DE2739967A1 - Proximity sensor for alarm system - has tuned oscillators to detect presence of object and uses Schmitt rigger - Google Patents
Proximity sensor for alarm system - has tuned oscillators to detect presence of object and uses Schmitt riggerInfo
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Abstract
Description
Annäherungsinitiator.Proximity initiator.
Gegenstand der Erfindung ist ein Annä1.trungsinitiator mit einem ilochfrequenzoszillator, dessen Schwingkreis durch Annäherung eines Cegenstandes gedämpft bzw. verstimmt wird, so daß ein von der Oszillatorschwingung beeinfluPMter, elektronischer Schalter ein- oder auechaltet wird.The subject of the invention is a proximity initiator with a high frequency oscillator, whose oscillating circuit is dampened or detuned by the approach of a Cobject so that an electronic switch influenced by the oscillator oscillation is switched on or off.
Annäherungsinitiatoren werden überall dort gern eingesetzt, wo ein Schalter berührungslos betStiat werden soll. Sie haben gegenüber Lichtsclranken den Großen Vorteil, daß sie auch unter extremen umweltbedingungen , also auch bei sehr schmutzigen Anlagen noch schalten. Die meisten Annäherungsinitiatoren arbeiten induKtiv, J d.. das magnetische Feld eines Schwingkreises wird von außen durch Annäherung von Metallteilen beeinflußt.Proximity initiators are often used wherever a Switch should be contactless betStiat. You have opposite light clones the great advantage that they can be used even under extreme environmental conditions, including very dirty systems still switch. Most proximity initiators work inductive, J d .. the magnetic field of an oscillating circuit is generated from the outside by approaching it influenced by metal parts.
Diese Beeinflussung fährt in den meisten Fällen zu einer starken Bedämpfung des Schwingkreises, und somit zum Aussetzen der Schwingung des Oszillators, wodurch der gewünschte Schaltvorgang ausgelöst wird. In seltenen Fällen wird nicht die Amplitude sondern die Frequenz des Oszillators beeinflußt, die Amplitude bleibt dann weitgehend unverändert. In diesen Fällen muß jedoch ein Frequenzindikator zur Anwendung zwecks Feststellung der durch Annäherung ausgelösten Frequenzänderung kommen, die ihrerseits den Schaltvorgang auslöst. Bei der erstgenannten Type, bei der die Dämpfung ausgenutzt wird, ist der Oszillator bewußt labil dimensioniert, der Rückkopplungsfaktor liegt nur wenig über 1, so daß eine relativ geringe Bedämpfung bereits zum Aussetzen der Oszillatorschwingungen führt. Die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit der Schwingung wird zum Betfltigen eines Schalters herangezogen.In most cases, this influence leads to strong damping of the resonant circuit, and thus to suspend the oscillation of the oscillator, whereby the desired switching process is triggered. In rare cases the amplitude will not be but affects the frequency of the oscillator, the amplitude then remains largely unchanged. In these cases, however, a frequency indicator must be used for the purpose Determination of the frequency change triggered by the approach, which in turn triggers the switching process. In the first-mentioned type, in which the damping is used is, the oscillator is deliberately dimensioned unstable, the feedback factor is only a little over 1, so that a relatively low attenuation is already used to suspend the Oscillator vibrations leads. The presence or absence of vibration is used to operate a switch.
Neben diesen induktiven Annäherungsinitiatoren, die auf Metalle ansprechen, gibt es auch kapazitive Annäherungsinitiatoren, bei denen das elektrische Feld von außen z.B. durch Annäherung von Kunststoffen beeinflußt werden kann.In addition to these inductive proximity initiators that respond to metals, there are also capacitive proximity switches, in which the electric field of can be influenced externally e.g. by the approach of plastics.
Alle diese Annäherungsinitiatoren haben den wesentlichen Nachteil, daß auch versehentlich angenäherte Metall- bzw. Kunststofftele unerwünschte Schaltvorgänge auslösen und somit Schaden verursachen können. Noch unangenehmer ist es, wenn mit der Betätigung durch Unberechtigte gerechnet werden muß. Diese Anniherungsinitiatoren können daher nur an Orten, zu denen Fremde keinen Zugang haben, verwendet werden.All of these proximity initiators have the major disadvantage that even accidentally approximated metal or plastic telephones undesired switching operations can trigger and thus cause damage. It is even more uncomfortable when with operation by unauthorized persons must be expected. These Proximity initiators can therefore only be used in places to which strangers have no access.
E>ie Erfindung stellt sich die Aufpabe diesen Nachteil zu hehehen und einen Anniherungsinitiator zu schaffen, hei dem durch Annahen1ng beliebiger fremder Gegenstände kein Sclialtvorgang ausgelöst werden kann.E> he invention aims to hehehe this disadvantage and to create an initiator of proximity, that is, by approaching any foreign objects cannot be triggered.
Die lösung dieser Aufrabc ergibt sich aus dem Patentanspruch 1, während zweckmflßig,e Weiterbildungen den linteransprüchen zu entnehmen sind.The solution to this Aufrabc results from claim 1, while expedient, e further developments can be found in the dependent claims.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß nur durch Annäherung eines dem Annäherungsinitiator zugeordneten Auslöseschwingkreises ein Schaltvorgang ausgelöst werden kann.The main advantage of the arrangement according to the invention is that only by approaching a trigger oscillating circuit assigned to the proximity initiator a switching process can be triggered.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daP Anna...herungsinitiatoren mit verschiedenen Frequenzen eingesetzt werden können, denen je ein oder mehrere Auslöseschwingkreise zugeordnet sind, von denen jeder nur bei dem ihm zugeordneten Initiator, aber nicht bei einem Initiator anderer Frequenz einen Schaltvorgang auslösen kann.Another advantage is that the approach initiators with different frequencies can be used, each of which one or more Trigger oscillating circuits are assigned, each of which is only assigned to the one assigned to it Initiator, but not trigger a switching process with an initiator with a different frequency can.
Ferner kann in Weiterbildung der Erfindung anstelle mehrerer Initiatoren verschiedener Frequenz ein einziger Initiator verwendet werden, dessen Oszillator nacheinander in schnellem Wechsel auf verschiedene Frequenzen umgeschaltet wird, von denen jeder je ein elektronischer Schalter und je ein Auslöseschwingkreis zugeordnet ist. Es wird dadurch möglich, mit einem einzigen Annziherungsinitiator nit n verschiedenen Auslöseschwingkreisen n verschiedene Schaltvorgänge auszulösen.Furthermore, in a further development of the invention, instead of several initiators different frequency a single initiator can be used, its oscillator it is switched to different frequencies in quick succession, each of which is assigned an electronic switch and a trigger oscillating circuit is. This makes it possible to use a single proximity initiator with n different Trigger oscillating circuits to trigger n different switching processes.
Mit einem derartigen Mel1rfach-AnnSherungsinitiator kann ein hohes Maß von Eigensicherheit erzielt werden. Nimmt man z.B.With such a multiple proximity initiator, a high Degree of intrinsic safety can be achieved. If you take e.g.
einen mit zwei Frquenzen und den zwei zugehörigen Schaltern ausgerüsteten Annäherungsinitiator und zwei Auslöseschwingkreise. Bei Normalzustand befindet sich ein erster Auslöseschwingkreis vor dem Initiator, so daß der Schalter mit der gleichen Frequenz ein- und der andere ausgeschaltet ist oder umgekehrt.one equipped with two frequencies and the two associated switches Proximity initiator and two trigger oscillating circuits. In normal condition is a first resonant circuit in front of the initiator, so that the switch with the same Frequency is on and the other is off or vice versa.
Nähert sich nun von der Seite der andere Auslöseschwingkreis und setzt sich anstelle des ersten, so wird der zweite Schalter ein- und der erste ausgeschaltet oder umgekehrt. Die Eigensicherheit ist dadurch erreicht, daß bei Ausfall des Oszillators der gleichzeitige ein- bzw. ausgeschaltete Zustand beider Schalter als Alarmsignal ausgewertet werden kann. Auch die Schalter selbst werden bei dieser Betriebsart überwacht. Denn wenn beide den gleichen Schaltzustand aufweisen, tritt wieder der Alarmfall ein. Schließlich kann man sogar noch eine weitere Sicherheit dadurch erreichen, daß man Auslöseschwingkreise verwendet, die nicht nur bei einer, sondern sogar bei zwei oder noch mehr Frequenzen Resonanzerscheinungen zeigen.If the other tripping oscillating circuit approaches from the side and sets instead of the first, the second switch is switched on and the first switched off or the other way around. The intrinsic safety is achieved in that if the oscillator fails the simultaneous on or off state of both counter can be evaluated as an alarm signal. The switches themselves are also used on this Operating mode monitored. Because if both have the same switching state, occurs the alarm comes on again. Finally, you can have even more security can be achieved by using tripping circuits that are not only available for one but even show resonance phenomena at two or more frequencies.
Anhand der beigeftEten Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutern.The invention is explained in more detail with the aid of the attached drawings.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines bekannten induktiven Annäherungsinitiators. Der Schwingkreis arbeitet mit der Oszillatorschaltung 2 zusammen, deren Rückkopplungsfaktor so wenig größer als 1 ist, daß bei Annäherung von Metall an den unmittelbar unter der Oberfläche des Gehäuses liegenden Schwingkreis, dessen Bedämpfung so stark ist, daß der Oszillator aufhört zu schwingen. Dem Schalter 2 ist ein Schmitt-Trigger 3 nachgeschaltet, der die Schaltendstufe 4 ansteuert. Am Ausgang der Schaltung erscheint somit zwingend volle Spannung oder Spannung null.Fig. 1 shows the block diagram of a known inductive proximity initiator. The resonant circuit works together with the oscillator circuit 2, its feedback factor is so little greater than 1 that when metal approaches the immediately below The resonant circuit lying on the surface of the housing, the damping of which is so strong, that the oscillator stops oscillating. The switch 2 is a Schmitt trigger 3 connected downstream, which controls the switching output stage 4. At the output of the circuit appears therefore mandatory full voltage or zero voltage.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsheispiel einer erfindungsgemäf'.en Anordnung. Innerhalb des zylindrischen, nichtmetallischen Cehäuse 5 des Annäherungsinitiators ist der Oszillatorschwingkreis 7 und die gedruckte Platte R angeordnet, die die Schaltung trägt.2 shows an exemplary embodiment of an arrangement according to the invention. Inside the cylindrical, non-metallic housing 5 of the proximity switch the oscillator circuit 7 and the printed board R is arranged, which the Circuit carries.
Das Zuführungskahel ist mit 6 bezeichnet. Der Abstand a des Schwingkreises 7 zur annäherungse.pfindlichen Stirnfläche ist so groß, daß das Annähern von Metallen diesen Schwingkreis nur so geringfügig dämpft, daß der Oszillator noch voll weiterschwingt.The feed kahel is denoted by 6. The distance a of the oscillating circuit 7 to the approximation sensitive face is so large that the approach of metals this oscillating circuit only dampens so slightly that the oscillator continues to oscillate fully.
Erst bei Annäherung des bei Ausführungsbeispiel in eine. Gehäuse9untergebrachten Auslöseschwingkreises to wird der Oszillatorschwingkreis 7 - wenn der Schwingkreis lo auf die Oszillstorfrequenz abResti-t ist - so stark bedämpft, daß die Oszillatorschwingung aufhört. Diese im Vergleich zu einer Metallflflche viel ßtSrkere Bedampfung beruht darauf, daß der Auslõseschwingkreis zusammen mit der koppelinduktivität einen Saugkreis bildet, der dem Oszillatorschwingkreis genau bei seiner Schwingfrequenz erheblich Energie entzieht. Je höher die Schwingkreis£Ot. des Ausldseschwingkreises, um so größer ist der Abstand. bei dem er bereits so stark dgrpft, daß die Oszillatorschwingung aufhört.Only when approaching the embodiment in a. Housing9 housed Triggering resonant circuit to is the oscillator circuit 7 - if the resonant circuit lo to the oscillation gate frequency abResti-t is - so strongly damped that the oscillator oscillation stops. Compared to a metal surface, this is based on much stronger vapor deposition on the fact that the triggering circuit together with the coupling inductance form a suction circuit forms, which significantly affects the oscillator circuit precisely at its oscillation frequency Drains energy. The higher the resonant circuit £ Ot. of the Ausldseschwingkreis, more so the distance is greater. in which he already dips so strongly that the oscillator oscillation stops.
Bei üblichen Schwingkreisgüten ist der zur Unter Z ckung der Osziliatorschwingung nötige Abstand zwischen den beiden Schwingkreisspulen 5 bis 10 mal größer als bei Annäherung einer Metallfläche, Daher kann der Abstand a so groß gewählt werden, daß das Annähern von Metallteilen keinen Schaltvorgang auslöst, das Annähern eines abgestimmten Auslöseschwingkreises aber schon zum Auslösen des Schaltvorganges ausreicht, wenn dieser noch einige mm (bei großen Annäherungsinitiatoren einige cm) vom Initiator entfernt ist. Das Gehause des Auslöseschwingkreises wird auf der dem Initiator abgewandten Seite so lang ausgestaltet, daß durch Annähern von Metall von dieser Seite der Auslöseschwingkreis nicht störend bedämpft wird, da er sonst so stark an Güte verlieren würde, daß auch er die Oszillatorschwingung nicht mehr beeinflussen kann.In the case of common resonant circuit qualities, this is to suppress the oscillator oscillation necessary distance between the two resonant circuit coils 5 to 10 times greater than with Approaching a metal surface, therefore the distance a can be chosen so large, that the approach of metal parts does not trigger a switching process, the approach of a coordinated triggering oscillating circuit is sufficient to trigger the switching process, if this is still a few mm (with large proximity initiators a few cm) from the initiator away. The housing of the triggering circuit is turned away from the initiator Side designed so long that by approaching metal from this side of the trip oscillating circuit is not attenuated in a disturbing way, otherwise it would lose so much of its quality that it would he can no longer influence the oscillator oscillation.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zeigt einen auf zwei Frequenzen umschaltbaren und mit zwei dazugehörigen Schaltern ausgerüsteten Annäherungsinitiator mit zwei nicht dargestellten Auslöseschwingkreisen, von denen jeder auf je eine dieser Frequenzen abgestimmt ist. es wird daher durch Annähern desersten Auslöseschwingkreises der erste Schalter und durch Annähern des zweiten der zweite Schalter geschaltet, Die Schaltung des Oszillators ist gegenüber der der Fig. 1 dadurch erweitert, daß dem Schwingkreis eine Kapazitätsdiode 11 parallel geschaltet ist, der über den Entkopplungswiderstand 12 vom Impulsgenerator 14 rechteckförmige Umschaltimpulse zugeführt werden. Der Koppelkondensator ist mit 13 bezeichnet. Im Wechsel dieser Impulsfrequenz schwingt der Oszillstor abwechselnd auf einer höheren und niedrigeren Frequenz. Die Frequenzen liegen so weit auseinander, daß eine deutliche Unterscheidung möglich ist. Vom Impulsgenerator werden zusätzlich die Takteingänge der beiden D-Flipflops 15 und 16 angesteuert, und zwar der des D-Flipflops 15 direkt und der andere mit dem Gatter 17 invertiert. Der Ausgang des dou Osaillgtor nachgeschalteten Schmitt-Triggers 20 steuert @einerseits an den D-EingSngen die D-Flipflops an. Die Ausgänge der D-Flipflops sind H (high), wenn der Oszillator auf der ihnen zugeordneten Frequenz schwingt und L (low), wenn er nicht stbwingt.The embodiment of FIG. 3 shows one at two frequencies switchable proximity switch equipped with two associated switches with two trigger oscillating circuits, not shown, each of which is based on one these frequencies is matched. it is therefore made by approximating the first resonant circuit the first switch and by approaching the second switch the second switch, The circuit of the oscillator is expanded compared to that of FIG. 1 in that a capacitance diode 11 is connected in parallel to the resonant circuit, which via the decoupling resistor 12 are fed from the pulse generator 14 square-wave switching pulses. Of the Coupling capacitor is denoted by 13. This pulse frequency oscillates in alternation the oscillating gate alternately on a higher and lower frequency. The frequencies are so far apart that a clear distinction is possible. From the pulse generator the clock inputs of the two D flip-flops 15 and 16 are also activated, namely that of the D flip-flop 15 directly and the other with the gate 17 inverted. The output of the dou Osaillgtor downstream Schmitt trigger 20 controls on the one hand the D flip-flops at the D inputs. The outputs of the D flip-flops are H (high), if the oscillator oscillates at the frequency assigned to them and L (low) if he does not swing.
Diese Au geige steuern schließlich die als Schalter betriebenen Endstufen 18 und 19.These eyes ultimately control the output stages, which are operated as switches 18 and 19.
Fig. 4 neigt die Oszillograe für den Fall, daß vor dem Anngherungsinitiator ein Auslöseschwingkreis ist, der auf die Frequenz abgestimmt ist, auf der der Oszillator in dem Augenbfl tP çci gt, in dem der Impulsgenerator L-Potential abgibt. Die Impulsspannung des Impulsgenerators ist mit a die Oszillatorschwingung mit b bezeichnet. Man erkennt, wie die Oszillatorschwingung exponenttialförmig anschwingt, wenn die Spannung des Impulsgenerators von L auf M übergegangen ist, und daher der Oszillator eine andere Frequenz einnimmt als der Auslöseschwingkreis. Wie dem Kurvenzug c zu entnehmen ist, geht der nachgeschaltete Schmitt-Trigger nach Erreichen einer bestimmten Mindestamplitude von L nach 11. Auch heim erneuten Zurückschalten hinkt die Kurve c zeitlich nach, so daß sichergestellt ist, daß an den D-Eingängen beim Umschalten noch der alte Wert der vorangegangenen Teilperiode liegt und dieses Verstärkerausgangspotential von dem einen oder anderen D-Flipflop übernommen und für eine Wechselperiode gespeichert wird, Befindet sich vor dem Annäherungsinitiator kein Auslöseschwingkreis, so schwingt der Oszillator in beiden Teilbereichen der Wechselperiode und der Ausgang beider D-Flipflops ist il. Ist der Oszillator durch einen Bauelementeausfall defekt, so schwingt er gar nicht mehr und beide Flipflopausgänge sind L. Damit ist ein eindeutiges Signal für den Störzustand gegeben. Soll ein noch höherer Grad von Eigensicherheit erreicht und auch die Flipflops, die Endstufen und der Rechteckgenerator überwacht werden, so wird vor dem Initiator ein auf eine der beiden Oszillatorfrequenzen abgestimmter Auslöseschwingkreis angebracht, der bei seitlicher Annäherung des auf die andere Frequenz abgestimmten Auslöse-Schwingkreises zur SeitegedrSngt wird. Man hat also ein eindeutiges Kriterium für den Störungszustand und kann durch nachgeschaltete Oberwachungsschaltungen die zur Vermeidung von Schäden erforderlichen Gegenmaßnahmen einleiten.Fig. 4 inclines the oscillograph for the case that before the proximity initiator is a resonant triggering circuit based on the frequency is coordinated, on which the oscillator in the Augenbfl tP çci gt, in which the pulse generator L-potential gives away. The pulse voltage of the pulse generator is the oscillator oscillation with a denoted by b. You can see how the oscillator oscillation starts to oscillate exponentially, when the voltage of the pulse generator has passed from L to M, and therefore the Oscillator takes a different frequency than the triggering oscillating circuit. Like the curve c can be seen, the downstream Schmitt trigger goes after reaching a certain minimum amplitude from L to 11. Even after switching back again limps the curve c in time, so that it is ensured that at the D inputs at To switch over, the old value of the previous partial period is still present and this amplifier output potential taken over by one or the other D flip-flop and stored for an alternating period If there is no tripping oscillating circuit in front of the proximity switch, it oscillates the oscillator in both parts of the alternating period and the output of both D flip flops is il. If the oscillator is defective due to a component failure, so does it no longer oscillate and both flip-flop outputs are L. This is a clear one Signal for the fault condition given. Should an even higher degree of intrinsic safety and also monitors the flip-flops, the output stages and the square-wave generator then one is tuned to one of the two oscillator frequencies in front of the initiator Tripping oscillating circuit attached to the side approaching the other Frequency coordinated triggering resonant circuit is pushed to the side. So you have a clear criterion for the fault condition and can be achieved by downstream Monitoring circuits provide the countermeasures required to avoid damage initiate.
Mit an sich bekannten Mitteln z.B. Schieberegistern statt Flipflops ist es möglich diese Schaltung so zu erweitern, daß nicht nur zwei, sondern drei oder noch mehr Schalter von einem Initiator angesteuert werden. Dazu muß der KapazitStsdiode eine treppenförmig ansteigende Spannung zugeführt werden, die in an sich bekannter Weise mit einem von einem Schieberegister angesteuerten Widerstandsnetzwerk als Analog-Digitalwandler leicht erzeugt werden kann.With means known per se, e.g. shift registers instead of flip-flops it is possible to expand this circuit so that not only two, but three or even more switches can be controlled by an initiator. To do this, the capacitive diode a stepped voltage can be supplied, which is known per se Way with a resistor network controlled by a shift register as Analog-to-digital converter can be easily generated.
Es ist ferner möglich durch Annähern eines etwas neben die Oszillatorfrequenz abgestimmten Auslöseschwingkreis. den Oszillatorschwingkreis zu verstimmen, wenn dem Initiator zur Detektiorung dieer Verstimmung eine Diskriminatorschaltung zugeordnet ist,It is also possible by approximating something next to the oscillator frequency coordinated tripping oscillating circuit. to detune the oscillator circuit, if a discriminator circuit is assigned to the initiator to detect the detuning is,
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| 8263 | Opposition against grant of a patent | ||
| 8239 | Disposal/non-payment of the annual fee |