Title:
Lichtgitter
Kind Code:
U1


Abstract:

Lichtgitter (1) mit einem ersten Sendeelement (2a) zum Aussenden eines ersten, mindestens einen frequenzbehafteten Signalanteil enthaltenden Messstrahls (L) zu einem vom Sendelement (2a) räumlich getrennten ersten Empfängerelement (3a), wobei das Empfängerelement (3a) zur Umwandlung des empfangenen Messstrahls (L) sowie eines dem Messstrahl (L) evtl. überlagerten Störsignals in ein Empfangssignal (S3a, S3b, S3c), insbesondere eines Stromsignals, eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
a) eine Referenzsignalerzeugereinheit (3c) zur Erzeugung eines Empfänger-Referenzsignals (S2) und eine Summiereinheit (3d) zum Erzeugen eines Summensignals (S4a, S4b, S4c) durch Summation des Empfänger-Referenzsignals (S2) mit dem Empfangssignal (S3a, S3b, S3c) vorgesehen ist,
b) eine der Summiereinheit (3d) nachgeschaltete Signaltrenneinheit (10) zum Abtrennen des Störsignals von dem frequenzbehafteten Signalanteil vorgesehen ist,
c) eine der Signaltrenneinheit (10) nachgeschaltete Signalwandlereinheit (11) zum Umwandeln des Ausgangssignals (S5a, S5b, S5c) der Signaltrenneinheit (10) vorgesehen ist,
d) der Signalwandlereinheit (11) ein Phasenkomparator (12) zum Vergleich des Ausgangssignals (S5a, S5b, S5c) der Signaltrenneinheit (10) mit einem Phasen-Referenzsignal (S7) nachgeschaltet ist,
e) dem Phasenkomparator (12) eine Vergleichereinheit (13, 14, 15, µC) zum Vergleichen eines während eines ersten Phasenmesszeitraums erzeugten ersten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) und eines während eines vom ersten Phasenmesszeitraum unterschiedlichen zweiten Phasenmesszeitraums erzeugten zweiten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) nachgeschaltet ist. embedded image




Application Number:
DE202017102176U
Publication Date:
07/12/2018
Filing Date:
04/11/2017
Assignee:
DUOmetric AG, 86836 (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Charrier Rapp & Liebau, 86150, Augsburg, DE
Claims:
Lichtgitter (1) mit einem ersten Sendeelement (2a) zum Aussenden eines ersten, mindestens einen frequenzbehafteten Signalanteil enthaltenden Messstrahls (L) zu einem vom Sendelement (2a) räumlich getrennten ersten Empfängerelement (3a), wobei das Empfängerelement (3a) zur Umwandlung des empfangenen Messstrahls (L) sowie eines dem Messstrahl (L) evtl. überlagerten Störsignals in ein Empfangssignal (S3a, S3b, S3c), insbesondere eines Stromsignals, eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
a) eine Referenzsignalerzeugereinheit (3c) zur Erzeugung eines Empfänger-Referenzsignals (S2) und eine Summiereinheit (3d) zum Erzeugen eines Summensignals (S4a, S4b, S4c) durch Summation des Empfänger-Referenzsignals (S2) mit dem Empfangssignal (S3a, S3b, S3c) vorgesehen ist,
b) eine der Summiereinheit (3d) nachgeschaltete Signaltrenneinheit (10) zum Abtrennen des Störsignals von dem frequenzbehafteten Signalanteil vorgesehen ist,
c) eine der Signaltrenneinheit (10) nachgeschaltete Signalwandlereinheit (11) zum Umwandeln des Ausgangssignals (S5a, S5b, S5c) der Signaltrenneinheit (10) vorgesehen ist,
d) der Signalwandlereinheit (11) ein Phasenkomparator (12) zum Vergleich des Ausgangssignals (S5a, S5b, S5c) der Signaltrenneinheit (10) mit einem Phasen-Referenzsignal (S7) nachgeschaltet ist,
e) dem Phasenkomparator (12) eine Vergleichereinheit (13, 14, 15, µC) zum Vergleichen eines während eines ersten Phasenmesszeitraums erzeugten ersten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) und eines während eines vom ersten Phasenmesszeitraum unterschiedlichen zweiten Phasenmesszeitraums erzeugten zweiten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) nachgeschaltet ist.

Lichtgitter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichereinheit (13, 14, 15, uC) einen ersten Integrator (13) zum Aufintegrieren des ersten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) während des ersten Phasenmesszeitraums und einen zweiten Integrator (14) zum Aufintegrieren des zweiten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) während des zweiten Phasenmesszeitraums aufweist, und wobei die Vergleichereinheit (13, 14, 15, µC) zum Bilden einer Differenz zwischen den beiden aufintegrierten Ausgangssignalen (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) eingerichtet ist.

Lichtgitter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichereinheit (13, 14, 15, µC) einen Integrator aufweist, der zum Aufintegrieren des ersten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) während des ersten Phasenmesszeitraums und zum Abintegrieren des zweiten Ausgangssignals (S8a, S8b, S8c) des Phasenkomparators (12) während des zweiten Phasenmesszeitraums oder umgekehrt eingerichtet ist.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaltrenneinheit einen auf die Frequenz des frequenzbehafteten Signalanteils abgestimmten Schwingkreis, insbesondere LC-Parallelschwingkreis (10), umfasst.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signaltrenneinheit (10) ein Pufferverstärker (9) mit einem niederohmigen Eingang für das Summensignal (S4a, S4b, S4c) und/oder einem hochohmigen Ausgang vorgeschaltet ist.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfänger-Referenzsignal (S2) die gleiche Signalform und Frequenz hat wie der frequenzbehaftete Signalanteil des Messstrahls (L), aber gegenüber dem frequenzbehafteten Signalanteil phasenverschoben ist, und bevorzugt eine Phasenverschiebung von mehr als 45° und weniger als 135°, besonders bevorzugt von mehr als 80° und weniger als 100°, und ganz besonders bevorzugt von 90° aufweist.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzbehaftete Signalanteil, das Empfänger-Referenzsignal und/oder das Phasen-Referenzsignal eine Pulsfolge, insbesondere eine Rechteck-Pulsfolge, vorgegebener Frequenz und Amplitude ist.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtgitter (1) eine Sendeleiste (2) mit dem ersten Sendeelement (2a) und weiteren Sendelementen umfasst.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtgitter (1) eine Empfängerleiste (3) mit dem ersten Empfängerelement (3a) und weiteren Empfängerelementen (3a) umfasst.

Lichtgitter (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzsignalerzeugereinheit (3c) und die Summiereinheit (3d) in der Empfängerleiste (3) enthalten sind.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Summiereinheit (3d) ein Verstärker (3e) nachgeschaltet ist.

Lichtgitter (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendeelement (2a) und/oder das Empfängerelement (3a) mit einer Steuereinheit (4) zum Ansteuern und/oder Auslesen des Sendeelements (2a) und/oder des Empfängerelements (3a) verbunden ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Lichtgitter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Lichtgittern zur Überwachung von Gegenständen in einem Überwachungsbereich, besteht das Problem, dass Hintergrundlicht, insbesondere Fremd- und Sonnenlicht, die korrekte Funktion deutlich beeinträchtigen kann. Dabei wird die Toleranz für Hintergrundlicht in der Regel in Lux angegeben, wobei 100.000 Lux etwa der Beleuchtungsstärke durch direkte Sonneneinstrahlung entsprechen, welche die Funktion des Lichtgitters nachteilig beeinflusst. Da Lichtgitter üblicherweise mit Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung zwischen Sende- und Empfängerleiste des Lichtgitters im nahen Infrarotbereich arbeiten, typischerweise 870 nm und 940 nm Wellenlänge, kann aber auch schon die Beleuchtung durch Glühbirnen oder Halogenlampen mit nur 10.000 Lux einen nachteiligen Effekt haben. Denn diese künstlichen Lichtquellen weisen einen ähnlich hohen Infrarotanteil im Empfindlichkeitsbereich der Empfängerleiste des Lichtgitters auf, wie es bei direkter Sonneneinstrahlung der Fall ist.

Es wurden bereits unterschiedliche Maßnahmen ergriffen, um diesen Nachteil zu beheben. Beispiele hierfür sind die Verwendung von optischen Linsen, Filterelementen, Blendenhauben oder ähnlichen Schutzvorrichtungen gegen Fremd- oder Sonnenlicht.

Weiter ist aus der EP 1 950 584 A1 ein optoelektronischer Sensor mit einem Lichtsender, zwei Lichtempfängern und einem optischen Element bekannt, wobei der Lichtsender ein Nutzlicht eines ersten vorgegebenen Frequenzbereichs aussendet, und das optische Element das einfallende Nutzlicht auf einen Nutzlichtempfänger der beiden Lichtempfänger leitet. Dabei entsteht eine Überlagerung aus einem Störlicht und dem Nutzlicht, welche auf den Nutzlichtempfänger fallen, wobei zusätzlich das Störlicht auf einen Störlichtempfänger geleitet wird. Eine Auswerteeinheit vergleicht das Signal des Störlichts mit dem Signal der Überlagerung aus dem Störlicht und dem Nutzlicht und kann somit das Signal des Nutzlichts vom Signal des Störlichts trennen. Dies ist jedoch aufwändig, da ein eigener Störlichtempfänger vorgesehen werden muss.

Nachteilig ist weiter, da die Lichtsignale der Sendeelemente in den Empfängerelementen in Messsignale, üblicherweise in Stromsignale, umgewandelt werden, dass die Sonnen- oder Fremdlichteinstrahlung einen Störstrom in den Empfängerelementen verursachen kann, welcher den eigentlichen Signalstrom um ein Vielfaches übersteigt. Hierdurch wird die Messgenauigkeit stark beeinträchtigt oder ggfs. die Funktion des Lichtgitters, ein Objekt im Überwachungsbereich zwischen Sender- und Empfängerelementen zu detektieren, vollkommen verunmöglicht.

Zudem besteht oft die Schwierigkeit, bei sehr großen zu überwachenden Bereichen die Sender- und Empfängerelemente über Kabel zu verbinden, da hier lange Kabelführungen notwendig sind und dies zum Teil örtlich nur schwierig möglich ist. Ohne Kabelverbindung besteht jedoch die Schwierigkeit, eine genaue Phasenbeziehung zwischen Sender und der Auswertung der beim Empfänger empfangenen Signale sicherzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Lichtgitter bereitzustellen, welches die oben genannten Nachteile überwindet und eine zuverlässige Detektion von Objekten im Überwachungsbereich zwischen Sender- und Empfängerelementen ermöglicht, und insbesondere ein durch Fremd- oder Sonnenlicht erzeugtes Störsignal möglichst gut und dennoch auf einfache Weise, insbesondere ohne aufwändige zusätzliche Maßnahmen, unterdrückt. Auch soll es ermöglicht werden, Sender- und Empfängerelemente ohne direkte Verbindung über Kabel, Leitungen etc. zu installieren, und dennoch eine einfache und dennoch zuverlässige Detektion zu ermöglichen.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Lichtgitter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Vorteilhaft kann dadurch eine effektive Störsignalunterdrückung erfolgen, so dass ansonsten übliche Vorkehrungen wie die Verwendung spezieller optischer Linsen oder Linsenanordnungen, optischer Filterelemente, Blendenhauben oder ähnlicher Schutzvorrichtungen gegen Fremd- oder Sonnenlicht nicht notwendig sind.

Wie im vorliegenden Fachgebiet üblich, wird hier von Licht, Lichtstrahlen, Lichtsignal etc. gesprochen, auch wenn mit „Licht“ eigentlich die oft für derartige Lichtgitter verwendete Infrarotstrahlung gemeint ist, welche außerhalb des Wellenlängenbereichs des sichtbaren Lichts liegt. Anstelle von Infrarotstrahlung kann aber auch Laserlicht oder andere Lichtarten verwendet werden.

Ein eingangs genanntes Lichtgitter ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzsignalerzeugereinheit zur Erzeugung eines Empfänger-Referenzsignals und eine Summiereinheit zum Erzeugen eines Summensignals durch Summation des Empfänger-Referenzsignals mit dem Empfangssignal vorgesehen ist, eine der Summiereinheit nachgeschaltete Signaltrenneinheit zum Abtrennen des Störsignals von dem frequenzbehafteten Signalanteil vorgesehen ist, eine der Signaltrenneinheit nachgeschaltete Signalwandlereinheit zum Umwandeln des Ausgangssignals der Signaltrenneinheit vorgesehen ist, der Signalwandlereinheit ein Phasenkomparator zum Vergleich des Ausgangssignals der Signaltrenneinheit mit einem Phasen-Referenzsignal nachgeschaltet ist, dem Phasenkomparator eine Vergleichereinheit zum Vergleichen eines während eines ersten Phasenmesszeitraums erzeugten ersten Ausgangssignals des Phasenkomparators und eines während eines vom ersten Phasenmesszeitraum unterschiedlichen zweiten Phasenmesszeitraums erzeugten zweiten Ausgangssignals des Phasenkomparators nachgeschaltet ist.

Bevorzugt kann die Vergleichereinheit einen ersten Integrator zum Aufintegrieren des ersten Ausgangssignals des Phasenkomparators während des ersten Phasenmesszeitraums und einen zweiten Integrator zum Aufintegrieren des zweiten Ausgangssignals des Phasenkomparators während des zweiten Phasenmesszeitraums aufweisen, und wobei die Vergleichereinheit zum Bilden einer Differenz zwischen den beiden aufintegrierten Ausgangssignalen des Phasenkomparators eingerichtet ist.

Dabei kann die Vergleichereinheit vorteilhaft einen Integrator aufweisen, der zum Aufintegrieren des ersten Ausgangssignals des Phasenkomparators während des ersten Phasenmesszeitraums und zum Abintegrieren des zweiten Ausgangssignals des Phasenkomparators während des zweiten Phasenmesszeitraums oder umgekehrt eingerichtet sein.

Bevorzugt kann die Signaltrenneinheit einen auf die Frequenz des frequenzbehafteten Signalanteils abgestimmten Schwingkreis, insbesondere LC-Parallelschwingkreis umfassen. Vorteilhaft kann der Signaltrenneinheit ein Pufferverstärker mit einem niederohmigen Eingang für das Summensignal und/oder einem hochohmigen Ausgang vorgeschaltet sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Empfänger-Referenzsignal die gleiche Signalform und Frequenz haben wie der frequenzbehaftete Signalanteil des Messstrahls, aber gegenüber dem frequenzbehafteten Signalanteil phasenverschoben sein, und bevorzugt eine Phasenverschiebung von mehr als 45° und weniger als 135°, besonders bevorzugt von mehr als 80° und weniger als 100°, und ganz besonders bevorzugt von 90° aufweisen. Bevorzugt können der frequenzbehaftete Signalanteil, das Empfänger-Referenzsignal und/oder das Phasen-Referenzsignal eine Pulsfolge, insbesondere eine Rechteck-Pulsfolge, vorgegebener Frequenz und Amplitude sein. Vorteilhaft kann dabei der Tastgrad der Pulsfolgen 50% betragen, die Pulsfolgen also symmetrisch sein.

Die Dauer des ersten und des zweiten Phasenmesszeitraums können bevorzugt länger sein als die Periodendauer des frequenzbehafteten Signalanteils, des Empfänger-Referenzsignals und/oder des Phasen-Referenzsignals, insbesondere mindestens das 3-fache der Periodendauer. Bevorzugt kann zwischen erstem und zweiten Phasenmesszeitraum auch eine kurze Pause eingefügt werden, um ein sicheres Ausschwingen der während des ersten Phasenmesszeitraums erzeugten Signale zu ermöglichen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Lichtgitter eine Sendeleiste mit dem ersten Sendeelement und weiteren Sendelementen. Vorteilhaft kann das Lichtgitter eine Empfängerleiste mit dem ersten Empfängerelement und weiteren Empfängerelementen umfassen. Dabei können vorteilhaft die Referenzsignalerzeugereinheit und die Summiereinheit in der Empfängerleiste enthalten sein. Bevorzugt kann der Summiereinheit ein Verstärker nachgeschaltet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das Sendeelement und/oder das Empfängerelement mit einer Steuereinheit zum Ansteuern und/oder Auslesen des Sendeelements und/oder des Empfängerelements verbunden sein.

Ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters mit mindestens einem ersten Sendeelement zum Aussenden eines ersten, mindestens einen frequenzbehafteten Signalanteil enthaltenden Messstrahls zu einem vom Sendelement räumlich getrennten ersten Empfängerelement, wobei das Empfängerelement zur Umwandlung des empfangenen Messstrahls sowie eines dem Messstrahl evtl. überlagerten Störsignals in ein Empfangssignal, insbesondere eines Stromsignals, eingerichtet ist, ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, dass a) während eines ersten Phasenmesszeitraums im Empfängerelement ein erstes Empfangssignal erzeugt wird, b) das erste Empfangssignal und ein Empfänger-Referenzsignal zu einem ersten Summensignal aufsummiert werden, c) während eines zweiten, vom ersten Phasenmesszeitraum unterschiedlichen zweiten Phasenmesszeitraums im Empfängerelement ein zweites Empfangssignal erzeugt wird, d) das zweite Empfangssignal und das Empfänger-Referenzsignal zu einem zweiten Summensignal aufsummiert werden, e) und dann eine Phasenlage des ersten Summensignals und des zweiten Summensignals miteinander verglichen werden, und ein Signal für das Vorhandensein eines Gegenstandes zwischen dem Sendeelement und dem Empfängerelement daraus abgeleitet wird, wobei entweder f) vom Sendeelement im ersten Phasenmesszeitraum kein Messstrahl und im zweiten Phasenmesszeitraum der Messstrahl ausgesendet wird, oder g) sowohl im ersten als auch im zweiten Phasenmesszeitraum der Messstrahl ausgesendet wird, wobei g1) die Phasenlage des frequenzbehafteten Signalanteils des Messstrahls konstant gehalten wird und die Phasenlage des Empfänger-Referenzsignals zwischen erstem und zweiten Phasenmesszeitraum verschoben wird, oder g2) die Phasenlage des frequenzbehafteten Signalanteils des Messstrahls zwischen erstem und zweiten Phasenmesszeitraum verschoben wird und die Phasenlage des Empfänger-Referenzsignals konstant gehalten wird. Vorteilhaft kann das Verfahren bei einem oben und nachfolgend beschriebenen Lichtgitter verwendet werden.

Bevorzugt können die Phasenlage des ersten Summensignals und des zweiten Summensignals jeweils im ersten bzw. zweiten Phasenmesszeitraum bestimmt werden.

Dabei kann vorteilhaft der zweite Phasenmesszeitraum unmittelbar auf den ersten Phasenmesszeitraum folgen oder umgekehrt. Vorteilhaft kann dabei auch eine Pause zwischen den beiden Phasenmesszeiträumen eingefügt werden, um Einschwingvorgänge ausreichend Zeit zum Abklingen zu lassen und die während der beiden Phasenmesszeiträume bestimmten Phasenlagen des ersten bzw. zweiten Summensignals sauber trennen zu können.

Weiter kann bevorzugt nach Schritt b) bzw. d) zum Unterdrücken des im Empfangssignal enthaltenen Störsignalanteils das erste bzw. zweite Summensignal einer Signaltrenneinheit zum Abtrennen des Störsignalanteils von dem frequenzbehafteten Signalanteil des Summensignals zugeführt werden. Dabei kann bevorzugt die Signaltrenneinheit einen auf die Frequenz des frequenzbehafteten Signalanteils abgestimmten Schwingkreis umfassen. Hierbei kann das Ausgangssignal der Signaltrenneinheit während des ersten Phasenmesszeitraums in eine erste Pulsfolge bzw. während des zweiten Phasenmesszeitraums in eine zweite Pulsfolge, insbesondere Rechteck-Pulsfolgen, umgewandelt werden. Bevorzugt kann das Ausgangssignal der Signaltrenneinheit während des ersten Phasenmesszeitraums und des zweiten Phasenmesszeitraums mit einem Phasen-Referenzsignal verglichen und dadurch ein erstes bzw. zweites Vergleichssignal erzeugt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Phasen-Referenzsignal eine Pulsfolge, insbesondere eine Rechteck-Pulsfolge, mit vorgegebener Frequenz und Amplitude sein. Bevorzugt kann die Phasenlage des Phasen-Referenzsignals in Schritt g1) um denselben Betrag und/oder in dieselbe Richtung verschoben werden wie das Empfänger-Referenzsignal.

Weiter kann vorteilhaft das während des ersten Phasenmesszeitraums ermittelte erste Vergleichssignal über einen ersten Integrationszeitraum zu einem ersten Integrationssignal aufintegriert und das während des zweiten Phasenmesszeitraums ermittelte zweite Vergleichssignal über einen zum ersten Integrationszeitraum unterschiedlichen zweiten Integrationszeitraum zu einem zweiten Integrationssignal aufintegriert werden, wobei das erste Integrationssignal mindestens bis zum Ende des zweiten Integrationszeitraums gehalten wird, und anschließend ein Differenzsignal zwischen dem ersten Integrationssignal und zweiten Integrationssignal gebildet wird, um das Signal für das Vorhandensein eines Gegenstandes zwischen dem Sendeelement und dem Empfängerelement daraus abzuleiten. Alternativ kann das während des ersten Phasenmesszeitraums ermittelte erste Vergleichssignal über einen ersten Integrationszeitraum zu einem Integrationssignal aufintegriert und mindestens bis zum Beginn des zweiten Phasenmesszeitraums gehalten werden, und im zweiten Phasenmesszeitraum das Integrationssignal ausgehend von seinem gehaltenen Endwert am Ende des ersten Phasenmesszeitraums über das zweite Vergleichssignal abintegriert werden oder umgekehrt. Bevorzugt können der erste und der zweite Integrationszeitraum gleich lang sein.

Bevorzugt können der oder die Integratoren nach dem zweiten Phasenmesszeitraum zurückgesetzt werden, um die Integration während des folgenden neuen ersten Phasenmesszeitraums wieder von einem vordefinierten Startwert beginnen zu können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das Empfänger-Referenzsignal die gleiche Signalform und Frequenz haben wie der frequenzbehaftete Signalanteil des Messstrahls, aber gegenüber dem frequenzbehafteten Signalanteil phasenverschoben sein, und bevorzugt eine Phasenverschiebung von mehr als 45° und weniger als 135°, besonders bevorzugt von mehr als 80° und weniger als 100°, und ganz besonders bevorzugt von 90° aufweisen.

Weiter kann in Schritt g1) die Phasenlage des Empfänger-Referenzsignals zwischen erstem und zweiten Phasenmesszeitraum betragsmäßig um mindestens 45°, bevorzugt um mindestens 60° und besonders bevorzugt um 90° verschoben werden. Alternativ kann in Schritt g2) die Phasenlage des frequenzbehafteten Signalanteils des Messstrahls zwischen erstem und zweiten Phasenmesszeitraum betragsmäßig um mindestens 45°, bevorzugt um mindestens 60° und besonders bevorzugt um 90° verschoben werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von detaillierten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen:

  • 1 eine schematische Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen Lichtgitters;
  • 2 einen schematischen Schaltplan eines Steuerbausteins aus 1;
  • 3 einen schematischen Schaltplan einer Sendeleiste des Lichtgitters aus 1;
  • 4 einen schematischen Schaltplan einer Empfängerleiste des Lichtgitters aus 1;
  • 5 ein Diagramm mit zeitlichen Signalverläufen für einen beispielhaften Messvorgang;
  • 6 ein Diagramm mit zeitlichen Signalverläufen für einen beispielhaften Messvorgang einer zweiten Ausführung der Erfindung;
  • 7 ein Diagramm mit zeitlichen Signalverläufen für einen beispielhaften Messvorgang einer dritten Ausführung der Erfindung.

Wie in 1 gezeigt, umfasst ein erfindungsgemäßes Lichtgitter 1 eine Sendeleiste 2 mit einer Vielzahl von nur angedeuteten einzelnen Sendeelementen, beispielsweise Infrarot (IR)-Sendedioden, von denen hier nur ein Sendeelement 2a einzeln bezeichnet ist, sowie eine Empfängerleiste 3 mit ebenfalls einer Vielzahl von nur angedeuteten einzelnen Empfängerelementen, beispielsweise IR-Empfangsdioden, von denen hier nur ein Empfängerelement 3a einzeln bezeichnet ist.

Weiter umfasst das Lichtgitter 1 eine Steuereinheit 4, welche über ein mehradriges Kabel 5 zur Energieversorgung und Ansteuerung der Sendelemente 2a und insbesondere Erzeugung der Sendesignale mit der Sendeleiste 2 verbunden ist. Entsprechend ist die Steuereinheit 4 über ein weiteres mehradriges Kabel 6 mit der Empfängerleiste 3 verbunden, um die Empfängerelemente 3a mit Energie zu versorgen und die dort empfangenen und vorverarbeiteten Empfangssignale wie ein später im Detail beschriebenes Referenzsignal und Summensignal in die Steuereinheit 4 auszulesen.

Die Versorgung des Steuergeräts 4 mit elektrischer Energie erfolgt über eine elektrische Spannungsversorgung 7 in an sich bekannter Weise. Hieraus speist die Steuereinheit 4 auch die Sendeleiste 2 und Empfängerleiste 3.

Weiter ist die Steuereinheit 4 mit einer übergeordneten Steuerung 8 verbunden, in welcher die ermittelten Daten, also insbesondere die Detektion eines Objekts in einem Überwachungsbereich Ü zwischen der Sendeleiste 2 und der Empfängerleiste 3, weiterverarbeitet werden können.

Zur Überwachung sendet das Sendeelement 2a in an sich bekannter Weise ein als Pfeil angedeutetes Messsignal in Form eines Lichtstrahls L, bevorzugt infrarotes Licht, zur Empfängerleiste 3. Dabei ist in einer Strahlzeit bevorzugt jeweils nur je ein Sendeelement 2a und ein Empfängerelement 3a aktiv. Die anderen Sendeelemente senden dann sequentiell jeweils einen eigenen Lichtstrahl, so dass der Messvorgang soweit möglich anhand des Lichtstrahls L zwischen Sendelement 2a und Empfängerelement 3a während einer Strahlzeit exemplarisch erläutert werden kann. Entsprechende Aussagen gelten auch für die anderen Sende- bzw. Empfängerelemente.

Der beim Empfängerelement 3a ankommende Lichtstrahl L wird dort bevorzugt in ein Strom-Empfangssignal umgewandelt, welches dort wie nachfolgend beschrieben vorausgewertet und dann an die Steuereinheit 4 weitergeleitet wird, um eine Aussage über Objekte im Überwachungsbereich Ü zwischen Sendeleiste 2 und Empfängerleiste 3 zu ermöglichen.

Durch die Einstrahlung von Sonnenlicht oder Fremdlicht auf das Empfängerelement 3a kann dort ein Störsignal, insbesondere Störstrom, verursacht werden, welches das durch den Lichtstrahl L des Sendeelements 2a erzeugte Empfangssignal stört und ungünstigenfalls um ein Vielfaches übersteigen kann. Hierdurch kann dann eine sichere Aussage über das Vorhandensein eines Objekts im Überwachungsbereich Ü unmöglich gemacht werden.

Dies wird vorteilhaft dadurch verhindert, dass die Stärke des Empfangssignals nicht direkt durch eine Amplitudenmessung erfolgt, sondern indirekt durch eine Phasenmessung. Gemessen wird dabei die Phasenlage eines aus Empfangssignal und einem Referenzsignal gleicher Frequenz, fester Amplitude und Phasenlage aufsummierten Summensignals. Dabei nimmt der Einfluss des Empfangssignals auf die Phasenlage des Summensignals mit steigender Amplitude des Empfangssignals zu, so dass die Phasenlage des Summensignals ein Maß für die Stärke des Empfangssignals darstellt.

Um dabei eine gute Trennung des Störsignals zu ermöglichen, wird zur Maximierung der Amplitude des Empfangssignals dem hierdurch erzeugten Strom ein möglichst hoher Arbeitswiderstand entgegenhalten, während dem durch die Störsignale erzeugten Strom ein möglichst geringer Arbeitswiderstand entgegenhalten wird, um den Störsignal-Strom abzuleiten. Hierzu kann vorteilhaft ein Parallelschwingkreis verwendet werden, dessen Resonanzfrequenz der Frequenz des Sendesignals entspricht.

Um die Trennung des Störsignals weiter zu verbessern, werden in jeder einzelnen Strahlzeit in möglichen kurzem zeitlichen Abstand zwei Phasenmessungen durchgeführt, und zwar einmal ohne Lichtstrahl L, um die Störsignale zu bestimmen, und dann mit dem Lichtstrahl L, so dass das Empfangssignal sowohl die Störsignale als auch das durch den Lichtstrahl L erzeugte Messsignal enthält. Durch den Vergleich dieser beiden Phasenmessungen innerhalb der Strahlzeit ist dann eine präzise Aussage über Objekte im Überwachungsbereich Ü möglich.

Dies wird nachfolgend anhand der Schaltbilder der Steuereinheit 4 in 2, der Sendeleiste 2 in 3 und der Empfängerleiste 3 in 4 sowie der Signalverläufe in 5 über eine von t = 0 bis t = 30µs dauernde vollständige Strahlzeit, also Messzeit, für einen Lichtstrahl L zwischen Sendeelement 2a und Empfängerelement 3a im Detail beschrieben.

Dabei beziehen sich die nachfolgenden Zahlen mit einem vorangestellten Buchstaben „S“ auf die in 5 gezeigten Signalverläufe. Dort werden zur besseren Erläuterung jeweils drei unterschiedliche Fälle dargestellt, nämlich der Fall eines mit dem Buchstaben „a“ gekennzeichneten starken Empfangssignals, der mit dem Buchstaben „b“ gekennzeichnete Fall eines schwachen Empfangssignals und der mit dem Buchstaben „c“ gekennzeichnete Fall eines vollkommen fehlenden Empfangssignals, also auch bei vollständiger Unterbrechung des vom Sendeelement 2a ausgesendeten Lichtstrahls L durch ein Objekt. Dabei gehören die jeweils mit „a“, „b“ bzw. „c“ gekennzeichneten Signalverläufe jeweils zusammen, also z.B. S3a und S5a etc.

In 2 und 4 sind die in 5 gezeigten Signale beispielhaft ebenfalls an den jeweiligen Stellen eingezeichnet, wobei aus Platzgründen die Buchstaben „a“, „b“ und „c“ für die drei oben benannten Fälle weggelassen wurden. Entsprechend wird auch nachfolgend auf die ausdrückliche Nennung der drei Fälle „a“, „b“ und „c“ verzichtet, sondern jeweils nur der jeweils mit der Ziffer bezeichnete Fall beschrieben, also z.B. S3 anstelle von S3a, S3b und S3c.

Das in der Sendeleiste 2 erzeugte Sendesignal S1, also der Lichtstrahl L des Sendeelements 2a, besteht aus einer zusammenhängenden Pulsfolge mit einer vorgegebenen Arbeitsfrequenz am Ende der Strahlzeit, während am Anfang der Strahlzeit kein Lichtstrahl L ausgesendet wird. Bevorzugt ist die Dauer der Pulsfolge dabei kleiner als die Hälfte der Strahlzeit, und besonders bevorzugt nur ein Drittel der Strahlzeit. Die Pulsfolge selbst stellt einen frequenzbehafteten Signalanteil des Lichtstrahls dar, wobei der Tastgrad bevorzugt 50% beträgt.

Ein Beispiel für eine schaltungstechnische Realisierung der Sendeleiste 2 zeigt 3. Dabei wird durch ein Steuersignal der Steuereinheit 4 über ein Schieberegister 2b zunächst für die erste Strahlzeit die IR-Sendediode 2a sowie der Schalter 2c angesteuert, sodass die IR-Sendediode 2a den Lichtstrahl L zur Empfangsdiode 3a sendet.

Das in der Empfängerleiste 3 vom Empfängerelement 3a während der Strahlzeit empfangene Empfangssignal S3 wird mit einem empfängerseitig erzeugten Empfänger-Referenzsignal S2 in Form einer Pulsfolge gleicher Frequenz wie die Arbeitsfrequenz, definierter Stärke und Phasenlage zu einem Summensignal S4 addiert. Wie 5 zeigt, erhält das Summenssignal S4 je nach Stärke des Empfangssignals S3 am Empfängerelement 3a durch dass Addieren mit dem Referenzsignal S2 aufgrund der festen Phasenlage und gleicher Frequenz beider Pulsfolgen, aber der unterschiedlichen Amplitude des Empfangssignals S3, eine unterschiedliche, also variable Phasenlage. Hierdurch kann dann ein Rückschluss auf die Amplitude des Empfangssignals S3 erfolgen.

Die Phasenlage des Referenzsignals S2 ist gegenüber der Phasenlage des Empfangssignals S3 um nominell 90 Grad verschoben, um eine maximale Verschiebung der Phase des Summensignals S4 gegenüber dem Referenzsignal S2 zu ermöglichen. Eine Phasenverschiebung von 0 Grad zwischen Empfangssignals S3 und Referenzsignal S2 ergäbe im Summensignal S4 eine Erhöhung der Amplitude, aber keine Phasenverschiebung, während eine Phasenverschiebung von 180 Grad zu einer Abschwächung des Summensignals S4 ohne verwertbare Phasenverschiebung führen würde.

Das Summensignal S4 erfährt nun, abhängig von der Stärke des Empfangssignals S3, eine Phasenverschiebung gegenüber dem Referenzsignal S2 zwischen 0 Grad und einem Wert kleiner 90 Grad.

Bevorzugt kann der typische Arbeitsbereich für die Phasenverschiebung zwischen 0 und 45 Grad liegen, da das Summensignal S4, bei gleicher Größe von Empfangssignal S3 und Referenzsignal S2 eine Phasenverschiebung von 45 Grad hat. Übersteigt die Größe des Empfangssignals S3 die des Referenzsignals S2 um ein mehrfaches, so nähert sich die Phasenlage des Summensignals S4 asymptotisch der des Empfangssignals S3 an, ohne diese ganz zu erreichen.

Eine schaltungstechnische Realisierung der Empfängerleiste 2 zeigt 4. Dabei wird durch ein Steuersignal der Steuereinheit 4 über ein Schieberegister 3b zunächst für die erste Strahlzeit die IR-Empfängerdiode 3a angesteuert, sodass die IR-Empfängerdiode 3a den von dem Sendeelement 2a gesendeten Lichtstrahl L empfängt. Zugleich wird in einer Referenzsignalerzeugereinheit 3c auf das Steuersignal der Steuereinheit 4 hin das Referenzsignal S2 erzeugt, sodass in einer Summiereinheit 3d das Referenzsignal S2 und das Empfangssignal S3 zum Summenssignal S4 aufaddiert werden können. Anschließend kann vorteilhaft das Summensignal S4 über einen einzelnen Verstärker 3e, z.B. einen einzigen gemeinsamen Transistor für alle Empfängerelemente 3a, nochmals verstärkt werden, bevor es dann der Steuereinheit 4 zu Weiterverarbeitung zugeleitet wird.

Vorteilhaft können die Ansteuersignale für die einzelnen Sendeelemente bzw. Empfängerelemente der Sendeleiste 2 bzw. Empfängerleiste 3 durch die Steuereinheit 4 synchronisiert werden, sodass nach der ersten Strahlzeit für das erste Paar von Sendeelement 2a und Empfängerelement 3a mittels der Schieberegister 2b bzw. 3b der entsprechende Vorgang für das nächste Sendeelement-Empfängerelement-Paar durchgeführt werden kann.

Um das Störsignal möglichst gut unterdrücken zu können, wird in der Strahlzeit zunächst eine erste Phasenmessung ohne vom Sendeelement 2a ausgesendetem Sendesignal S1 durchgeführt, so dass das Empfangssignal S3 nur die Störeinflüsse enthält, und anschließend eine zweite Phasenmessung mit Sendesignal S1. Die Reihenfolge kann aber auch umgekehrt werden. Zudem ist es auch möglich, während einer Strahlzeit mehr als zwei Phasenmessungen auszuführen, um die Genauigkeit der Messung und Bestimmung des Vorhandenseins eines Gegenstandes weiter zu erhöhen.

Dann werden die Ergebnisse der beiden Phasenmessungen während der Strahlzeit verglichen, um die Störeinflüsse zu eliminieren und somit einen möglichst genauen Wert für die Stärke des vom Empfängerelement 3a empfangenen Lichtstrahls L zu erhalten und folglich eine genaue Aussage über Objekte im Überwachungsbereich Ü treffen zu können. Um die Störeinflüsse hierbei möglichst gut unterdrücken zu können, kann die erste und zweite Phasenmessung bevorzugt in möglichst kurzem Abstand hintereinander erfolgen, sodass die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass sich in der Zwischenzeit die Störeinflüsse ändern.

Bevorzugt kann das Summensignal S4 von der Empfängerleiste 3 zur Steuereinheit 4 ein Stromsignal sein. Dabei erzeugt ein unerwünschtes Hintergrundlicht einen Störstrom, der den Stromwert des Summensignals S4 ohne weiteres tausendfach übersteigen kann.

Um die beiden Stromsignale trennen zu können, wird der Strom des Summensignals S4 am Eingang 4E der Steuereinheit 4 auf einen in 2 gezeigten Pufferverstärker 9 geführt, dessen Eingang niederohmig ist, damit der Spannungshub auf der Leitung 6 gering bleibt und die Kapazität der Leitung 6 das eingehende Stromsignal möglichst wenig beeinträchtigt.

Der Ausgang des Pufferverstärkers 9 hingegen ist hochohmig und führt auf einen hier als LC-Parallelschwingkreis 10 (LC-Resonator) ausgebildeten Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz auf die Pulsfrequenz des Sendesignals S1 abgestimmt ist. Da Störsignale wie Tageslicht oder auch eine künstliche Beleuchtung in der Regel über längere Zeit mit gleicher Stärke anliegen und sich innerhalb der einen Strahlzeit nicht oder nur gering ändern, fließt der hierdurch erzeugte Gleichstromanteil des Summensignals S4 über die Induktivität des LC-Parallelschwingkreises 10 nach Masse ab, während der Wechselstromanteil am Resonanzwiderstand des LC-Parallelschwingkreises 10 eine sinusförmige Spannung aufbaut. Die Phasenlage dieser Sinusspannung S5 enthält somit die Information über die Stärke des Empfangssignals S3.

Wie oben bereits beschrieben, wird innerhalb der einen Strahlzeit die Phasenlage der Sinusspannung S5 zwei Mal zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen, nämlich zunächst ohne und danach mit Sendesignal S1. Durch das Sendesignal S1 erfolgt eine zusätzliche Phasenverschiebung des Empfangssignals S3 gegenüber dem Ruhezustand ohne Lichtsignal von der Sendeleiste 2, wenn im Überwachungsbereich Ü des Lichtgitters 1 der Raum zwischen dem jeweiligen Sendeelement 2a und Empfängerelement 3a optisch durchgängig ist. Die Differenz der beiden gemessenen Phasenlagen ist dann wieder ein Maß für die Stärke des an der Empfängerleiste 3 von der Sendeleiste 2 empfangenen Sendesignals S1, also Lichtstrahls L, und wird zur Bestimmung der Objekte im Überwachungsbereich Ü dann wie folgt weiter ausgewertet.

Vorteilhaft kann der LC-Parallelschwingkreis 10 mit zwei Kapazitätsdioden oder Gruppen von Kapazitätsdioden ausgestattet sein, um so die Referenzfrequenz des LC-Parallelschwingkreises 10 bevorzugt mittels Software automatisch auf die Arbeitsfrequenz des Sendeelements 2a, abzustimmen. Die zwei Kapazitätsdioden oder Gruppen von Kapazitätsdioden sind derart angeordnet, dass die Spannung am LC-Parallelschwingkreis 10, die der Abstimmspannung der Kapazitätsdioden überlagert ist, stets die Abstimmspannung der einen Kapazitätsdiode bzw. Gruppe von Kapazitätsdioden erhöht und die Abstimmspannung der anderen Kapazitätsdiode bzw. Kapazitätsdioden vermindert und umgekehrt, sodass der Einfluss der Arbeitsspannung des LC-Parallelschwingkreis 10 auf die gesamte wirksame Kapazität der Kapazitätsdioden weitgehend ausgeschaltet wird und damit eine Verstimmung des LC-Parallelschwingkreis 10 in Abhängigkeit der Amplitude der Arbeitsspannung nur in sehr geringem Maße stattfindet.

Das Sinussignal S5 des LC-Parallelschwingkreis 10 wird anschließend in einer Sinus-Rechteck-Umformereinheit 11 in ein Logiksignal S6 umgeformt und dann in einem Phasenkomparator 12 mit einem Phasen- oder Logik-Referenzsignal S7 gleicher Frequenz und vorgegebener Phasenlage verglichen. Bevorzugt kann dabei die Arbeitsspannung des LC-Parallelschwingkreis 10 - mit oder ohne Zwischenschaltung des Pufferverstärkers 9 - durch hohe Verstärkung und Pulsformung in das Logiksignal S6 umgeformt werden.

Das Ausgangssignal S8 des Phasenkomparators 12 stellt wiederum ein Maß für die Phasenlage des Sinussignals S5 am LC-Parallelschwingkreis 10 und somit für die Stärke des Empfangssignals S3 dar. Das Ausgangssignal S8 des Phasenkomparators 12 wird innerhalb der ersten Phasenmessung einem als Integrator 13 ausgebildetem erstem Speicherelement zugeleitet und dort für eine vorgegebene Integrationszeit aufintegriert und der aufintegrierte Endwert gehalten bzw. gespeichert.

Anschließend wird innerhalb der auf die erste Phasenmessung folgenden zweiten Phasenmessung das Ausgangssignal S8 des Phasenkomparators 12 einem zweiten als Integrator 14 ausgebildetem zweiten Speicherelement zugeleitet und dort für die gleiche vorgegebene Integrationszeit wie bei der ersten Phasenmessung aufintegriert und der Endwert der Integration wieder gehalten. Ausgangssignal der Integratoren 13, 14 kann dabei vorteilhaft ein Spannungswert sein.

Dabei können die Integratoren 13, 14 jeweils einen Kondensator enthalten, der die Ergebnisse der Phasenmessungen als Ladung speichert. Es können aber auch andere analoge oder digitale Bauteile oder Schaltungen verwendet werden, die das Ausgangssignal S8 des Phasenkomparators 12 für eine vorgegebene Integrationszeit aufintegrieren oder aufsummieren und dann für eine vorgegebene Haltezeit halten.

Anschließend werden die innerhalb der einen Strahlzeit während der beiden Phasenmessungen aufintegrierten und gehaltenen Ausgangssignale der beiden Integratoren 13, 14 einem Analog-Digital-Wandler 15 eines Mikrocontrollers µC zugeführt, der dann Differenzsignale S9 zwischen dem Ausgangssignal des ersten Integrators 13 und des zweiten Integrators 14 bildet. Hierdurch wird ein Maß für die Stärke des an der Empfängerleiste 3 von der Sendeleiste 2 empfangenen Sendesignals 1 bereitgestellt, welches dann zur Bestimmung von Objekten im Überwachungsbereich Ü dient.

Durch entsprechend feine Quantisierung im Analog-Digital-Wandler 15 kann aus dem Differenzsignal S9 nicht nur eine Aussage über die Durchgängigkeit bzw. Nichtdurchgängigkeit jedes individuellen Strahls der Sendeelemente 2a getroffen werden, sondern es ist auch die Erkennung von transparenten oder Licht schwächenden Objekten im Überwachungsbereich Ü möglich. Durch eine langfristige Aufzeichnung der Messwerte und entsprechende Auswertung in der übergeordneten Steuerung 8 kann vorteilhaft auch eine schleichende Verschlechterung der Übertragungsstrecke zwischen Sendeelement 2a und Empfängerelement 3a, z. B. durch Verschmutzung oder Alterung von Bauteilen, ermittelt werden.

So stellt die in 5 gezeigte Höhe des Differenzvergleichssignals S9 ein Maß für das Vorhandensein eines Gegenstands dar: Bei vollständigem Empfang des Sendesignals S1 an der Empfängerleiste 3 ergibt sich eine Vollaussteuerung mit maximalem Differenzvergleichssignal S9a. Bei einer teilweisen Abschwächung des empfangenen Sendesignals S1 an der Empfängerleiste 3 ergibt sich ein gegenüber der Vollaussteuerung geringeres Differenzvergleichssignal S9b, z.B. wenn ein transparenter Gegenstand zwischen Sendeleiste 2 und Empfängerleiste 3 gerät. Wird das Sendesignal S1 vollständig abgeschwächt, so ergibt sich das Differenzvergleichssignal S9c, dessen Wert idealerweise Null ist bzw. gegenüber dem Differenzvergleichssignal S9a bei Vollaussteuerung deutlich kleiner ist.

Statt wie in 2 gezeigt für jede der beiden Phasenmessungen innerhalb der einen Strahlzeit einen eigenen Integrator 13 bzw. 14 zu verwenden, kann vorteilhaft auch nur ein einziger Integrator verwendet werden, wobei die Ausgangsspannungen S8 des Phasenkomparators 12 der aufeinanderfolgenden Messungen dann in entgegengesetzter Spannungsrichtung an den einen Integrator angelegt werden, so dass bei der ersten Phasenmessung auf- und bei der zweiten Phasenmessung abintegriert wird oder umgekehrt. Das dadurch erzeugte Ausgangssignal des Integrators stellt dann letztendlich wiederum ein Differenzsignal S9 und somit ein Maß für die Stärke des an der Empfängerleiste 3 von der Sendeleiste 2 empfangenen Sendesignals 1 dar und kann zur Bestimmung von Objekten im Überwachungsbereich Ü dienen. In diesem Fall kann das Ausgangssignal des einen Integrators direkt verwendet werden, eine weitere Differenzbildung im Mikrocontroller µC ist dann nicht mehr nötig.

6 und 7 zeigen ein Diagramm mit zeitlichen Signalverläufen für einen beispielhaften Messvorgang gemäß eines zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche in Patentanspruch 13 den in Merkmal h) angegebenen Varianten entsprechen.

Dabei kann grundsätzlich wieder die in 1 bis 4 gezeigte Ausgestaltung des Lichtgitters 1 verwendet werden, wobei im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Ausgestaltung keine Verbindung, insbesondere keine kabelgestützte Verbindung zwischen der Sendeleiste 2 und der Empfängerleiste 3 besteht. Eine Synchronisierung bzw. Abstimmung zwischen der Sendeleiste 2 und der Empfängerleiste 3 über den Mikrocontroller µC, wie auch im Schaltbild in 2 gezeigt, kann also folglich nicht stattfinden. Eine derartige Ausgestaltung tritt oft dann auf, wenn die Senderleiste 2 und die Empfängerleiste 3 räumlich im großen Abstand zueinander angeordnet sind, und eine Verkabelung aufgrund der örtlichen Gegebenheiten nicht möglich oder nicht gewünscht ist.

Um Gegenstände dennoch detektieren zu können, wird in beiden Fällen von 6 und 7 eine künstliche Phasenverschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Phasenmesszeitraum eingefügt. Dabei zeigt die Ausführung nach 6 die in Merkmal g1) von Anspruch 13 angegebene Ausführungen.

Wie dort unschwer zu erkennen, wird die Phasenlage des frequenzbehafteten Signalanteils des Messstrahls L, also das Sendesignal S1, über den gesamten Messzeitraum, also beginnend mit dem ersten Phasenmesszeitraum über die dazwischenliegenden Messpause bis nach dem zweiten Phasenmesszeitraum konstant gehalten.

Im Gegensatz dazu werden an der mit TSprung gezeigten Stelle das Empfänger-Referenzsignal S2 wie auch das Phasenkomparator- Referenzsignal S7 in ihrer Phasenlage verschoben, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Phasenverschiebung von betragsmäßig 90° erfolgt, hier bevorzugt -90°. Durch diese Phasenverschiebung ändert sich das Summensignal S4, so dass hier eine künstliche Phasenverschiebung eingefügt wird. Hierdurch wird letztendlich derselbe Effekt erzeugt wie bei dem anhand von 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele, nämlich dass eine Schwächung des Sendersignals S1, beispielsweise durch einen Gegenstand, eine andere Phasenverschiebung bewirkt als ohne Schwächung des Sendesignals S1, bei dem das Sendesignal S1 in voller Stärke an der Empfängerleiste 3 empfangen wird.

Bei fehlender Abschwächung des Sendesignals S1 ergibt sich am Ausgangssignal des Phasenkomparators 12 wieder eine Pulsfolge S8a, welche im ersten Phasenmesszeitraum einen anderen Tastgrad aufweist als im zweiten Phasenmesszeitraum, so dass die in den Integratoren 13 und 14 aufintegrierten Ausgangssignal S8a am Ende des jeweiligen Integrationsvorgangs einen anderen Endwert erreichen und somit ein von Null unterschiedliches Differenz-Vergleichssignal S9a.

Bei vollständiger Abschwächung des Sendesignals S1 (Eingangssignals) bleibt der Tastgrad der am Phasenkomparator 12 ausgegebenen Pulsfolge S8c vor und nach dem Phasensprung bei T, also im ersten Phasenmesszeitraum und im zweiten Phasenmesszeitraum, gleich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Tastgrad dabei 50%, es könnte sich aber auch ein anderer Tastgrad ergeben, abhängig von der Phasenlage des Sendesignals S1 zu den beiden gleichphasigen Referenzsignalen S2 bzw. S7. Der Endwert der im gleich langen Zeitraum aufintegrierten Pulsfolge S8c ist dann vorliegend in beiden Phasenmesszeiträumen gleich hoch, so dass das Differenz-Vergleichssignal S9c ungefähr gleich Null, idealerweise exakt gleich Null ist.

Die Höhe des Differenzvergleichssignals S9 stellt somit ein Maß für das Vorhandensein eines Gegenstands dar, wobei ein fehlender oder gegenüber der Vollaussteuerung bei vollständigem Empfang des Sendesignals S1 an der Empfängerleiste 3 sehr kleiner Unterschied zwischen den in den beiden Phasenmesszeiträumen aufintegrierten Ausgangssignalen S8c einen Gegenstand kennzeichnet.

Bei der in 7 gezeigten Ausführung entsprechend Merkmal g2) von Anspruch 13 wird anstelle der in 6 gezeigten Phasenverschiebung von Empfänger-Referenzsignal S2 und Phasenkomparator-Referenzsignal S7 das Sendesignal S1 zwischen den beiden Phasenmesszeiträumen zum Zeitpunkt TSprung phasenverschoben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Phasenverschiebung vorteilhaft betragsmäßig 90°, hier bevorzugt -90°.

Durch diese Phasenverschiebung ändert sich das Summensignal S4, so dass hier eine künstliche Phasenverschiebung eingefügt wird. Hierdurch wird letztendlich derselbe Effekt erzeugt wie bei dem anhand von 6 beschriebenen Ausführungsbeispiele, nämlich dass eine Schwächung des Sendersignals S1, beispielsweise durch einen Gegenstand, eine andere Phasenverschiebung des Summensignals S4 bewirkt als ohne Schwächung des Sendesignals S1, bei dem das Sendesignal S1 in voller Stärke an der Empfängerleiste 3 empfangen wird. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Phasenverschiebung des Sendesignals S1 erfolgt, verschiebt sich der Tastgrad des Ausgangssignals S8 des Komparators 12 zu Werten kleiner 50%, so dass das Differenzvergleichssignal S9a im zweiten Phasenmesszeitraum langsamer steigt als im ersten Phasenmesszeitraum.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch die vorbeschriebene Erfindung eine einfachere und sichere Detektion von Gegenständen in Lichtgittern erfolgen kann. Da die Detektion auf der Erzeugung eines Differenzvergleichssignals basiert, kann eine Phasenverschiebung des Summensignals zwischen erster und zweiter Phasenmessung erzeugt werden durch Messungen mit und ohne Sendesignal oder auch durch Messungen mit kontinuierlichem Sendesignal und Phasenverschiebung des Sendesignals oder des Empfänger-Referenzsignals, ggf. gleichlaufend auch des Empfänger-Referenzsignals, zwischen dem ersten und zweiten Phasenmesszeitraums.

Bezugszeichenliste

1
Lichtgitter
2
Sendeleiste (TX)
2a
Sendeelemente (IR-Diode)
2b
Schieberegister Sendeelemente
2c
Schalter
3
Empfängerleiste (RX)
3a
Empfängerelemente (IR-Diode)
3b
Schieberegister Empfängerelemente
3c
Referenzsignalerzeugereinheit
3d
Summiereinheit
3e
Verstärker
4
Steuereinheit (Controller)
4A
Ausgang Steuereinheit zu Sendeleiste
4E
Eingang Steuereinheit von Empfängerleiste
5
Kabel Steuereinheit Sendeleiste
6
Kabel Steuereinheit Empfängerleiste
7
Spannungsversorgung
8
übergeordnete Steuerung
9
Pufferverstärker
10
LC-Parallelschwingkreis (Signaltrenneinheit)
11
Sinus-Rechteck-Umformereinheit (Signalwandlereinheit)
12
Phasenkomparator
13
erster Integrator
14
zweiter Integrator
15
Analog-Digital-Wandler
µC
Mikrocontroller
S1
Sendesignal (auch Eingangssignal)
S2
Empfänger-Referenzsignal
S3
Empfangssignal
S4
Summensignal
S5
Sinusspannung
S6
Logiksignal
S7
Phasen- oder Logik-Referenzsignal
S8
Phasenkomparator-Ausgangssignal
S9
Differenzsignale zwischen Ausgangssignal der Integratoren
a
Sendesignal wird voll empfangen (keine Unterbrechung)
b
Sendesignal wird abgeschwächt empfangen
c
Sendesignal wird nicht empfangen (Unterbrechung od. kein Sendesignal)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • EP 1950584 A1 [0004]