DE3213602C2

DE3213602C2 -

Info

Publication number: DE3213602C2
Application number: DE3213602A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 6840 Lampertheim De Schaller
Original assignee: Werner Dipl.-Ing. 6840 Lampertheim De Schaller
Current assignee: SCHALLER-AUTOMATION INDUSTRIELLE AUTOMATIONSTECHNI
Priority date: 1982-04-13
Filing date: 1982-04-13
Publication date: 1990-03-22
Also published as: DE3213602A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Näherungs schalter, bestehend aus einem LC-Schwingkreis, der zur Schwingung angeregt wird und der durch auf das magnetische Feld des Schwingkreises einwirkende äußere Einflüsse bedämpf bar ist, und diese Bedämpfung in einer Auswerteschaltung zur Signalauslösung bei Vorhandensein einer äußeren Bedämpfung kontrolliert wird.The invention relates to an inductive proximity switch, consisting of an LC resonant circuit which is excited to oscillate and which can be damped by external influences acting on the magnetic field of the resonant circuit, and this damping in an evaluation circuit for triggering the signal in the presence of an external one Damping is controlled.

Üblicherweise wird bei den bekannten induktiven Näherungs schaltern wie z. B. die DE-OS 19 15 044, eine phasengeregelte, rückgekoppelte Oszillatorschaltung verwendet, bei der durch ständige Energiezufuhr in den LC-Schwingkreis die Schwingung aufrechterhalten wird. Die Energiezufuhr ist hierbei gerade so groß, daß sie die Eigenverluste des Schwingkreises deckt. Durch Einbringen eines Metallkörpers in das Feld tritt ein zusätzlicher Energieentzug ein, der nicht durch die rückge koppelte Energienachführung gedeckt wird, so daß die Schwingung abreißt, was zur Signalauswertung ausgewertet wird. Nachteilig ist hierbei, daß bei der Bauelementeauswahl für die Rückkopplungsschaltung eine besondere Sorgfalt erforderlich ist, da nur mit sehr geringen Toleranzen gear beitet werden kann. Die Toleranzen und die Temperaturkoeffi zienten, sowie die Langzeitdrift der Bauelemente beeinflussen die nachgelieferte Energiezufuhr nachteilig, so daß die Empfindlichkeit des Oszillators auf äußere Einflüsse von dem vorbestimmten Wert abweicht. Außerdem wird durch die ständige Zufuhr von Energie, die zur Aufrechterhaltung der Funktions fähigkeit erforderlich ist, relativ viel elektrische Energie verbraucht, so daß batteriegespeiste Geräte dieser Art nur eine kurze wartungsfreie Funktionsdauer besitzen.Usually switches in the known inductive proximity switches such. B. DE-OS 19 15 044, a phase-controlled, feedback oscillator circuit used, in which the vibration is maintained by constant energy supply in the LC resonant circuit. The energy supply is just so great that it covers the self-losses of the resonant circuit. By introducing a metal body into the field, an additional energy withdrawal occurs, which is not covered by the feedback energy tracking, so that the vibration breaks off, which is evaluated for signal evaluation. The disadvantage here is that special care is required when selecting components for the feedback circuit, since gear can only be worked with very small tolerances. The tolerances and the Temperaturkoeffi cients, as well as the long-term drift of the components adversely affect the supplied energy supply, so that the sensitivity of the oscillator to external influences deviates from the predetermined value. In addition, a relatively large amount of electrical energy is consumed by the constant supply of energy which is required to maintain the functional capability, so that battery-powered devices of this type only have a short, maintenance-free operating time.

Aus der DE-OS 17 62 565 ist bereits ein induktiver Näherungsschalter bekannt, bei dem der LC- Schwingkreis durch Einzelimpulse, die von einem Impulsgenera tor abgegeben werden, periodisch zur Schwingung angeregt wird und die abklingende Schwingung zur Signalauslösung benutzt wird. Als Impulsgenerator wird hier eine für sich selbst ständige Schaltung mit einem Unÿunctiontransistor und einem RC-Zeitglied verwendet, die mit gleichbleibender Impulsfrequenz über eine induktive Kopplung dem LC- Schwingkreis Energie zum periodischen Anstoß der abklingenden Schwingung zuführt, wobei die Anstoßfrequenz etwa ¹/₅₀ bis ¹/₂₀₀ der LC-Oszillatorfrequenz beträgt.From DE-OS 17 62 565 an inductive proximity switch is already known, in which the LC resonant circuit is periodically excited to oscillate by individual pulses, which are emitted by a pulse generator, and the decaying oscillation is used to trigger the signal. As a pulse generator a constant for themselves circuit having a Unÿunctiontransistor and a RC -Zeitglied used herein, with a constant pulse frequency via an inductive coupling the LC - supplying tank circuit energy for periodically impetus of the decaying oscillation, wherein the impulse frequency about ¹ / _^50-1 / _{200 of} the LC oscillator frequency.

Bei äußerer Bedämpfung des LC-Schwingkreises durch Einbringen von Metall in das magnetische Wechselfeld des Oszillators ist der Mittelwert der Gleichspannung, die aus der gleichge richteten Oszillatorspannung erzeugt wird, kleiner als bei unbedämpftem Oszillator. Hierdurch wird ein nachgeschalteter Feldeffekttransistor leitend oder nichtleitend geschaltet, was über eine Folgeschaltung zur Signalerzeugung benutzt wird.With external damping of the LC resonant circuit by introducing metal into the alternating magnetic field of the oscillator, the mean value of the direct voltage that is generated from the rectified oscillator voltage is smaller than with an undamped oscillator. As a result, a downstream field-effect transistor is switched to be conductive or non-conductive, which is used for signal generation via a sequential circuit.

Auch diese Schaltung ist noch stark temperaturabhängig, da einerseits die periodische Anregungsfrequenz durch die Temperaturabhängigkeit der Bauelemente nicht konstant ist und andererseits der Wert des durch Gleichrichtung erzeugten Gleichspannungssignals selbst und dessen Auswertung ebenfalls von Toleranzen, Temperaturkoeffizienten und Langzeitdriften mehrerer Bauelemente abhängig sind. Auch ist diese Schaltung sehr aufwendig.This circuit is also very temperature-dependent, because on the one hand the periodic excitation frequency by the Temperature dependence of the components is not constant and on the other hand, the value of that generated by rectification DC voltage signal itself and its evaluation also of tolerances, temperature coefficients and long-term drifts are dependent on several components. This circuit is also very complex.

Aus der DE-OS 29 42 953 ist eine Schaltungsanordnung zum Messen der Induktivität mittels Erfassung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises bekannt. Im Gegensatz zum Anmeldungsgegen stand soll dort durch Wobbeln der Erregerfrequenz festgestellt werden, wann die Schwingungsamplituden im Re sonanzbereich ein Maximum durchlaufen.From the DE-OS 29 42 953 is a circuit arrangement for measuring the inductance by detecting the resonance frequency of a Resonant circuit known. In contrast to the registration counter should stand there by wobbling the excitation frequency determine when the vibration amplitudes in Re pass through the maximum range.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen induktiven Näherungsschalter so auszubilden, daß der Einfluß der Toleranzen, der Temperaturkoeffizienten und der Langzeitdrift der Bauelemente weitgehend reduziert wird. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem solchen Näherungs schalter ein Schwellwertschalter die Amplituden der abklingenden Schwingung erfaßt und die Schwingungsabklingzeit der unbedämpften Schwingung mit der verkürzten Schwingungsab klingzeit bei äußerer Bedämpfung vergleicht, und bei Feststellen einer verkürzten Schwingungsabklingzeit ein Aus gangssignal ausgelöst wird.The object of the invention is an inductive Form proximity switches so that the influence of Tolerances, the temperature coefficient and the long-term drift the components are largely reduced. The solution to this The task is that with such an approximation a threshold switch switches the amplitudes of the decaying vibration detected and the vibration decay time the undamped vibration with the shortened vibration compares the sounding time with external damping, and at Finding a Shortened Vibration Decay Time Off output signal is triggered.

Bei der Erfindung wird somit ein Vergleich der Abklingzeiten der bedämpften und unbedämpften Schwingung durchgeführt, der sich erheblich präziser ausführen läßt, da Zeitglieder auf einfache Weise weitgehend temperaturunabhängig realisiert werden können. Außerdem ist der Vergleich der Abklingzeiten unabhängig von den, den Schwingungsoszillator beeinflussenden Störeinflüssen wie Temperatur und Langzeitdrift der Bauele mente, da diese Störungen sich auf die beiden Zeitmessungen im bedämpften und unbedämpften Zustand gleichermaßen auswirken und sich damit beim Zeitvergleich kompensieren.The invention thus compares the decay times the damped and undamped vibration carried out can be carried out much more precisely because timers on realized in a simple way largely independent of temperature can be. It also compares the cooldowns regardless of those influencing the oscillation oscillator Interferences such as temperature and long-term drift of the components ment because these disturbances affect the two time measurements in the damped and undamped state alike impact and thus compensate each other when comparing time.

Dadurch wird die Herstellung der Geräte wesentlich vereinfacht und gleichzeitig wird die Ansprechgenauigkeit durch den Wegfall der unerwünschten Einflüsse der Bauelemente verbessert.This makes the production of the devices essential Simplified and at the same time the response accuracy by eliminating the undesirable influences of the components improved.

In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Schwellwertschalter die Zahl der Amplituden der abklingenden Schwingung erfaßt und einem Zähler zuführt, der die Anzahl der Schwingungen bis zum Unterschreiten des Schwellwertes zählt, und eine Vergleichsschaltung vorgesehen ist, die im Falle der Bedämpfung des Schwingkreises durch den schnelleren Abklingvorgang bei Unterschreitung der bei unge dämpftem Schwingkreis sich ergebenden Schwingungszahl ein Ausgangssignal abgibt.In further development of the invention it is proposed that the threshold switch the number of amplitudes of the decaying vibration detected and fed to a counter that the number of vibrations below the Threshold value counts, and a comparison circuit is provided is in the case of damping of the resonant circuit by the faster decay process when falling below damped resonant circuit a resulting number of vibrations Output signal.

Durch diese besondere Art des Zeitvergleiches, bei dem als Zeitvergleichsnormal einfach die Oszillationsfrequenz des Oszillators herangezogen wird, wird in der Schaltung der Einbau besonderer Zeitglieder eingespart. Dadurch ist die Realisierung der Zeitmeßelemente in Form von in integrierte Schaltkreise eingebauten Zählern leichter möglich, da die Zeitmessung jetzt auf digitale Schaltelemente zurückgeführt ist.
This special type of time comparison, in which the oscillation frequency of the oscillator is simply used as the time comparison standard, saves the installation of special time elements in the circuit. This makes it easier to implement the time measuring elements in the form of counters built into integrated circuits, since the time measurement is now attributed to digital switching elements.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is based on the Drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 schematisch den unbedämpften und bedämpften Abklingvorgang im LC-Oszillator eines Näherungsschalters, Fig. 1 shows schematically the undamped and damped decay in the LC -Oszillator a proximity switch,

Fig. 2 die Impulse für die Auswertung bei unbedämpfter und bedämpfter Schwingung, und Fig. 2 shows the pulses for the evaluation with undamped and damped vibration, and

Fig. 3 eine Schaltung für einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter. Fig. 3 shows a circuit for a proximity switch according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Kurve 1 zeigt den Abklingvorgang der LC-Oszillatorschwingung, dargestellt als Oszillator spannung in Abhängigkeit von der Zeit. Die diesen Abklingvor gang einhüllende Kurve 2 ändert sich je nach Bedämpfung des Schwingkreises. Die gestrichelt dargestellte Schwingkurve für einen bedämpften Schwingkreis ist mit 3 und die diesem zugehörige, ebenfalls gestrichelt dargestellte Hüllkurve mit 4 bezeichnet. Weiterhin ist der Fig. 1 eine waagerechte Linie 5 zu entnehmen, die die Schaltschwelle des Schwellwert schalters darstellt.The curve 1 shown in Fig. 1 shows the decay of the LC oscillator oscillation, shown as an oscillator voltage as a function of time. The curve 2 enveloping this decay changes depending on the damping of the resonant circuit. The oscillation curve shown in dashed lines for a damped oscillating circuit is denoted by 3 and the envelope curve associated therewith, likewise shown in dashed lines, by 4 . Further, in FIG. 1 refer to a horizontal line 5, which shows the switching threshold of the threshold switch.

Wird nun durch einen Impuls eine Schwingung angeregt, so zeigt diese Schwingung 1 Schnittpunkte 6, 7 und 8 mit der Linie 5, d. h. bei Erreichen dieser Schnittpunkte spricht der Schwellwertschalter an.If an oscillation is now excited by an impulse, this oscillation shows 1 intersections 6, 7 and 8 with the line 5 , ie the threshold switch responds when these intersections are reached.

Die Fig. 2 zeigt die Impulsfolge 6, 7 und 8 bei nicht bedämpfter Schwingung über der Zeit. Der bei bedämpfter Schwingung, Kurve 3 in dem gezeigten Beispiel einzige ent stehende Impuls ist mit 9 bezeichnet. Fig. 2 shows the pulse train 6, 7 and 8 for non-damped oscillation over time. The only ent arising pulse with damped vibration, curve 3 in the example shown is designated 9 .

Im vorliegenden Fall werden bei unbedämpfter Schwingung 3 Impulse 6, 7 und 8 gezählt, während bei bedämpfter Schwingung nur 1 Impuls 9 gezählt wird. Der Zeitunterschied zwischen bedämpfter und unbedämpfter Schwingung kann auch aus dem Unterschied der Impulsbreite 6 zu Impulsbreite 9 abgelesen werden.In the present case, 3 pulses 6, 7 and 8 are counted with undamped oscillation, while only 1 pulse 9 is counted with damped oscillation. The time difference between damped and undamped vibration can also be read from the difference between pulse width 6 and pulse width 9 .

Zur Erzeugung der den LC-Schwingkreis des Näherungsschalters anregenden Einzelimpulse kann, wie aus der Prinzipschaltung Fig. 3 zu ersehen ist, ein Rechteckimpulsgenerator 10 dienen. Die Impulse werden auf den Schwingkreis 11 gegeben. Die vom Schwingkreis 11 erzeugten Schwingungsamplituden, in der aus Fig. 1 ersichtlichen Folge, werden einem Impedanzwandler 12 weitergegeben, der mit dem eigentlichen Schwellwertschalter 13 elektrisch leitend verbunden ist. Die Schwelle des Schwellwertschalters 13 ist über eine Widerstands kombination 14 einstellbar. Ein zweiter Rechteckgenerator 15 gibt die Vergleichsimpulse ab, die über eine Vergleichsschaltung 16 dem eigentlichen Zähler 17 zugeführt werden. Der Zähler 17 gibt bei nicht erreichter vorgegebener Impulszahl ein Ausgangssignal auf beispielsweise das elektro magnetische Schaltgerät 18, das die Schalt- oder Anzeige funktion übernimmt.A square-wave pulse generator 10 can be used to generate the individual pulses which excite the LC resonant circuit of the proximity switch, as can be seen from the basic circuit in FIG. 3. The pulses are applied to the resonant circuit 11 . The vibration amplitudes generated by the resonant circuit 11 , in the sequence shown in FIG. 1, are passed on to an impedance converter 12 , which is electrically conductively connected to the actual threshold value switch 13 . The threshold of the threshold switch 13 is adjustable via a resistance combination 14 . A second square wave generator 15 emits the comparison pulses, which are fed to the actual counter 17 via a comparison circuit 16 . The counter 17 gives an output signal to, for example, the electromagnetic switching device 18 , which takes over the switching or display function when the predetermined number of pulses has not been reached.

Claims

1. Inductive proximity switch, consisting of an LC oscillating circuit, which is periodically excited to oscillate by individual pulses, which are emitted by a pulse generator, and which can be dampened by external influences acting on the magnetic field of the oscillating circuit, and the decaying oscillation in an evaluation circuit is checked for signal triggering in the presence of external damping, characterized in that a threshold switch ( 13 ) detects the amplitudes ( 6 - 9 ) of the decaying oscillation and the oscillation decay time of the undamped oscillation ( 1 ) is compared with the shortened oscillation decay time for external damping, and when a shortened oscillation decay time is determined, an output signal ( 18 ) is triggered.

2. Inductive proximity switch according to claim 1, characterized in that the threshold value switch (13) detects the number of the amplitudes of the decaying vibration (1) and a counter (17) supplies, of the number of oscillations (6 - 8) to below the Threshold value ( 5 ) counts, and a comparison circuit ( 16 ) is provided which, in the event of damping of the resonant circuit by the faster response process ( 3 ) when the number of vibrations resulting from undamped resonant circuit is undershot, outputs an output signal ( 18 ).