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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein solcher Sensor ist z B. aus der DE 36 43 970 C2 bekannt. Er dient dazu, die Räder von auf
Schienen vorüberlaufenden Eisenbahnfahrzeugen zu detektieren und entsprechende Sensormel- dungen z. B. an ein Zählwerk für die Frei- und Besetztmeldung eines Gleisabschnittes zu übermit- teln. Zum Detektieren vorüberlaufender Eisenbahnräder wertet der Sensor die Bedämpfung seines
Oszillatorschwingkreises durch die Eisenmassen der Fahrzeugräder aus. Dabei verändert sich die am Oszillatorschwingkreis anstehende Sensorspannung oder aber der vom Oszillator aufgenom- mene Speisestrom gegenüber dem nicht befahrenen Sensor. Eine Bewertungseinrichtung erkennt dies und reagiert daraufhin mit entsprechenden Sensormeldungen.
Die Sensormeldungen können durch unterschiedliche Stromaufnahmen des Sensors dargestellt sein ; jeweilige Stromaufnah- me lässt sich weit ab vom Sensor in einer speisenden Überwachungseinrichtung detektieren.
Unglücklicherweise sprechen die Radsensoren nicht nur auf vorüberlaufende Fahrzeuge an, sondern u. a. auch auf fahrzeugseitige Wirbelstrombremsen, wobei es in Abhängigkeit vom Be- triebszustand der einzelnen Wirbelstrombremsen gelegentlich zu keinem, zu einem oder zu mehre- ren eine Beeinflussung anzeigenden Sensormeldungen kommen kann. Die Beeinflussung eines
Oszillators durch eine Wirbelstrombremse ist im wesentlichen abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Wirbelstrombremse vorbeibewegt wird und durch die Stärke des die Schwingkreisinduk- tivität durchsetzenden Störfeldes der Bremse.
Obgleich die zeitlichen Änderungen des Streufeldes von Wirbelstrombremsen auch bei hohen Geschwindigkeiten weit unterhalb der Resonanzfrequenz der Radsensoren liegen, was wegen der Selektivität der Schwingkreise an sich unbedenklich ist, entstehen durch die Intensität der magnetischen Streufelder linearer Wirbelstrombremsen so hohe
Störspannungen, dass die Radsensoren darauf mit entsprechenden Sensormeldungen reagieren können, die das Vorüberlaufen eines Fahrzeugrades vortäuschen.
Um das Entstehen solcher fehlerhafter Sensormeldungen möglichst zu vermeiden, gibt es ver- schiedene Lösungsansätze. So sieht z. B. die DE 32 00 553 C2 die Anordnung einer auf das Feld von Fahrzeugbremsen ansprechenden Magnetfetdsonde im Bereich eines Radsensors vor, die beim Erkennen eines solchen Magnetfeldes für die Dauer ihrer Beeinflussung das Ausgeben von
Radsensormeldungen unterbindet.
Aus der DE 37 20 576 A1 ist eine Einrichtung an einem elektronischen Doppelschienenkontakt bekannt, bei der ein nichtlineares Schaltelement, das von den Magnetfeldern einer abgesenkten und erregten Wirbelstrombremse einzustellen ist, die Schwingkreise der Sensoroszillatoren vor- übergehend kurzschliesst und damit ebenfalls die Ausgabe von Radsensormeldungen verhindert.
Beide Einrichtungen zum Erkennen der von fahrzeugseitigen Wirbelstrombremsen ausgehen- den Magnetfelder sprechen auf nicht mit eingeschalteten Wirbelstrombremsen ausgestattete Fahrzeuge nicht an. Sie arbeiten damit nach dem Arbeitsstromprinzip und sind nicht funktions- überwacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentan- spruches 1 so weiterzubilden, dass alle für das Erkennen und Unwirksammachen von Wirbelstrom- beeinflussungen vorgesehenen Elemente bei jeder Radbefahrung in den Bewertungsvorgang für die Sensormeldungen einbezogen sind, so dass zu erwarten steht, dass sie dann, wenn sie wirklich benötigt werden, nämlich beim Vorbeibewegen eingeschalteter Wirbelstrombremsen, auch tatsäch- lich funktionsfähig sind und zuverlässig reagieren.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Durch das vorgesehene Bedämpfen der niederfrequenten Störspannungen wird verhindert, dass diese den Oszillator übersteuern können, wobei die Schwingungen des Oszillators aussetzen oder zumindest deutlich vermindert würden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemässen Sensors sind in den Unteransprüchen angegeben. So soll nach der Lehre des Anspruches 2 das Filterelement vorzugsweise als Hochpassfilter ausgebildet sein. Eine spezielle Ausgestaltung eines solchen Hochpassfilters für einen bestimmten Sensor ist im Anspruch 3 angegeben, wobei gemäss Anspruch 4 der im Anspruch 3 erwähnte Widerstand der Emitterwiderstand des Oszillatortransistors sein soll.
Durch die Dimensionierung gemäss Anspruch 5 wird erreicht, dass das Sensorsignal nach Mass- gabe der gewählten Rückkopplung quasi ungedämpft auf den Sensoroszillator zurückgeführt wird, während die sehr viel niederfrequenteren, auf Wirbelstrombremsenbeeinflussung basierenden Störspannungen nahezu vollständig abgeblockt werden und daher den Sensoroszillator auch so
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gut wie nicht beeinflussen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie- len näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1 das Prinzip eines nach dem Prinzip des induktiven Näherungsinitiators arbeitenden bekannten Radsensors, in
Figur 2 das Prinzip des erfindungsgemässen Sensors und in
Figur 3 die konkrete Ausgestaltung eines Radsensors mit einer nach der Erfindung vorgese- henen Filtereinrichtung.
Zur Erläuterung der Probleme der Störbeeinflussung von Radsensoren durch Wirbelstrom- bremsen wird bezug genommen auf Figur 1. Ein Verstärker V mit definiertem Verstärkungsfaktor v erzeugt an einem Schwingkreis LC die Wechselspannung Usensor. wenn das auf seinen Eingang zurückgekoppelte Signal k Usensor (k < 1) mit der Bedingung k v > 1 ausreichend verstärkt wird, um die Verluste des Schwingkreises auszugleichen. Das auf das Magnetfeld der Sensorinduktivität einwirkende Metall des Spurkranzes eines Fahrzeugrades erhöht die Verluste des Schwingkreises vorübergehend und führt zu einem Abreissen der Schwingungen oder bei Sensortypen nach der DE 36 43 970 C2 zu einer Verringerung der Amplitude.
Starke zeitlich veränderliche Magnetfelder wie das Streufeld einer voll erregten und schnell
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welche die Grössenordnung der Sensorspannung Usensor erreichen oder überschreiten kann, auch wenn sich die zeitlichen Änderungen bzw. die Frequenzen der Störung weit unter der Resonanzfrequenz des Schwingkreises bewegen. Auf den Verstärkereingang wird dann zusätzlich zu dem zurückgekoppelten Signal k Usensor die Spannung k Ustor geleitet. Dieser Störanteil kann den Verstärker so übersteuern, dass die Ansteuerung des Schwingkreises mit der Resonanz- frequenz fsensor nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Die Schwingungen reissen dann ab bzw. ihre Amplitude sinkt, wobei der Sensor eine ähnliche Reaktion zeigt wie auf das Metall eines Rad- spurkranzes.
Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis zum Eliminieren des störenden Einflusses voll erregter Wirbelstrombremsen auf Radsensoren liegt darin, dass sich die in der Schwingkreisin- duktivität des Sensors induzierte Störspannung frequenzmässig ausserordentlich stark unterscheidet von der Arbeitsfrequenz des Oszillators und dass es deshalb möglich sein müsste, die beiden am Oszillatorschwingkreis anstehenden Spannungen wieder in ihre Komponenten aufzuteilen und die eine Spannung, nämlich die bremsenbedingte Störspannung, durch geeignete Massnahmen her- auszufiltern. Die Erfindung sieht hierzu vor, die Auswirkung des Störers durch ein dem Verstärker- eingang vorgeschaltetes Filterelement F mit Hochpasscharakter zu reduzieren. Hierzu wird auf Figur 2 Bezug genommen.
Wie in Figur 1 liegt an der Sensorinduktivität des Oszillatorschwingkreises LC neben der Sen- sorspannung Usensor die durch das Magnetfeld einer vorbeibewegten Wirbelstrombremse induzierte
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markant voneinander. In den Rückkopplungszweig des Verstärkers V ist das erfindungsgemäss vorgesehene Filterelement F geschaltet, das Schwingungen im Bereich der Oszillatorfrequenz fsensor quasi ungedämpft passieren lässt, aber die sehr viel niederfreqenteren Schwingungen der eingekoppelten Störspannung Ustör abblockt.
Bei hinreichender Dämpfung des rückgekoppelten Störsignals k d Ustör für eine Dämpfung d 1 wirkt sich die Störspannung nicht mehr auf die Betriebsparameter des Verstärkers aus und beeinträchtigt damit nicht die Schwingkreisansteue- rung und weitere Auswertung der Sensorspannung Usensor. Die Dämpfung der Sensorspannung Usensor liegt in der Grössenordnung von 1, d. h. die Sensorspannung wird in dem Filterelement F so gut wie nicht vermindert. Das Filterelement F ist vorzugsweise als Hochpassfilter ausgeführt ; es kann aber auch ein Bandfilter vorgesehen sein, dessen Durchlassfrequenz im Bereich der Sensorfrequenz liegt.
Figur 3 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Sensor, wie er in etwa aus der DE 36 43 970 C2 bekannt ist ; der Einzelheiten wird auf diese Patentschrift verwiesen. Eine Sensorinduktivität L1 bildet mit einem Kondensator C1 einen Schwingkreis, dessen Güte sich bei einer Bedämpfung der Sensorinduktivität durch das Metall eines Spurkranzes verringert. Die Wechselspannung des Schwingkreises wird über einen Kondensator C2 der Primärwicklung n1 eines Übertragers Tr zugeführt. Von der Sekundärwicklung n2 des Übertragers wird ein Teil der
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Schwingkreisspannung gemäss dem Übersetzungsverhältnisses n2 : n1 (n2 < n1) über einen Kondensator C3 auf den Emitter eines Oszillatortransistors T zurückgekoppelt.
Das Filterelement wird aus den Elementen C2, Tr und R gebildet. Den Charakter des Filters verursachen zwei Effekte. Zum einen wird mit dem Kondensator C2 und den über den Übertrager Tr zum Schwingkreis tranformierten Emitterwiderstand R ein RC-Hochpass mit der Zeitkonstanten Th = (n1/n2)2 - R C2 gebildet. Der aus C2 und dem transformierten Emitterwiderstand R gebildete RC-Hochpass dämpft den Störanteil der dem Schalttransistor T zugeführten Spannung etwa um den Faktor 10. Den zweiten, wesentlich stärker wirksamen Effekt verursacht die Reihenschaltung der frequenzabhängigen Wechselstromwiderstände des Kondensators C2 mit RC2 = 1/w C2 und RLTr =w LTr der Primärwicklung des Übertragers.
Im Bereich der weit über der Frequenz des Störsignales fstör liegenden Resonanzfrequenz fsensor des Schwingkreises ist RC2 sehr viel kleiner als RLTr. Die Resonanzspannung des Schwingkreises wird nahezu unverändert auf die Primärwick- lung des Übertragers Tr geleitet, so dass die zur Aufrechterhaltung der Oszillation notwendigen Be- dingungen gegeben sind. Für das niederfrequente Störsignal hingegen ändern sich die Wider- standsverhältnisse RC2 : RLTr entscheidend. Die Störspannung fällt fast vollständig am Kondensator C2 ab, so dass auf den Übertrager Tr ein nur vernächlässigbar geringer Störanteil gelangt. Am Emitter des Oszillatortransistors tritt somit keine die Oszillation und die weitere Signalverarbeitung beeinträchtigende Störspannung auf.
In der praktischen Anwendung der Erfindung hat sich ge- zeigt, dass die auf den Oszillatortransistor zurückgeführte Störspannung bei Anwendung der Erfin- dung auf einen Wert von 0,05% der ursprünglichen Amplitude zu begrenzen ist ; vermindert sich die Amplitude der Sensorspannung durch den Filtervorgang um lediglich 5% auf 95% der ursprünglichen Amplitude. Dieses Zahlen zeigen, dass der Einfluss erregter Wirbelstrombremsen auf einen nach dem Prinzip des induktiven Näherungsinitiators arbeitenden Radsensor nahezu zu null gemacht werden kann, ohne dass dies nennenswerte Auswirkungen auf die Radbeeinflussungen selbst hat, d. h. das Ansprechverhalten des erfindungsgemässen Sensors ändert sich nur hinsicht- lich der Störbeeinflussung, nicht aber hinsichtlich der Nutzbeeinflussung.
Das erfindungsgemäss vorgesehene Filterelement zum Abblocken niederfrequenter Störspan- nungen lässt sich bei jedem beliebigen Sensor mit Vorteil anwenden unabhängig davon, ob der Oszillator bei unbeeinflusstem oder bei beeinflusstem Sensor auf seiner Resonanzfrequenz schwingt oder ob die Schwingungen im unbeeinflusstem oder beeinflusstem Zustand abreissen oder sich in ihrer Amplitude nur ändern. Dies ist eine Frage der schaltungstechnischen Ausgestaltung des Sensors und des verwendeten Sensorprinzips und nicht eine Frage der Störbeeinflussung durch äussere Magnetfelder.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sensor zum Erfassen vorbeibewegter, den Schwingkreis eines Oszillators induktiv be- dämpfender Eisenmassen mit einer auf die Veränderung der Schwingspannung des Oszil- lators oder die Veränderung des vom Oszillator aufgenommenen Speisestromes reagie- renden Bewertungseinrichtung zum Ausgeben von Sensormeldungen, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückkopplungskreis des Oszillators (V, LC) ein Filterelement (F) zum Bedämpfen von Schwingungen mit Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz (fsensor) des Oszilla- tors angeordnet ist.