DD278905A1

DD278905A1 - Sensor zur anwesenheitserkennung von objekten

Info

Publication number: DD278905A1
Application number: DD88324207A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Kretschmer; Volker Ohlow
Original assignee: Nagema Veb K
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-05-16
Also published as: IT8948677A0; DE3938395A1; IT1237257B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Anwesenheitserkennung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlich arbeitenden Sensor zur Erkennung von Gegenstaenden zu entwickeln, der metallische und nichtmetallische Gegenstaende auch bei hohen Luftfeuchten und Verschmutzungen erkennt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Antenne als Seriendiskontinuitaet zwischen Generator und Auskopplung angeordnet ist, wobei der Realteil der Antennenimpedanz gross gegen den Realteil des transformierten Widerstandes ist, der Realteil der Antennenimpedanz ebenfalls gross gegen den Wellenwiderstand ist und der Imaginaerteil von so gross ist, dass er sich mit dem Imaginaerteil der resultierenden Antennenimpedanz bei Anwesenheit eines Messobjektes aufhebt und die Laenge der Transformationsleitung so gewaehlt ist, dass der Imaginaerteil der Impedanz mit und ohne reflektierenden Objekt gleich ist. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Anwesenheitserkennung, bestehend aus einem Generator, einem Wellenleiter, einer Auskopplung und einer Antenne.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zu den bekannten Lösungen gehört die Anwendung optischer Reflextaster. Das Funktionsprinzip besteht darin, daß ein kontinuierlicher Lichtstrom ausgesendet wird, der teilweise vom Objekt reflektiert, wieder empfangen und ausgewertet wird. Nachteilig hierbei ist, daß die optischen Reflextaster sehr schmutzempfindlich sind.

Zur Anwesenheitserkennung von Objekten können auch die seit langem bekannten klassischen passiven Radarverfahren angewendet werden. Diese arbeiten diskontinuierlich.

Der Nachteil dieser Lösung besteht in dem Aufwand, der getrieben werden muß. Sie sind insgesamt zu umfangreich und teuer. Eine weit verbreitete Lösung besteht in der Anwendung von induktiv und kapazitiv arbeitenden Näherungsschaltern. Die Wirkungsweise derartiger Sensoren besteht darin, daß eine von außen beeinflußbare Oszillatorschaltung durch die Annäherung von zu erkennenden Objekten induktiv bzw. kapazitiv verstimmt wird. Die daraus resultierende Änderung der Frequenz oder der Amplitude der Schwingungen oder auch das Abreißen der Schwingungen wird zur Erkennung der Objekte ausgenutzt. Die induktiven Näherungsschalter eignen sich nur für metallene Objekte, was die Einsatzbreite erheblich einschränkt. Die kapazitiven Näherungsschalter sind nicht geeignet für hohe Luftfeuchten bzw. bei Betauung. Für eine Vielzahl von Anwendungen sind diese Einrichtungen zu unempfindlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines robusten und billigen Sensors zur Erkennung von Gegenständen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlich arbeitenden Sensor zu Erkennung von Gegenständen zu entwickeln, der metallische und nichtmetallische Gegenstände auch bei hohen Luftfeuchten und Verschmutzungen erkennt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Antenne als Seriendiskontinuität zwischen Generator und Auskopplung angeordnet ist, wobei der Realteil der Antennenimpedanz groß gegen den Realteil des transformierten Widerstandes ist, der Realteil der Antennenimpedanz ebenfalls groß gegen den Wellenwiderstand ist und der Imaginärteil von Z) so groß ist, daß er sich mit dem Imaginärteil der resultierenden Antennenimpedanz bei Anwesenheit eines Meßobjektes aufhebt, und die Länge der Transformationsleitung so gewählt ist, daß der Imiginärteil der Impodanz mit und ohne refletierendes Objekt gleich ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht im einfachen und robusten Aufbau des des Sensors. Die Lösung ist insgesamt wenig aufwendig.

Ausführungsbeispiel

Das Verfahren soll nun an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt den Aufbau der Schaltung.

Die Ausführung erfolgt in Streifenleitertechnik auf kupferkaschiertem Leiterplattenmaterial.

Wie aus der Figur hervorgeht, besteht die Schaltung aus einem Oszillatortransistpr 1, einem Auskopplungstransistor 2 in Audionschaltung, einer Schlitzantenne 3, λ/4-Transformationsleitungen 4, Stichleitungen I₁, Transformatorleitungen I₂ und Widerständen 5.

Die Emitter-Basis-Kapazüät des Oszillatortronsistor 1 bildet mit der Stichleitung I₁ und dem Imaginärteil X₂ der Eingangsimpedanz Z₂ der Transformationsleitung Ij ι den f requenzbeslimmenden Teil eines Mikrowellenoszillators, der in einen Wellenleiter (hier Streifenleiter), bestehend aus den Stichleitungen I₁ und Transformationsleitungen I₂ Energie in Form elektromagnetischer Wellen einkoppelt. Die Schlitzantenne 3 stellt eine Seriendiskontinuität im Wellenleiter dar und ist zwischen den Transformationslaitungen I₂₁ und I_{2 2} ungeordnet. Der Auskopplungstransistor 2, der zur Auskopplung und Gleichrichtung der HF-Energie sowie zur Verstärkung der gewonnenen Gleichspannung dient, befindet sich am Ende der Transformationsleitung I₂₂. Das Gleichspannungssignal wird am Widerstand 5.5 abgenommen und einer nicht gezeichneten Auswerteeinheit zugeführt.

Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:

Die Antennenimpedanz Z_A liegt in Heihe mit der Eingangsimpedanz Z₃ der Transformationsleitung I₂₂. Da der Realteil Ra der Antennenimpedanz Za groß gegen den Wellenwiderstand Z₀ des Wellenleiters ist, ergibt sich für die vom Oszillatortransistor 1 kommende Welle ein großer Reflexionsfaktor n, so daß die Welle zum größten Teil reflektiert wird. Der nicht reflektierte Teil teilt sich auf die Schlitzantenne 3 und die Transformationsleitung I_{2 2} entsprechend dem Verhältnis der Realteile der Impedanzen auf.

Da der Reaiteil Ra der Antennenimpedanz Z_A auch groß gegen den Realteil R₃ der Eingangsimpedanz Z₃ der Transformationsleitung I_{2 2} ist, erhält die Schlitzantenne 3 den größten Teil der Energie, während in die Transformationsleitung I_{2 2} sehr wenig eingekoppelt wird. Das heißt, die Auskopplung ist vom Oszillatortransistor 1 weitgehend entkoppelt, und es liegt kein oder nur ein sehr kleines Signal an.

Infolge der Reflexion der abgestrahlten Welle am zu erkennenden Objekt ändert sich die Antennenimpedanz Z_A in der Weise, daß der Realteil von Z_A kleiner wird. Dadurch verringert sich der Reflexionsfaktor r,. Die Schlitzantenne 3 und die Transformationsleitung I_{2 2} nehmen mehr Energie als vorher auf. Außerdem entfällt auf die Transformationsleitung I_{2 2} entsprechend dem geänderten Widerstandsverhältnis Ra/R₃ ein größerer Anteil der nicht reflektierten Energie. Das bedeutet, daß die Transformationsleitung I_{2 2} stärker angekoppelt wird (wachsendes Signal). Das heißt also, daß die Auskopplung ohne reflektierendes Objekt weitgehend entkoppelt, aber mit reflektierendem Objekt weitgehend verkoppelt ist.

Dio^Schaltung kann auch so ausgelegt werden, daß eine vorhandene Kopplung ohne reflektierendes Objekt (großes Signal) durch die Reflexion am Objekt vermindert oder aufgehoben wird (kleines oder kein Signal).

Um Rückwirkungen auf die Frequenz des Oszillators 1 klein zu halten, werden die Längen der Stichleitungen I).t und Transformationsleitungen l₂₎ so gewählt, daß der Imaginärteil X₂ der Eingangsimpedanz Z₃ der Transformationsleitung I_{2 (} mit und ohne reflektierendes Objekt annähernd konstant bleibt.

Claims

Sensor zur Anwesenheitserkennung von Objekten, bestehend aus einem Generator, einem Wellenleiter, einer Auskopplung und einer Antenne, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne als Seriendiskontinuität zwischen Generator und Auskopplung angeordnet ist, wobei der Realteil (Ra) der Antennenimpedanz (Z_A) groß gegen den Realteil (R₁) des transformierten Widerstandes (Z₁) ist, der Realteil (R_A) der Antennenimpedanz (Z_A) ebenfalls groß gegen den Wellenwiderstand (Z₀) ist und der Imaginärteil von (Z₁) so groß ist, daß er sich mit dem Imaginärteil der resultierenden Antennenimpedanz bei Anwesenheit eines Meßobjektes aufhebt, und die Länge der Transformationsleitung (I₂₁) so gewählt ist, daß der Imaginärteil (X₂) der Impedanz (Z₂) mit und ohne reflektierendes Objekt gleich ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung