Verstärkers (6) ait zwei weiteren vorgegebenen Schwellwerten ver-

gleichen, wobei der eine weitere Schwellwert oberhalb und der andere weitere Schwellwert unterhalb des SiÄW6lXw£i:-&esi für &uacgr;&&Aacgr; Komparator (12,55) aus ^11/ Dimkel-Frkennung liegt, daß diese bei^n weiteren isas» paratoren (10,11: 33 .,54) b*is Unterschreiten des untren Schwellwertes und beim Oberschreiten des oberen ScUwellwertes einen Zähler (14,48) aufwärts bzw abwärts zählen

£issn und W.Z der Stand des Zählers (14,4S) die £rcSs dee &ngr;erstärkungsbsstinaenden Widerstandes (7,4.4) bestirnt.

2. Komparatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfindliche Empfänger eine Photodiode (42) ist und daß der ver&bgr;tärkungsbestiaaende Widerstand der Arbeitewiderstand (44) der Photodiode ist.

3. Koaparatorschaltung nach einea der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß der Zähler ein binär codier— ter Zähler (21) ist, von dessen einzelnen Stufen elektronische Schalter (23) zur Veränderung des verstärkungsbestisBenden Widerstandes (24) angesteuert werden.

4. Komparatorschaltung nach einea der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der codierte Stand des Zählers (31) decodiert wird und daß jeder decodierte Ausgang (33) einen elektronischen Schalter zur Veränderung des verstärkungsbestiaaenden Widerstandes ansteuert.

5. Koaparatorschaltung nach einea der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Schwellwerte der drei Konparatoren durch einen einzigen, mehrstufigen, ohaschen Spannungsteiler (52) erzeugt werden.

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KoKparatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlermeldung (15) ausgegeben wird, falls der höchste Wert des Wählers überschritten oder der niedrigste Wert überschritten wird.

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