DE3222719A1

DE3222719A1 - Schaltung fuer ein optoelektronisches koppelelement

Info

Publication number: DE3222719A1
Application number: DE19823222719
Authority: DE
Inventors: Stefanos Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Dermitzakis; Elmar-Ernst Dipl.-Phys. Dr. 7101 Oedheim Wagner
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1984-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement aus einem Strahlungssender und einem Strahlungsempfänger. Nach der Erfindung ist eine Synchronisiereinheit vorgesehen, die eine auf der Senderseite vorhandene Strahlungsabgabe taktet und die zeitliche Synchronisation einer Abfrageeinheit auf der Empfängerseite mit der Taktfolge bewirkt.

Description

Schaltung für ein optoelektronisches
Koppelelement Die Erfindung betrifft eine Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement aus einem Strahlungssender und einem Strahlungsempfänger. Mit Hilfe von optoelektronischen Koppelelementen werden vorzugsweise Schaltungen oder Schaltungsteile miteinander verknüpft. Ferner bilden optoelektronische Koppelelemente vielfach Lichtschranken, mit deren Hilfe Gegenstände im Lichtstrahl erfaßt und durch die Erfassung elektrische oder mechanische Vorgänge ausgelöst werden. Die im Dauerbetrieb arbeitenden Lichtschranken haben vielfach eine zu geringe Strahlungsleistung und einen zu kleinen Signal-Rausch-Abstand auf der optischen Übertragungsstrecke.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement anzugeben, mit deren Hilfe die Strahlungsleistung erhöht und der Signal-Rausch-Abstand auf der optischen Übertragungsstrecke ebenfalls vergrößert werden kann. Diese- Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Synchronisiereinheit vorgesehen ist, die eine Str ahlungs abgabe auf der Senderseite taktet und die zeitliche Synchronisation einer Abfrageeinheit auf der Empfängerseite mit der Taktfolge bewirkt.
Nach der Erfindung erfolgt somit die optische Abtastung nur mit der von der Synchronisiereinheit vorgegebenen Taktfrequenz, wobei sich die TaKtfrequenz und das Tastverhältnis nach den jeweiligen Erfordernissen bzw. nach der gewünschten Auflösung des Zustandes innerhalb der Übertragungsstrecke richtet. Da insbesondere Lichtschranken vielfach in Verbindung mit mechanischen Systemen verwendet werden, ist eine gegenüber der möglichen Maximal frequenz von Sender und Empfänger reduzierte Abtastfrequenz kein Nachteil, da bei diesen Systemen die erforderlichen Abtastraten meist wesentlich unter den Maximal frequenzen der elektronischen Bauelemente liegen.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung arbeitet der Sender, der beispielsweise aus einer Infrarot-Diode besteht, im Pulsbetrieb, so daß der Diodenstrom beispielsweise von 100 mA auf 1 - 1,5 A erhöht werden kann. Dadurch erhöht sich auch die Strahlungsleistung etwa um den Faktor 10, so daß sich auch der Signal-Rausch-Abstand auf der optischen Übertragungsstrecke um diese Größenordnung erhöht.
Ebenso wird das Signal-Rausch-Verhältnis bei der elektrischen Signalverarbeitung wesentlich erhöht, da Störungen nur noch während des zeitlichen Fensters, in dem die Signalverarbeitung auf der Empfängerseite erfolgt, wirksam sein können.
Die Synchronisiereinheit besteht vorzugsweise aus einem Taktgenerator, dessen Taktimpuls einen im Stromzweig des Senders liegenden Schalter ansteuert und zugleich ein Eingang signal für eine logische Verknüpfung bildet, der ein weiteres Eingangssignal vom Strahlungsempfänger zugeführt wird. Der Schalter ist vorzugsweise ein an der Basiselektrode angesteuerter Transistor. Bei der logischen Verknüpfung handelt es sich vorzugsweise um ein UND-Gatter und im speziellen Fall um eine bistabile Kippstufe deren Speicherzustand mit der positiven Flanke des Taktimpulses bei entsprechendem Signal am zweiten Eingang der Kippstufe veränderbar ist.
Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In der Figur 1 ist eine Lichtschranke dargestellt, deren wesentlicher Teil aus der Infrarot-Diode IR auf der Senderseite und aus einer Fotodiode FD auf der Empfängerseite besteht. Die Wegstrecke zwischen den beiden Bauelementen bildet die optische und in ihrem Zustand abzufragende Übertragungsstrecke. Im Stromzweig der Infrarot-Diode IR liegt ein Schalter T, der im Ausführungsbeispiel von einem Transistor gebildet wird. Dieser Transistor T wird basisseitig vom Taktgenerator Sy angesteuert. Bei optoelektronischen Koppel elementen kann sich im Strompfad für den die Infrarot-Diode durchfließenden Strom ein weiterer Schalter S befinden, der durch elektronische Schaltungsbausteine St gesteuert wird. Bei einfachen Lichtschranken zur Abtastung der Übertragungsstrecke zwischen der Infrarot-Diode IR und der Fotodiode FD ist dieser Schalter S in der Regel nicht vorhanden.
Der Taktgenerator gibt beispielsweise die in der Figur 2c dargestellte Impulsfolge ab. Diese Impulsfolge gemäß Figur 2c gelangt über einen Inverter I auf die Basiselektrode des NPN-Transistors T, so daß durch die Infrarot-Diode IR nur dann ein Strom fliesen kann, wenn das Taktsignal LOW und das invertierte Taktsignal HIGH ist. Daraus resultiert die in der Figur 2a dargestellte getaktete Infrarotstrahlung, wobei die Taktfrequenz der dargestellten Impulsfolge von der des Taktgebers Sy bestimmt wird.
Das Taktsignal gemäß Figur 2c wird gleichzeitig auf eine bistabile Kippstufe L gegeben. Diese Kippstufe ist so ausgebildet, daß der Speicherzustand beispielsweise nur während der positiven Flanke des Taktsignals entsprechend dem Ausgangssignal der Empfängereinheit gesetzt werden kann. Die Empfängereinheit besteht aus der Fotodiode FD und einem nach- geschalteten Verstärker V, dessen Ausgang A an die bistabile Kippstufe L angeschlossen ist. In der Figur 2b wird die Ausgangsspannung am Verstärker über die Zeit von 2 Taktperioden dargestellt. Dabei sei angenommen, daß während der ersten Periode die Übertragungsstrecke ungestört ist, während bei der zweiten Taktperiode eine Unterbrechung der Übertragungsstrecke erfolgte. Wie man der Figur 2b entnimmt, ist dann das Ausgangssignal U(A) sehr klein, so daß der Speicherzustand der Kippstufe L gemäß Figur 2d verändert wird.
Gemäß Figur 2d bleibt der HIGH-Zustand am Ausgang Q der Kippstufe L so lange erhalten, bis während der positiven Flanke eines Taktsignals das Signal am Punkt A seine Größe gegenüber dem vorangegangenen Abfragezyklus geändert hat. Dann nimmt Q gemäß Figur 2d den LOW-Pegel an.
Bei einem realisierten Ausführungsbeispiel betrug die Flankenlänge der Taktsignale 100 ns. Bei einer Abtastfrequenz von 10 kHz erhält man eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses um den Faktor 1000 gegenüber einer im Dauerbetrieb arbeitenden Lichtschranke.

Claims

Patentansprüche 1) Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement aus einem Strahlungssender und einem Strahlungsempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisiereinheit (Sy) vorgesehen ist, die eine Strahlungsabgabe auf der Senderseite taktet und die zeitliche Synchronisation einer Abfrageeinheit (L) auf der Empfängerseite mit der Taktfolge bewirkt.
2) Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinheit (Sy) aus einem Taktgenerator besteht, dessen Taktimpuls einen im Stromzweig des Senders liegenden Schalter (T) ansteuert und zugleich ein Eingangssignal für eine logische Verknüpfung (L) bildet, der ein weiteres Eingangssignal vom Strahlungsempfänger zugeführt wird.
3) Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein an der Basis angesteuerter Transistor (T) ist.
4) Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfung (L) ein UND-Gatter ist.
5) Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das UND-Gatter eine bistabile Kippstufe ist, deren Speicherzustand mit der positiven Flanke des Taktimpulses bei entsprechendem Signal am zweiten Eingang der Kippstufe veränderbar ist.
6) Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungssender eine Infrarot-Diode (IR) und der Strahlungsem,pfänger eine Fotodiode (FD) mit nachgeschaltetem Verstärker (V) ist.
7) Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung für eine Lichtschranke.