AT389603B - INDUCTIVE PROXIMITY DETECTOR - Google Patents

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Description

Nr. 389603No. 389603

Die Erfindung betrifft einen induktiven Annäherungsdetektor mit höherfrequentem, durch einen sich annähernden Gegenstand beeinflußtem magnetischem Wechselfeld, wobei der zu erfassende, sich annähernde Gegenstand einen passiven Resonanzkreis aufweist und der Resonanzkreis aus einer Parallelschaltung einer Spule mit einem Kondensator bestehtThe invention relates to an inductive proximity detector with a higher-frequency, alternating magnetic field influenced by an approaching object, wherein the object to be detected, which has to be detected, has a passive resonance circuit and the resonance circuit consists of a coil connected in parallel with a capacitor

Bisher wurden induktive Näherungsschalter verwendet, bei denen ein sich annähernder, elektrisch leitfähiger Gegenstand einen Impuls auslöste, der dann weiterverarbeitet wurde.So far, inductive proximity switches have been used in which an approaching, electrically conductive object triggered a pulse, which was then processed further.

Nachteilig dabei ist, daß die Näherungsschalter auf alle ferromagnetischen oder elektrisch leitfahigen Stoffe ansprechen.The disadvantage here is that the proximity switches respond to all ferromagnetic or electrically conductive substances.

In der US-PS 4 130 763 ist eine Einrichtung zum Schutz von Maschinen beschrieben, welche von einem Annäherungserfassungs-System Gebrauch macht Dieses System besteht aus einem passiven Resonanzkreis und einem von diesem örtlich getrennten aktiven Detektorkreis. Hauptbestandteil des aktiven Detektorkreises ist ein Verstärker mit Rückkopplungsschleife, welche eine Erfassungsspule beinhaltet. Nähern sich diese Spulen einander, so beeinflußt jene des passiven Resonanzkreises durch magnetische Kopplung die Erfassungsspule im Detektorkreis derart, daß deren Widerstand durch die Resonanzfrequenz stark ansteigt. Das hat zur Folge, daß der Verstärker zu schwingen beginnt Die Schwingungen können zu einem Signal verarbeitet werden.US Pat. No. 4,130,763 describes a device for protecting machines which makes use of a proximity detection system. This system consists of a passive resonance circuit and an active detector circuit which is spatially separated from it. The main component of the active detector circuit is an amplifier with a feedback loop, which contains a detection coil. If these coils approach each other, that of the passive resonance circuit influences the detection coil in the detector circuit by magnetic coupling in such a way that its resistance increases sharply due to the resonance frequency. As a result, the amplifier starts to vibrate. The vibrations can be processed into a signal.

Ferner ist aus der DE-AS 25 11 914 ein elektronischer Näherungsschalter bekannt, wobei der detektierende Fühlerkreis dieser Einrichtung von elektrisch leitenden oder magnetisierbaren Gegenständen beeinflußbar istFurthermore, from DE-AS 25 11 914 an electronic proximity switch is known, wherein the detecting sensor circuit of this device can be influenced by electrically conductive or magnetizable objects

Weiters ist in der DE-AS 34 38 120 die Anordnung eines störfeldfesten Näherungschalters erläutert bei welchem im detektierenden Element mittels zweier Spulen eines Oszillatorschwingkreises zwei dem zu detektierenden Element zugewandte Magnetfelder erzeugt werden. Werden diese Magnetfelder durch das zu detektierende Element beeinflußt so wird über eine Differenzschaltung und eine dieser nachfolgenden Schaltung ein Signal gegenüber seiner ursprünglichen Größe geändert. Um eine Änderung der Magnetfelder des detektierenden Elementes hervarrufen zu können, muß das zu detektierende Element magnetisch leitfähig sein.Furthermore, DE-AS 34 38 120 explains the arrangement of a proximity switch which is fixed against interference fields and in which two magnetic fields facing the element to be detected are generated in the detecting element by means of two coils of an oscillating circuit. If these magnetic fields are influenced by the element to be detected, a signal is changed from its original size via a differential circuit and a circuit following this. In order to be able to cause a change in the magnetic fields of the detecting element, the element to be detected must be magnetically conductive.

Ferner ist aus dieser Druckschrift bekannt, daß ein sich annähernder Gegenstand, welcher einen Magneten halten muß, von zwei Magnetfeldsensoren registriert wird. Die veränderten Größen werden von den Magnetfeldsensoren an eine Differenzschaltung weitergeleitet und ausgewertet.It is also known from this document that an approaching object, which must hold a magnet, is registered by two magnetic field sensors. The changed values are forwarded by the magnetic field sensors to a differential circuit and evaluated.

Die DE-AS 1 167 229 beschreibt eine Raumschutzanlage, deren Aufgabe darin besteht, unbefugte Eindringlinge zu melden. Dies wird durch den Aufbau einer Brückenschaltung erreicht, die im Prinzip aus zwei Spulen und zwei Meßelektroden, denen Einstellkondensatoren parallelgeschaltet sind, besteht Die Meßelektroden dienen dazu, bestimmte Räume zu schützen, indem sie bei unbefugtem Eindringen einer Person durch Änderung ihrer Meßwerte das Gleichgewicht der Brückenschaltung stören und damit einen Alarm auslösen. Die Speisung der Schaltung erfolgt mittels eines Generators, der die benötigte Energie durch magnetische Kopplung, also induktiv, auf die Spulen der Brückenschaltung überträgt. Die Anordung besitzt zusätzlich eine Schaltung zur periodischen Überwachung der Funktionsfähigkeit der gesamten Anlage.DE-AS 1 167 229 describes a room protection system, the task of which is to report unauthorized intruders. This is achieved by building a bridge circuit, which in principle consists of two coils and two measuring electrodes, to which adjustable capacitors are connected in parallel.The measuring electrodes are used to protect certain rooms by changing the balance of the bridge circuit in the event of unauthorized entry by a person changing its measured values disturb and thus trigger an alarm. The circuit is supplied by means of a generator which transmits the required energy to the coils of the bridge circuit by magnetic coupling, that is to say inductively. The arrangement also has a circuit for periodic monitoring of the functionality of the entire system.

Aus der DE-OS 25 51 348 ist bekannt, daß Resonatormarken innerhalb eines Überwachungsbereiches, beispielsweise einer Schleuse, erkennbar sind. Dabei wird mittels eines Senders ein auf einem Gegenstand befindlicher Resonator angeregt, welcher seinerseits auf die Empfangsspule eines Empfängers einwirkt. Die empfangenen Signale können weiterverarbeitet und einer Alarmeinrichtung zugeführt werden. Es handelt sich also hierbei um ein Detektorsystem auf Funkbasis.From DE-OS 25 51 348 it is known that resonator marks can be recognized within a monitoring area, for example a lock. In this case, a resonator located on an object is excited by means of a transmitter, which in turn acts on the receiver coil of a receiver. The received signals can be processed further and fed to an alarm device. It is therefore a radio-based detector system.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Annäherungsdetektor zu schaffen, welcher Fehlauslösungen als Folge der Beeinflußung durch Metallkonstruktionsteile sicher verhindertThe object of the invention is to provide a proximity detector which reliably prevents false triggering as a result of being influenced by metal construction parts

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes durch eine Wechselspannung mit periodisch variierter (gewobbelter) Frequenz erfolgt, wobei eine in einem NF-Oszillator erzeugte, sägezahnförmige Spannung ein in einem HF-Oszillator erzeugtes Treibersignal frequenzmoduliert, und daß dieses Treibersignal über die Eingangsklemmen einer Brückenschaltung zugeführt ist, wobei die Brückenschaltung aus zwei in Serie geschalteten Geberspulen besteht, denen parallel ein Spannungsteiler aus zwei ohmschen Widerständen angeordnet ist, und daß die Verbindungsleitungen zwischen den Geberspulen bzw. zwischen den ohmschen Widerständen an die Eingangsklemmen der Brückenschaltung angeschlossen sind, und daß die Verbindungsleitungen von der ersten Geberspule mit dem ersten ohmschen Widerstand, bzw. von der zweiten Geberspule mit dem zweiten ohmschen Widerstand über die Meßklemmen der Brückenschaltung dem Eingang eines Signalverstärkers zugeführt sind, dessen Ausgangsseite an die Eingangsseite eines Demodulators angeschlossen ist, und daß dem Demodulator ein Filter für die Wobbelfrequenz nachgeschaltet ist, und daß die Ausgangsseite des Filters mit der Eingangsseite eines Demodulators verbunden ist, und daß dem Demodulator ein Schwellwertscbalter nachgeschaltet ist.The object is achieved by the invention. This is characterized in that the alternating magnetic field is generated by an alternating voltage with a periodically varied (wobbled) frequency, a sawtooth-shaped voltage generated in an LF oscillator frequency-modulating a driver signal generated in an HF oscillator, and in that this driver signal is transmitted via the Input terminals of a bridge circuit is supplied, the bridge circuit consisting of two series-connected sensor coils, which are arranged in parallel with a voltage divider consisting of two ohmic resistors, and that the connecting lines between the sensor coils or between the ohmic resistors are connected to the input terminals of the bridge circuit, and that the connecting lines from the first transmitter coil with the first ohmic resistor, or from the second transmitter coil with the second ohmic resistor are fed via the measuring terminals of the bridge circuit to the input of a signal amplifier, dess en output side is connected to the input side of a demodulator, and that the demodulator is followed by a filter for the wobble frequency, and that the output side of the filter is connected to the input side of a demodulator, and that the demodulator is followed by a threshold switch.

Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, Arbeitsbereiche so eindeutig zu markieren, daß sie sicher erkannt und eindeutig von Metallteilen unterschieden weiden.With the invention it is possible for the first time to mark work areas so clearly that they are reliably recognized and clearly differentiated from metal parts.

Ferner ergibt sich aus der Erfindung der Vorteil, daß der passive Resonanzkreis wegen seines einfachen Aufbaues mit geringen Kosten absolut tritt-, schlag- und wetterfest ausführbar istFurthermore, there is the advantage from the invention that the passive resonance circuit can be carried out absolutely kick, impact and weatherproof because of its simple construction at low cost

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist eine besonders hohe Empfindlichkeit, wodurch große Ansprechentfemungen erreichbar sind.Another advantage of the invention is a particularly high sensitivity, whereby large response distances can be achieved.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der aktive Teil des induktiven Annäherungsdetektors aus mehreren, insbesondere zwei, räumlich getrennten, vorzugsweise von derselben Treiberschaltung gespeisten, -2-One embodiment of the invention is that the active part of the inductive proximity detector consists of several, in particular two, spatially separated, preferably powered by the same driver circuit.

Claims (2)

Nr. 389603 Geberspulen mit offenen magnetischen Kreisen, die zusammen mit einem Spannungsteiler zu einer Bruckenschaltung verbunden sind, aufgebaut ist Von Vorteil dabei ist die noch höhere erreichbare Empfindlichkeit Der induktive Annäherungsdetektor kann auf einem Wagen montiert sein und wird nur bei Bewegung des S Wagens über einen die Drehbewegung der Räder erfassenden Geber aktiviert. Da eine Aktivität des induktiven Annäherungsdetektors nur bei Bewegung des Wagens gefordert ist ergibt sich somit der Vorteil, daß bei Stillstand der der Fahrzeugbatterie zu entnehmende Strom eingespart wird. Die Entaktivierung des induktiven Annäherungsdetektors kann mittels eines abfallverzögerten Zeitrelais' erst einige Zeit nach Stillstand des Wagens erfolgen. Auf diese Weise ist der induktive Annäherungsdetektor auf 10 Forderungen - z. B. Auslösen eines Warnsignals die sich in einem bestimmten Einzelfall ergeben, problemlos stellbar. An Hand eines Schaltbildes wird die Erfindung nun noch näher erläutert Die Fig. 1 zeigt einen passiven Schwingkreis (3), der lose mit einem magnetischem Wechselfeld gekoppelt ist, das mit Hilfe einer aus den Geberspulen (10), (11) und den ohmschen Widerständen (12), (13) bestehenden 15 Brückenschaltung erzeugt wird. Ein NF-Oszillator (1) liefert eine sägezahnförmige Spannung, welche einem HF-Oszillator (2) zugeführt wird und ein von diesem erzeugtes Treibersignal frequenzmoduliert. Liegt die Resonanzfrequenz des passiven Schwingkreises ungefähr in der Mitte des gewobbelten Bereiches, dann wird bei jedem Sägezahn etwa in der Mitte der Rampe durch Resonanz einer der Geberspulen (10), (11) Energie entzogen und damit das Brückengleichgewicht gestört 20 Als Folge davon tritt an den Meßklemmen (16), (17) der Brückenschaltung (4) ein mit der Wobbelfrequenz frequenz- und amplitudenmoduliertes Hochfrequenzsignal auf. Nähert sich anstatt des Resonanzkreises (3) ein größerer Metallteil, so entsteht an den Meßklemmen (16), (17) ein lediglich frequenzmoduliertes, jedoch amplitudenkonstantes Signal. Das jeweilige Signal wird von den Meßklemmen (16), (17) unter Zwischenschaltung eines 25 Signalverstärkers (5) einer nur auf Amplitudenmodulation ansprechenden ersten Demodulatorstufe (6) zugeführt. Diese Demodulatorstufe (6) liefert ein Signal mit der Wobbelfrequenz, wenn sich der passive Resonanzkreis (3) annähert, bei Annäherung eines Metallteiles jedoch eine Gleichspannung. Der der Demodulatorstufe (6) nachgeschaltete Filter (7) läßt nur die Wobbelfrequenz durch. Das niederfrequente Signal wird in der zweitel Demodulatorstufe (8) gleichgerichtet und gesiebt und anschließend im Schwellwertschalter (9) in ein 30 Schaltsignal umgewandelt. Im Bahnbetrieb z. B. erfolgt die Markierung der Ränder von erlaubten Arbeitsbereichen von Fahrleitungsmontagewagen durch Auslegen der tritt-, schlag- und absolut wetterfesten Resonanzkreise zwischen den Schienen. Die Resonanzkreise werden sicher erkannt und eindeutig von anderen Metallteilen, beispielsweise Blechabdeckungen und Schienenkreuzungen, unterschieden. Verlassen die Wagen den erlaubten Arbeitsbereich, so 35 wird ein Warnsignal ausgelöst. 40 PATENTANSPRÜCHE 1. Induktiver Annäherungsdetektor mit höherfrequentem, durch einen sich annähernden Gegenstand beeinflußtem magnetischem Wechselfeld, wobei der zu erfassende, sich annähernde Gegenstand einen passiven Resonanzkreis aufweist und der Resonanzkreis aus einer Parallelschaltung einer Spule mit einem Kondensator besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes durch eine Wechselspannung mit periodisch variierter (gewobbelter) Frequenz erfolgt, wobei eine in einem NF-Oszillator (1) erzeugte, 50 sägezahnförmige Spannung ein in einem HF-Oszillator (2) erzeugtes Treibersignal frequenzmoduliert, und daß dieses Treibersignal über die Eingangsklemmen (14,15) einer Brückenschaltung (4) zugeführt ist, wobei die Brückenschaltung (4) aus zwei in Serie geschalteten Geberspulen (10, 11) besteht, denen parallel ein Spannungsteiler aus zwei ohmschen Widerständen (12,13) angeordnet ist, und daß die Verbindungsleitungen zwischen den Geberspulen (10, 11) bzw. zwischen den ohmschen Widerständen (12, 13) an die 55 Eingangsklemmen (14,15) der Brückenschaltung (4) angeschlossen sind, und daß die Verbindungsleitungen von der ersten Geberspule (10) mit dem ersten ohmschen Widerstand (12), bzw. von der zweiten Geberspule (11) mit dem zweiten ohmschen Widerstand (13) über die Meßklemmen (16 bzw. 17) der Brückenschaltung (4) dem Eingang eines Signalverstärkers (5) zugeführt sind, dessen Ausgangsseite an die Eingangsseite eines Demodulators (6) angeschlossen ist, und daß dem Demodulator (6) ein Filter (7) für die Wobbelfrequenz 60 nachgeschaltet ist, und daß die Ausgangsseite des Filters (7) mit der Eingangsseite eines Demodulators (8) verbunden ist, und daß dem Demodulator (8) ein Schwellwertschalter (9) nachgeschaltet ist. -3- Nr. 389603No. 389603 Encoder coils with open magnetic circuits, which are connected together with a voltage divider to form a bridge circuit, is an advantage. The even higher sensitivity that can be achieved is advantageous. The inductive proximity detector can be mounted on a trolley and is only moved when the trolley is moved over one the rotary movement of the wheels detecting encoder activated. Since an activity of the inductive proximity detector is only required when the carriage is moving, there is the advantage that the current to be taken from the vehicle battery is saved when the vehicle is at a standstill. The inductive proximity detector can only be deactivated by means of a drop-delay timer until some time after the car has come to a standstill. In this way, the inductive proximity detector is based on 10 demands - e.g. B. Triggering a warning signal that arise in a particular case, easily adjustable. The invention will now be explained in more detail with the aid of a circuit diagram. FIG. 1 shows a passive resonant circuit (3) which is loosely coupled to an alternating magnetic field which is generated with the aid of one of the sensor coils (10), (11) and the ohmic resistors (12), (13) existing 15 bridge circuit is generated. A low-frequency oscillator (1) supplies a sawtooth-shaped voltage, which is fed to an HF oscillator (2) and frequency-modulates a driver signal generated by it. If the resonant frequency of the passive resonant circuit is approximately in the middle of the swept area, then energy is extracted from each sawtooth approximately in the middle of the ramp by resonance of one of the transmitter coils (10), (11) and thus the bridge balance is disturbed. 20 As a result, occurs the measuring terminals (16), (17) of the bridge circuit (4) a frequency and amplitude-modulated high-frequency signal with the wobble frequency. If, instead of the resonance circuit (3), a larger metal part approaches, a measuring signal (16), (17) produces a signal that is only frequency-modulated but constant in amplitude. The respective signal is fed from the measuring terminals (16), (17) with the interposition of a signal amplifier (5) to a first demodulator stage (6) which only responds to amplitude modulation. This demodulator stage (6) delivers a signal with the wobble frequency when the passive resonance circuit (3) approaches, but when a metal part approaches a DC voltage. The filter (7) downstream of the demodulator stage (6) only allows the sweep frequency to pass through. The low-frequency signal is rectified and screened in the second demodulator stage (8) and then converted into a switching signal in the threshold switch (9). In rail operations z. For example, the edges of the permitted working areas of overhead contact line assembly vehicles are marked by laying out the shock, impact and absolutely weatherproof resonance circuits between the rails. The resonance circuits are reliably recognized and clearly differentiated from other metal parts, such as sheet metal covers and rail crossings. If the wagons leave the permitted working area, a warning signal is triggered. 40 PATENT CLAIMS 1. Inductive proximity detector with a higher-frequency magnetic alternating field influenced by an approaching object, the object to be detected approaching having a passive resonance circuit and the resonance circuit consisting of a coil connected in parallel with a capacitor, characterized in that the generation of the magnetic alternating field by an alternating voltage with a periodically varied (wobbled) frequency, a 50 sawtooth-shaped voltage generated in an LF oscillator (1) frequency-modulating a driver signal generated in an HF oscillator (2), and that this driver signal via the input terminals ( 14, 15) is supplied to a bridge circuit (4), the bridge circuit (4) consisting of two series-connected sensor coils (10, 11), to which a voltage divider consisting of two ohmic resistors (12, 13) is arranged in parallel, and that Connection lines between the sensors pulen (10, 11) or between the ohmic resistors (12, 13) to the 55 input terminals (14, 15) of the bridge circuit (4), and that the connecting lines from the first transmitter coil (10) with the first ohmic resistor (12), or from the second transmitter coil (11) with the second ohmic resistor (13) via the measuring terminals (16 and 17) of the bridge circuit (4) to the input of a signal amplifier (5), the output side of which is fed to the input side a demodulator (6) is connected, and that the demodulator (6) is followed by a filter (7) for the wobble frequency 60, and that the output side of the filter (7) is connected to the input side of a demodulator (8), and that Demodulator (8) is followed by a threshold switch (9). -3- No. 389603 2. Induktiver Annäherungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil des induktiven Annäherungsdetektors aus mehreren, insbesondere zwei, räumlich getrennten, vorzugsweise von derselben Treiberschaltung gespeisten, Geberspulen mit offenen magnetischen Kreisen, die zusammen mit einem Spannungsteiler zu einer Brückenschaltung verbunden sind, aufgebaut ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-2. Inductive proximity detector according to claim 1, characterized in that the active part of the inductive proximity detector consists of several, in particular two, spatially separate, preferably fed by the same driver circuit, transmitter coils with open magnetic circuits, which are connected together with a voltage divider to form a bridge circuit, is constructed. Add 1 sheet of drawing -4-
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