DE4221113C1 - Komparatorschaltung zur Auslösung eines Schaltvorganges beim Durchgang eines veränderlichen Meßsignals durch eine Schaltschwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Komparatorschaltung zur Auslö­ sung eines Schaltvorganges beim Durchgang eines ansteigenden oder abfallenden elektrischen Eingangssignals durch eine Schaltschwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Komparatorschaltungen sind in einer Vielzahl von Anwendungsfällen einsetzbar. Sie eignen sich grundsätzlich dazu, festzustellen, ob der Pegel eines Eingangssignals über oder unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt.

Problematisch bei den bekannten Komparatorschaltungen ist, daß sie zum Zwecke der Eliminierung von störenden Rauschsig­ naleinflüssen mit einer Hysterese behaftet sind.

Falls sich nämlich das Eingangssignal im Bereich des Schwell­ werts bewegt und zusätzlich von einem beispielsweise rausch­ förmigen Störsignal überlagert ist, wird der Schwellwert ständig über- bzw. unterschritten. Um ein daraus resultieren­ des, unmittelbar hintereinander erfolgendes mehrmaliges Schalten der Komparatoranordnung zu verhindern, wird der Kom­ paratorschaltung eine Hysterese zugeordnet, wobei die Ampli­ tude der Hysterese der Amplitude des Rauschsignals angepaßt wird. Eine derartige Komparatorschaltung ist aus der DD-PS 211 915 bekannt. Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei frei wählbarer Hysterese sind zwei Komparatoren an eine Logikschaltung angeschlossen, wobei eine Rückführung der Ausgangssignale auf die Eingänge der Komparatoren vorgesehen ist. Eine derartige Komparatorschaltung schaltet ein, wenn der über dem Schwellwert liegende obere Hysteresewert über­ schritten wird und sie schaltet aus, wenn der unter dem Schwellwert liegende untere Hysteresewert unterschritten wird. Eine durch ein Störsignal hervorgerufene Schwankung des Eingangssignals zwischen dem oberen und unteren Hyste­ resewert bewirkt dann keine störenden Schaltvorgänge.

Neben dieser gewollten Wirkung der Hysterese ergibt sich je­ doch auch auf nachteilige Weise, daß der Einschaltpegel der Komparatorschaltung nicht gleich ihrem Ausschaltpegel ist.

Bekannte, mit einer Hysterese behaftete Komparatorschaltun­ gen zeigen also ein unterschiedliches Schaltverhalten, je nach dem, von welcher Seite sich das Eingangssignal der Schaltschwelle nähert. Dies bringt bei elektronischen Schal­ tungsanordnungen dann erhebliche Probleme mit sich, wenn es darauf ankommt, daß eine Schaltung unabhängig vom Vorzeichen der Eingangssignaländerung exakt bei vorgegebener Schalt­ schwelle erfolgt.

Insbesondere ist die Verwendung der bekannten, mit einer Hy­ sterese behafteten Komparatorschaltungen dann von Nachteil, wenn sie in einem Lichttaster eingesetzt werden, der zur Sig­ nalisierung eines vorbeilaufenden Objektes dient. In diesem Fall werden der Komparatorschaltung je nach der Richtung, aus der das Objekt kommt, Eingangssignaländerungen mit unter­ schiedlichem Vorzeichen bzw. abfallende und ansteigende Eingangssignale zugeführt. Bekannte Komparatorschaltungen schalten dann in Abhängigkeit von der Richtung, aus der das Objekt kommt, bei unterschiedlich hohen Schaltschwellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Kom­ paratorschaltung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche einerseits unabhängig davon, ob ein ansteigendes oder abfallendes Eingangssignal die Schaltschwelle durchschreitet, stets bei exakt der gleichen Schaltschwelle schaltet und andererseits unempfindlich gegen den Einfluß von Störsignalen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnen­ den Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Auf diese Weise wird ein exaktes Schaltverhalten der erfin­ dungsgemäßen Komparatorschaltung erreicht, da der Schaltvor­ gang immer genau beim Über- bzw. Unterschreiten der vorgege­ benen Schaltschwelle ausgelöst wird und zwar unabhängig da­ von, ob sich das Eingangssignal der Schaltschwelle von oben oder von unten nähert.

Die Hilfsschwellen können dabei ohne weiteres so festgelegt werden, daß ein im Eingangssignal enthaltenes Störsignal nicht zu ungewollten Schaltvorgängen führt.

Die in den Ansprüchen 2, 3 und 4 angegebenen Weiterbildungen der Erfindung dienen dazu, den Gleichanteil des Eingangssig­ nals der Komparatorschaltung durch einen Kondensator abzu­ trennen, den Arbeitspunkt der Schaltung definiert auf den Schwellwert V_S zu legen und zugleich sicherzustellen, daß der Einschaltpegel des ersten Komparators gleich dem Aus­ schaltpegel des zweiten Komparators ist. In diesem Fall schaltet die Komparatorschaltung immer dann, wenn das Ein­ gangssignal U_E den Wert 0 über- bzw. unterschreitet.

Es ist jedoch auch möglich, ohne den Kondensator zu arbei­ ten, wobei dann jeweils ein Schaltvorgang ausgelöst wird, wenn U_E den Schwellwert V_S über- bzw. unterschreitet.

Eine bevorzugte Schaltung zur Ansteuerung der Referenzein­ gänge der beiden Komparatoren ist in den Ansprüchen 5 bis 8 beschrieben. Durch diese Schaltung ist es möglich, die er­ findungsgemäße Beschaltung der Referenzeingänge mit einfa­ chen schaltungstechnischen Mitteln kostengünstig und wirt­ schaftlich zu realisieren.

Eine mögliche Ausführungsform der im Hauptanspruch erwähnten Logikschaltung ist in den Ansprüchen 9 und 10 beschrieben. Diese Schaltungsvariante wird in der Figurenbeschreibung aus­ führlich erläutert.

In den Ansprüchen 11 und 12 sind Maßnahmen beschrieben, mit denen auch in den Fällen ein exaktes Schaltverhalten der er­ findungsgemäßen Komparatorschaltung erreicht werden kann, in denen ein ansteigendes Eingangssignal der Komparatorschal­ tung zwar die Schaltschwelle V_S übersteigt, anschließend je­ doch vor Erreichen der Spannung V_H wieder unter die Spannung V_L absinkt oder in denen ein abfallendes Eingangssignal zwar unter die Schaltschwelle V_S sinkt, anschließend jedoch gleich wieder auf eine über V_H liegende Spannung ansteigt ohne vorher die Spannung V_L unterschritten zu haben. Wie eine konkrete Ausführungsform zur Realisierung der in den er­ wähnten Ansprüchen beschriebenen Schaltung aussehen kann, ist in der Beschreibung der Fig. 6 erläutert.

Anspruch 13 beschreibt eine einfache Maßnahme zur Kompensa­ tion eines eventuell dem Eingangssignal der Schaltungsanord­ nung überlagerten Rauschsignals.

Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Kompara­ torschaltung in einem Lichttaster zur Signalisierung des Vor­ handenseins eines Objektes in einer Tastebene in vorgegebe­ ner Entfernung vom Lichttaster verwenden, wie dies in den An­ sprüchen 14 bis 16 beschrieben ist.

Bei der Verwendung von Lichttastern mit bisher bekannten Kom­ paratorschaltungen ist es problematisch, daß sich nicht exakt feststellen läßt, wann das Objekt in der Tastebene liegt. Insbesondere treten bei der Verwendung von mit einer Hysterese behafteten Komparatorschaltungen Fehler auf, wenn sich das beispielsweise auf einem Förderband befindliche Ob­ jekt aus zwei Richtungen der Tastebene nähern kann. Durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Komparatorschaltung las­ sen sich die beschriebenen Fehler eliminieren.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Lichttaster hierbei einen Lichtsender und zwei das vom Objekt reflektierte Licht empfangende, benachbarte Lichtempfänger aufweist, wobei das Licht bei Annäherung des Objektes an den Lichttaster zuerst nur von einem Lichtempfänger, dann von beiden Lichtempfän­ gern jeweils zu einem, sich mit dem Abstand des Objektes än­ dernden Anteil und schließlich nur vom zweiten Lichtempfän­ ger empfangen wird, wobei sich das Objekt dann in der Tast­ ebene befindet, wenn beide Lichtempfänger einen in etwa gleich großen Lichtanteil empfangen.

Wenn sich bei einer solchen Anordnung ein Objekt durch die Tastebene bewegt, überstreicht ein vom Objekt reflektierter Lichtfleck entsprechend der Objektbewegung die beiden im Lichttaster vorgesehenen Lichtempfänger.

Vorzugsweise wird der im Lichttaster vorhandenen Komparator­ schaltung das Differenzsignal der von beiden Lichtempfängern gelieferten Signale als Eingangssignal zugeführt. Um bei Ver­ wendung des Differenzsignals unterscheiden zu können, ob bei­ de Lichtempfänger gerade einen gleich großen Anteil von re­ flektiertem Licht empfangen und das Objekt somit in der Tast­ ebene liegt oder ob kein Licht vom Objekt zum Lichttaster zu­ rückreflektiert wird, kann zusätzlich das Summensignal der beiden von den Lichtempfängern gelieferten Signale zur Aus­ wertung herangezogen werden. Wenn das Summensignal ungleich Null und das Differenzsignal gleich Null ist, befindet sich ein Objekt in der Tastebene, wenn das Differenzsignal und das Summensignal gleich Null sind, wird kein Licht zum Licht­ taster reflektiert. Im letztgenannten Fall wird also auf­ grund des fehlenden Summensignals der Ausgang des Lichtta­ sters kein Objekt melden, obwohl das Differenzsignal gleich Null ist.

Es ist von Vorteil, wenn der Lichttaster mit impulsförmigem Licht arbeitet, da sich auf diese Weise eventuell vorhandene Störlichtsignale einfacher beseitigen lassen. In diesem Fall können die Taktsignale der in der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnungen vorhandenen D-Flip-Flops von dem Takt der impulsförmigen Sendelichtsignale abgeleitet werden. Von Vor­ teil ist es, wenn das Taktsignal der D-Flip-Flops gegenüber dem Sendelichttakt verzögert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung be­ schrieben; es zeigt:

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Komparatorschaltung,

Fig. 2 die Ausgangsspannungsverläufe U₁, U₂ und U_A ge­ mäß Fig. 1 bei einem vorgegebenen, aus einem Einzelimpuls bestehenden Eingangssignal U_E,

Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform der in Fig. 1 schematisch dargestellten Logikschaltung,

Fig. 4 die Spannungsverläufe U₁, U₂ und U_A bei einem vorgegebenen Eingangssignal U_E und bei Verwen­ dung einer Zusatzschaltung gemäß Fig. 6,

Fig. 5 weitere Spannungsverläufe U₁, U₂ und U_A bei einem vorgegebenen Eingangssignal U_E und bei Verwendung einer Zusatzschaltung gemäß Fig. 6,

Fig. 6 eine optional gemeinsam mit der Logikschaltung gemäß Fig. 3 verwendbare Zusatzschaltung zur Er­ zielung der Ausgangsspannungsverläufe gemäß den Fig. 4 und 5, und

Fig. 7 Ausgangsspannungsverläufe von in einem Lichtta­ ster vorgesehenen Lichtempfängern bei Bewegung eines Objektes durch die Tastebene des Lichtta­ sters.

Fig. 1 zeigt einen ersten Komparator 1 und einen zweiten Kom­ parator 2, die jeweils einen mit "+" gekennzeichneten Signal­ eingang und einen mit "-" gekennzeichneten Referenzeingang aufweisen.

Weiterhin ist ein aus den Widerständen 3, 4, 5 und 6 beste­ hender, zwischen Masse und eine feste Gleichspannung V_DD ge­ legter Spannungsteiler vorgesehen, der eine erste Hilfs­ schwelle, eine Schaltschwelle und eine zweite Hilfsschwelle festlegende Spannungen V_L, V_H bzw. V_S liefert.

Das hinsichtlich seines Pegels in Bezug auf die Schaltschwel­ le zu bewertende Signal U_E ist parallel an beide Signalein­ gänge der Komparatoren 1 und 2 gelegt. Die Signaleingänge der beiden Komparatoren 1 und 2 sind weiterhin über einen Wi­ derstand 8 mit der die Schaltschwelle festlegenden Spannung V_S des Spannungsteilers 3, 4, 5, 6 verbunden.

Der Referenzeingang des ersten Komparators 1 ist über zwei antivalent betätigbare Schalter 9, 10 entweder mit der der Schaltschwelle entsprechenden Spannung V_S oder der der er­ sten Hilfsschwelle entsprechenden Spannung V_L beaufschlag­ bar.

Der Referenzeingang des zweiten Komparators 2 ist über zwei antivalent betätigbare Schalter 11, 12 entweder mit der der Schaltschwelle entsprechenden Spannung V_S oder der der zweiten Hilfsschwelle entsprechenden Spannung V_H beaufschlag­ bar.

Die Ausgänge der beiden Komparatoren 1 und 2 sind jeweils dem Signaleingang eines D-Flip-Flops 13, 14 zugeführt, die beiden, die Ausgangssignale U₁ und U₂ liefernden Ausgänge Q der D-Flip-Flops 13, 14 sind mit einer ein Ausgangssignal U_A liefernden Logikschaltung 15 verbunden.

Beide D-Flip-Flops 13, 14 sind mit demselben Taktsignal beauf­ schlagt, wobei hierfür jeweils die positive Taktflanke maß­ geblich ist.

Der Ausgang Q und ein außerdem vorhandener komplementärer Ausgang des ersten D-Flip-Flops 13 steuern über Leitungen 16, 17 die beiden Schalter 9, 10 antivalent an. In analoger Weise steuern der Ausgang Q und ein außerdem vorhandener komplementärer Ausgang des zweiten D-Flip-Flops 14 über Steuerleitungen 18, 19 die beiden Schalter 11, 12 antivalent an.

Im folgenden wird die Funktionsweise der vorstehend beschrie­ benen Komparatorschaltung auch unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert:

Das Signal U_E ist hier als Einzelimpuls dargestellt, kann jedoch auch eine beliebige andere Form, insbesondere auch die Form einer Impulsfolge aufweisen.

Solange das zu diskriminierende Signal U_E einen Pegel klei­ ner als die der ersten Hilfsschwelle entsprechende Spannung V_L aufweist, sind die Schalter 9 und 11 geschlossen, während die Schalter 10 und 12 geöffnet sind. Somit liegt am Refe­ renzeingang des ersten Komparators 1 die der zweiten Hilfs­ schwelle entsprechende Spannung V_S und an dem des zweiten Komparators 2 die der Schaltschwelle entsprechende Spannung V_H an. Demnach befinden sich die Ausgänge beider Komparato­ ren 1, 2 im logischen Zustand L, d. h. sie sind nach der hier verwendeten Terminologie ausgeschaltet. Die L steht auch am jeweiligen Ausgang Q der D-Flip-Flops 13, 14 an und hält einerseits die Schalter 9, 11 geschlossen, während ande­ rerseits das Ausgangssignal U_A der Logikschaltung 15 eben­ falls L ist.

Dieser Zustand bleibt auch noch erhalten, wenn das Signal U_E die Spannung V_L überschreitet und sich V_S nähert.

Sobald das Signal U_E die Spannung V_S überschreitet, schaltet der erste Komparator 1 und setzt nunmehr das D-Flip-Flop 13 am Ausgang Q auf H und am komplementären Ausgang auf L. Dadurch werden der Schalter 9 geöffnet und der Schalter 10 geschlossen, so daß nun die Spannung V_L am Referenzeingang des ersten Komparators 1 anliegt. Die Logikschaltung 15 schaltet nunmehr das Ausgangssignal U_A auf H um.

Wenn das Eingangssignal U_E weiter ansteigt und in der Folge auch die Spannung V_H überschreitet, schaltet der zweite Komparator 2 ein und setzt den Ausgang Q des D-Flip-Flops 14 auf H, den komplementären Ausgang auf L. Dadurch werden der Schalter 11 geöffnet und der Schalter 12 geschlossen, so daß nun die Spannung V_S am Referenzeingang des zweiten Kompa­ rators 2 anliegt. Am Ausgangssignal U_A ändert sich jedoch aufgrund der entsprechenden Ausbildung der Logikschaltung 15 nichts.

Dieser Zustand bleibt erhalten, solange das Eingangssignal U_E größer als V_S ist.

Wenn nun das Eingangssignal U_E wieder die der Schaltschwelle entsprechende Spannung V_S nach unten überschreitet, schaltet der zweite Komparator 2 aus, da sein Referenzeingang mit der Spannung V_S beaufschlagt ist. Das jetzige Ausgangssignal L des Komparators 2 setzt den Ausgang Q des D-Flip-Flops 14 entsprechend auf L, woraufhin die Schalter 11, 12 wieder in den in Fig. 1 wiedergegebenen Zustand überführt werden und die auf das Ausgangssignal L am Ausgang Q des zweiten Kompa­ rators 2 reagierende Logikschaltung 15 am Ausgang U_A den Zu­ stand L einnimmt.

Wenn das Eingangssignal U_E im folgenden weiter absinkt und den Spannungswert V_L unterschreitet, schaltet auch der erste Komparator 1 aus, woraufhin das D-Flip-Flop 13 entsprechend rückgesetzt und nun auch die Schalter 9, 10 wieder in den Zu­ stand nach Fig. 1 überführt werden. Das Ausgangssignal U_A der Logikschaltung 15 ändert sich hierbei nicht.

Aus den vorstehend beschriebenen Schaltvorgängen wird deut­ lich, daß die Ausgangssignale U₁ und U₂ der beiden D-Flip- Flops 13 und 14 in einer Logikschaltung 15 derart verknüpft werden, daß ein Einschalten des ersten Komparators ein Ein­ schalten der gesamten Komparatorschaltung zur Folge hat und ein Ausschalten des zweiten Komparators ein Ausschalten der gesamten Komparatorschaltung bewirkt. Durch die Logikschal­ tung 15 werden also die Signale U₁ und U₂ in der Weise ver­ knüpft, daß das in Fig. 2 gezeichnete Ausgangssignal U_A er­ halten wird. Bezüglich des Einschaltvorgangs der gesamten Komparatorschaltung folgt das Ausgangssignal U_A dem Signal U₁ und bezüglich des Ausschaltvorgangs der gesamten Kompara­ torschaltung folgt das Ausgangssignal U_A dem Signal U₂.

Es werden demzufolge für das ansteigende Eingangssignal ein erster Komparator 1, der bei Überschreiten der Schalt­ schwelle durch das Eingangssignal einschaltet, und für das abfallende Eingangssignal ein zweiter Komparator 2, der bei Unterschreiten der Schaltschwelle durch das Eingangssignal ausschaltet, bereitgestellt, wobei die für den Dauerbetrieb erforderliche Rücksetzung bzw. Setzung der Komparatoren 1 bzw. 2 durch über bzw. unter der Schaltschwelle liegende Hilfsschwellen erfolgt.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Komparatorschaltung immer genau bei Über- bzw. Unterschreiten der Schaltschwelle V_S ein- bzw. ausschaltet, wobei jedoch durch ein Störsignal bedingte Schwankungen des Eingangssignals U_E zwischen den Spannungspegeln der beiden Hilfsschwellen V_L und V_H nicht zu unerwünschten Schaltvorgängen führen.

Eine mögliche Ausführungsform der Logikschaltung 15 ist in Fig. 3 gezeigt.

Die drei Eingänge eines UND-Gatters 24 sind mit dem Ausgangs­ signal U₁ des ersten D-Flip-Flops 13, dem über einen Inver­ ter 21 invertierten Signal und dem über einen Inverter 27 invertierten Ausgangssignal des zweiten D-Flip-Flops 14 belegt. Das Ausgangssignal des UND-Gatters ist dem J-Eingang eines J-K-Flip-Flops 29 zugeführt.

Die drei Eingänge eines weiteren UND-Gatters 28 sind mit den Signalen U₁, U_A und dem über den Inverter 27 invertierten Signal beaufschlagt. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 28 ist dem K-Eingang des J-K-Flip-Flops 29 zugeführt.

Am Ausgang Q des J-K-Flip-Flops 29 wird das Ausgangssignal U_A der Komparatorschaltung abgegriffen. Das J-K-Flip-Flop 29 ist mit einem Taktsignal beaufschlagt, welches aus dem Signalwechsel von U₁ und/oder U₂ generiert wird.

Eine Änderung des Ausgangssignals U_A der Logikschaltung 15 greift über das Eingangssignal U_A der Logikschaltung 15 nicht unmittelbar auf die Eingänge des Flip-Flops 29 durch, da es sich beim Flip-Flop 29 um ein Master-Slave-Flip-Flop handelt, bei dem die Eingänge mit der steigenden Taktflanke und die Ausgänge anschließend mit der abfallenden Taktflanke geschaltet werden. Eine Änderung des Ausgangssignals U_A wirkt sich demzufolge immer erst bei dem auf die Änderung folgenden Taktsignal an den Eingängen des Flip-Flops 29 aus.

Durch diese Logikschaltung 15 wird erreicht, daß das sprung­ hafte Ansteigen des Signals U₁ von L auf H ein sprunghaftes Ansteigen des Ausgangssignals U_A zur Folge hat, und daß ein sprunghaftes Abfallen des Signals U₂ von H auf L ein sprung­ haftes Abfallen des Ausgangssignals U_A bewirkt. Das Ausgangs­ signal U_A der die Logikschaltung 15 beinhaltenden Komparator­ schaltung folgt also bezüglich ihres Einschaltvorgangs dem Signal U₁ und bezüglich ihres Ausschaltvorgangs dem Signal U₂.

Bei Verwendung der beschriebenen Logikschaltung 15 können Probleme auftreten, wenn das Eingangssignal U_E unter die Spannung V_S abfällt und anschließend, ohne V_L unterschritten zu haben, wieder über V_S bzw. V_H ansteigt. In diesem Falle würde die Komparatorschaltung zwar das Absinken des Eingangs­ signals U_E unter V_S anzeigen, jedoch beim Überschreiten von V_S bzw. V_H nicht mehr reagieren.

Ebenso könnten Probleme auftreten, wenn das Eingangssignal U_E über die Spannung V_S ansteigt und anschließend, ohne V_H erreicht zu haben, wieder unter V_S bzw. V_L absinkt. In die­ sem Falle würde die Komparatorschaltung das Überschreiten von V_S anzeigen, jedoch das anschließende Unterschreiten von V_S bzw. V_L nicht mehr anzeigen.

Die beiden vorstehend beschriebenen Fälle sind zwar für die Praxis nicht besonders relevant, trotzdem soll im folgenden eine Möglichkeit aufgezeigt werden, wie entsprechende Schwie­ rigkeiten umgangen werden können.

Durch Modifikation der Logikschaltung 15 lassen sich über den in Fig. 2 gezeigten Spannungsverlauf auch Spannungsver­ läufe gemäß den Fig. 4 und 5 erreichen.

Fig. 4 zeigt einen Eingangsspannungsverlauf U_E, der unter V_S absinkt, V_L nicht erreicht und anschließend wieder über V_H ansteigt. Durch eine spezielle Ausbildung der Logikschaltung 15 kann erreicht werden, daß in diesem Fall die Ausgangsspan­ nung U_A auch bezüglich des Einschaltvorgangs der Spannung U₂ folgt, wodurch in dem dargestellten Sonderfall ein Einschal­ ten der Komparatorschaltung bei Überschreiten der Spannung V_H erreicht wird, obwohl im Normalfall die Ausgangsspannung U_A bezüglich des Einschaltvorgangs der Spannung U₁ folgt.

Analog sind in Fig. 5 die Spannungsverläufe für den Fall dar­ gestellt, daß die Eingangsspannung über den Wert V_S an­ steigt, V_H nicht erreicht und anschließend wieder unter V_L absinkt. Hier folgt die Ausgangsspannung bezüglich des Aus­ schaltvorgangs der Spannung U₁, obwohl im Normalfall ein Ab­ fallen der Spannung U₂ das Ausschalten der Komparatorschal­ tung bewirkt.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Spannungsverläufe las­ sen sich mit einer Ergänzung der Logikschaltung 15 zu einer weiteren Logikschaltung 15′ gemäß Fig. 6 realisieren.

Ein erstes UND-Gatter 33 mit drei Eingängen ist mit den Signalen U₁, dem über einen Inverter 31 invertierten Signal und dem über einen Inverter 32 invertierten Signal beaufschlagt.

Ein zweites UND-Gatter 34 mit drei Eingängen ist mit den Signalen U₁, dem über den Inverter 31 invertierten Signal und dem Signal U₂ beaufschlagt.

Ein drittes UND-Gatter 35 mit drei Eingängen ist mit dem über einen Inverter 30 invertierten Signal dem über den Inverter 32 invertierten Signal und dem Signal U_A beauf­ schlagt.

Ein viertes UND-Gatter 36 mit drei Eingängen ist mit den Sig­ nalen U₁, dem über den Inverter 32 invertierten Signal und dem Signal U_A beaufschlagt.

Die Ausgangssignale der beiden UND-Gatter 33 und 34 sind den beiden Eingängen eines ODER-Gatters 37 zugeführt.

Die Ausgangssignale der beiden UND-Gatter 35 und 36 sind den beiden Eingängen eines weiteren ODER-Gatters 38 zugeführt.

Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 37 ist mit dem J-Eingang eines J-K-Flip-Flops 29 verbunden, während der Ausgang des ODER-Gatters 38 an den K-Eingang dieses Flip-Flops angelegt ist.

Das am Ausgang Q des J-K-Flip-Flops 29 anliegende Signal bildet das Ausgangssignal U_A der Komparatorschaltung.

Das J-K-Flip-Flop 29 ist mit einem Taktsignal beaufschlagt, welches aus dem Signalwechsel von U₁ und/oder U₂ generiert wird.

Durch die beschriebene Schaltung 15′ gemäß der Fig. 6 lassen sich sowohl Signalverläufe gemäß der Fig. 2 als auch den Fig. 4 und 5 erreichen.

Die in den Fig. 1, 3 und 6 angegebenen schaltungstechnischen Lösungen stellen lediglich Beispiele für die Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltung dar, es sind jedoch auch eine Vielzahl von anderen schaltungstechnischen Lösungen mög­ lich.

Fig. 7 zeigt mögliche Ausgangsspannungsverläufe von in einer Lichttastvorrichtung vorgesehenen Lichtempfängern, in denen die erfindungsgemäße Komparatorschaltung zur Anwendung ge­ langen kann.

Hierbei handelt es sich beispielsweise um Vorrichtungen zur Signalisierung des Vorhandenseins eines Objektes in einer Tastebene in vorgegebener Entfernung vom Lichttaster.

Die erfindungsgemäße Komparatorschaltung läßt sich in derar­ tigen Lichttastern auf besonders vorteilhafte Weise ein­ setzen, da diese Lichttaster dann in der Lage sind, äußerst exakt und unabhängig vom Remissionsgrad des Objektes festzu­ stellen, wann sich ein Objekt in der Tastebene befindet.

Wie bereits erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, den Licht­ taster mit zwei benachbarten Lichtempfängern auszurüsten, wo­ bei der von einem Objekt reflektierte Lichtfleck bei Annähe­ rung eines Objektes an den Lichttaster nacheinander beide Lichtempfänger überstreicht.

Die beiden Lichtempfänger liefern dabei jeweils ein Ausgangs­ signal E₁ bzw. E₂, wie beispielsweise in Fig. 7a darge­ stellt. In dieser Figur ist der vom jeweiligen Lichtempfän­ ger gelieferte Spannungspegel über dem Abstand zwischen Ob­ jekt und Lichttaster aufgetragen.

Die Figur zeigt, daß der vom Objekt reflektierte Lichtfleck nur von einem Lichtempfänger, dann von beiden Lichtempfän­ gern zu jeweils einem, sich mit dem Abstand des Objektes än­ dernden Anteil und schließlich nur vom zweiten Lichtempfän­ ger empfangen wird. Das Objekt befindet sich dann in der Tastebene, wenn beide Lichttaster einen in etwa gleich großen Lichtanteil empfangen, wie dies bei dem in Fig. 7 eingezeichneten Abstand d₁ der Fall ist.

Der im Lichttaster vorhandenen Komparatorschaltung wird vor­ zugsweise das in Fig. 7b dargestellte Differenzsignal E₁-E₂ zugeführt.

Bei Verwendung dieses Differenzsignals E₁-E₂ kann nicht un­ terschieden werden, ob sich das Objekt in einem Abstand d₁ oder in einem Abstand d₂ vom Lichttaster befindet. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird im Lichttaster zusätzlich das in Fig. 7c dargestellte Summensignal E₁+E₂ zur Auswertung herangezogen.

Wenn das in Fig. 7c dargestellte Summensignal E₁+E₂ un­ gleich Null und das in Fig. 7b dargestellte Differenzsignal E₁-E₂ gleich Null ist, befindet sich ein Objekt in der Tastebene im Abstand d₁ vom Lichttaster.

Wenn das Differenzsignal E₁-E₂ und das Summensignal E₁+E₂ gleich Null sind, wird kein Licht zum Lichttaster reflektiert und das Objekt befindet sich beispielsweise in einem Abstand d₂ vom Lichttaster.

Claims (16)

1. Komparatorschaltung zur Auslösung eines Schaltvorganges beim Durchgang eines ansteigenden oder abfallenden elek­ trischen Eingangssignals durch eine Schaltschwelle mit einem Signaleingang und zumindest einem einen ersten und einen zweiten Schaltzustand aufweisenden Signalausgang, wobei der erste Schaltzustand einen über der Schalt­ schwelle (V_S) liegenden Pegel und der zweite Zustand einen unter der Schaltschwelle (V_S) liegenden Pegel des Eingangssignals repräsentiert, wobei in der Komparator­ schaltung zwei Komparatoren (1, 2) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleingänge der beiden Komparatoren (1, 2) je­ weils mit dem Signal (U_E) beaufschlagt und die Referenz­ eingänge der beiden Komparatoren (1, 2) in der Weise be­ schaltet sind, daß der erste Komparator (1) bei Über­ schreiten der Schaltschwelle (V_S) ein- und bei Unter­ schreiten einer kleiner als die Schaltschwelle (V_S) ge­ wählten ersten Hilfsschwelle (V_L) ausschaltet, daß der zweite Komparator (2) bei Überschreiten einer größer als die Schaltschwelle (V_S) gewählten zweiten Hilfsschwelle (V_H) ein- und bei Unterschreiten der Schaltschwelle (V_S) ausschaltet, und daß die Signalausgänge der beiden Kompa­ ratoren (1, 2) an eine Logikschaltung (15) angeschlossen sind, welche beim Einschalten des ersten Komparators (1) ein dem Einschaltzustand der Komparatorschaltung ent­ sprechendes Ausgangssignal U_A der Logikschaltung und beim Ausschalten des zweiten Komparators (2) ein dem Ausschaltzustand der Komparatorschaltung entsprechendes Ausgangssignal U_A der Logikschaltung bewirkt, wobei die Differenz der beiden Hilfsschwellenspannungen V_H-V_L so groß gewählt ist, daß ein durch dem Eingangssignal über­ lagerte Störsignale bedingtes instabiles Schaltverhalten der Komparatorschaltung vermieden wird.

2. Komparatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (U_E) über eine Kapazität (7) an die Signaleingänge der beiden Komparatoren (1, 2) angelegt ist.

3. Komparatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen ( V_S, V_H bzw. V_L) an einem gemeinsa­ men Spannungsteiler (3, 4, 5, 6) abgegriffen sind.

4. Komparatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleingänge der beiden Komparatoren (1, 2) über einen gemeinsamen Widerstand (8) an die der Schalt­ schwelle entsprechende Spannung (V_S) angeschlossen sind.

5. Komparatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Schaltschwelle und der ersten Hilfsschwelle entsprechenden Spannungen (V_S, V_L) über zwei antivalent schaltbare Schalter (9, 10) an den Referenzeingang des ersten Komparators (1) und die der Schaltschwelle und der zweiten Hilfsschwelle entsprechenden Spannungen (V_S, V_H) über zwei antivalent schaltbare Schalter (11, 12) an den Referenzeingang des zweiten Komparators (2) angelegt sind.

6. Komparatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgänge der beiden Komparatoren (1, 2) jeweils einem D-Flip-Flop (13, 14) zugeführt sind, deren Ausgänge (Q) an jeweils einen Eingang der Logikschaltung (15) angelegt sind.

7. Komparatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die D-Flip-Flops (13, 14) außerdem einen inversen Ausgang (Q) aufweisen und beide Ausgänge (Q, ) des ersten D-Flip-Flops (13) die Stellung der beiden mit dem Referenzeingang des ersten Komparators (1) verbunde­ nen Schalter (9, 10) in der Weise ansteuert, daß beim Einschalten des ersten Komparators (1) die der Schalt­ schwelle entsprechende Spannung (V_S) und beim Ausschal­ ten des ersten Komparators (1) die der ersten Hilfs­ schwelle entsprechende Spannung (V_L) an seinem Referenz­ eingang anliegt und beide Ausgänge (Q, ) des zweiten D-Flip-Flops (14) die Stellung der beiden mit dem Referenzeingang des zweiten Komparators (2) verbundenen Schalter (11, 12) in der Weise ansteuern, daß beim Einschalten des zweiten Komparators (2) die der zweiten Hilfsschwelle entsprechende Spannung (V_H) und beim Aus­ schalten des zweiten Komparators (2) die der Schalt­ schwelle entsprechende Spannung (V_S) an seinem Referenz­ eingang anliegt.

8. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide D-Flip-Flops (13, 14) mit demselben Takt beauf­ schlagt sind.

9. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (15) ein JK-Flip-Flop (29) auf­ weist, an dessen Setzeingang über ein UND-Gatter (24) das Ausgangssignal U₁ des ersten D-Flip-Flops (13), das über einen Inverter (21) invertierte Signal und das über einen weiteren Inverter (27) invertierte Signal anliegen, und an dessen Rücksetzeingang über ein UND-Gatter (28) das Ausgangssignal U₁ des ersten D-Flip-Flops (13), das Signal U_A und das über den Inverter (27) invertierte Ausgangssignal des zweiten D-Flip-Flops (14) anliegen.

10. Komparatorschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das JK-Flip-Flop (29) bei jedem Wechsel von U₁ und/oder U₂ mit einem Takt beaufschlagt wird.

11. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Setzeingang des JK-Flip-Flops (29) zusätzlich ein Signal anliegt, welches das Setzen des JK-Flip-Flops (29) bewirkt, wenn die Eingangsspannung U_E der Kompara­ torschaltung von einem Wert oberhalb V_S auf einen Wert zwischen V_S und V_L absinkt und anschließend über V_H steigt.

12. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Rücksetzeingang des JK-Flip-Flops (29) zusätzlich ein Signal anliegt, welches das Rücksetzen des Flip-Flops bewirkt, wenn die Eingangsspannung U_E der Komparatorschaltung von einem Wert unterhalb V_S auf einen Wert zwischen V_S und V_H ansteigt und anschließend unter V_L absinkt.

13. Komparatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation eines dem Eingangssignal U_E überla­ gerten Rauschsignals mit dem Rauschpegel U_R die Ein­ schaltschwelle für den ersten Komparator (1) auf V_S+U_R/2 und für den zweiten Komparator (2) auf V_H+U_R/2 einge­ stellt ist, und daß die Ausschaltschwelle für den ersten Komparator (1) auf V_L-U_R/2 und für den zweiten Kompara­ tor (2) auf V_S-U_R/2 eingestellt ist.

14. Verwendung einer Komparatorschaltung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche in einem Lichttaster zur Signali­ sierung des Vorhandenseins eines Objektes in einer Tast­ ebene in vorgegebener Entfernung vom Lichttaster, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichttaster einen Lichtsender und zwei das vom Objekt reflektierte Licht empfangende, benachbarte Licht­ empfänger aufweist, wobei das Licht bei Annäherung des Objektes an den Lichttaster zuerst nur von einem Licht­ empfänger, dann von beiden Lichtempfängern jeweils zu einem, sich mit dem Abstand des Objektes ändernden An­ teil und schließlich nur vom zweiten Lichtempfänger em­ pfangen wird, wobei sich das Objekt dann in der Tastebe­ ne befindet, wenn beide Lichtempfänger einen in etwa gleich großen Lichtanteil empfangen, und wobei zumindest das Differenzsignal (E₁-E₂) der von den beiden Lichtem­ pfängern gelieferten Signale der Komparatorschaltung als Eingangssignal U_E zugeführt ist.

15. Verwendung einer Komparatorschaltung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das Summensignal (E₁+E₂) der von den beiden Lichtempfängern gelieferten Signale anzeigt, ob sich ein Objekt exakt in der Tastebene oder in sehr großem Abstand vom Lichttaster befindet.

16. Verwendung einer Komparatorschaltung gemäß einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender impulsförmige Signale aussendet und der Impulstakt zum Takten der in der Schaltungsanordnung vorhandenen D-Flip-Flops verwendet wird.