DE10135263A1

DE10135263A1 - Switching oscillator for use with high-integrity proximity sensors, includes switch simulating approach or retreat of object and controlling amplifier operation

Info

Publication number: DE10135263A1
Application number: DE2001135263
Authority: DE
Inventors: Eckart Hiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Sensorentechnologie Gettorf GmbH
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-01-30

Abstract

A switch (7) simulates approach or retreat of an object (2) relative to the sensor. Amplifier oscillation is also controlled by the switch.

Description

Der Schaltoszillator ist für Anwendungen bei Näherungssensoren vorgesehen, die aus einem den Oszillator bildenden Verstärker mit Sensorelement bestehen, wobei das Sensorelement mit dem Verstärker so verschaltet ist, dass der Verstärker bei Annäherung eines Werkstückes an das Sensorelement in seinem oszillatorischen Verhalten beeinflusst ist. The switching oscillator is intended for applications in proximity sensors consist of an amplifier with sensor element forming the oscillator, wherein the sensor element is connected to the amplifier so that the amplifier at Approach of a workpiece to the sensor element in its oscillatory Behavior is influenced.

Die eingangs beschriebenen Näherungssensoren sind in vielfältigen industriellen Anwendungen eingesetzt und z. B. in der Schrift DE 12 86 099 beschrieben. The proximity sensors described at the outset are in diverse industrial Applications used and z. B. in the document DE 12 86 099.

Näherungssensoren deren Oszillatoren durch Schalter beeinflussbar sind, werden insbesondere unter Sicherheitsaspekten verwendet. Die Beeinflussung des Oszillators ist insbesondere dazu vorgesehen, mit Hilfe einer an den Oszillator angeschlossenen Auswerteelektronik die zuverlässige Funktion des Näherungssensors zu überprüfen. Proximity sensors whose oscillators can be influenced by switches used especially in terms of security. Influencing the In particular, the oscillator is intended to be connected to the oscillator connected evaluation electronics the reliable function of the Check proximity sensor.

In der Schrift DE 31 50 212 ist ein Näherungssensor dargestellt, der als Sensorelement eine induktive Spule aufweist, auf die eine zusätzliche Hilfswicklung aufgebracht ist. Die Hilfsleitung ist mit einem Schalter verbunden, der bei Betätigung diese Hilfswicklung kurz schließt. Dieser Kurzschluss wird transformatorisch in die Oszillatorspule transformiert und hat zur Folge, dass eine Oszillatorschwingung nicht mehr möglich ist. Der Nachteil dieser verwendeten Technik besteht darin, dass lediglich ein Totalausfall der Oszillatorspule simulierbar ist, jedoch nicht einen Teilausfall. In the document DE 31 50 212 a proximity sensor is shown, which as Sensor element has an inductive coil on which an additional auxiliary winding is applied. The auxiliary line is connected to a switch which, when actuated this auxiliary winding short-circuits. This short circuit is transformed into the Oscillator coil transforms and has the result that an oscillator oscillation does not is more possible. The disadvantage of this technique is that only a total failure of the oscillator coil can be simulated, but not one Partial failure.

Aufgabe der Erfindung ist es, parzielle Ausfälle des Sensorelementes und des Verstärkers mit Hilfe eines periodisch geschalteten Testes zu erfassen. The object of the invention is to partial failures of the sensor element and Detect amplifier using a periodically switched test.

Die Lösung der Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgezeigten Merkmale gelöst. Die Simulation eines Teilausfalles erfolgt in der Weise, dass mindestens eine Bedingung für die Erzeugung einer Schwingung durch den Verstärker beeinflussbar ist, insbesondere ist ein Schalter vorgesehen, der bei Betätigung die Verstärkungs- und/oder die Rückkopplungsbedingung des Schaltoszillators ändert. Wird der Verstärker mit einem schaltbaren Teil verbunden so kann vorteilhafter Weise bei dessen Betätigung auch die Phasenbeziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal des Verstärkers geändert werden, so dass der in den Schaltoszillator eingreifende Schalter, je nach gewünschter Anwendung, die Verstärkung, den Rückkopplungsfaktor oder die Phase des Verstärkers ändert. Der Schaltoszillator, dessen Sensorelement ein induktiver Resonanzkreis sein kann, der eine Rückkopplungsspule oder ein Anzapfung aufweist, ist mit einem Leitungsende über einen Schalter mit dem die Schwingung erzeugenden Verstärker verbunden, wobei bei Betätigung des Schalters der Rückkopplungsfaktor und damit die Schwingung des Oszillators verändert ist. Der Schalter kann in der Weise ausgebildet sein, dass er die Schwingung des Oszillators unterstützt oder aber auch in dem er sie schwächt. Wie eingangs aufgezeigt, ist ein ähnlich gearteter Effekt dadurch erreichbar, dass nicht der Rückkopplungsfaktor sondern die Verstärkung des Verstärkers bei unverändertem Rückkopplungsfaktor vermittels eines Schalters erhöht oder erniedrigt ist. Für die Schwingbedingung eines Oszillators ist jedoch nicht nur der Rückkopplungsfaktor und die Verstärkung von ausschlaggebender Bedeutung, sondern auch die Phasenlage zwischen Eingangs- und Ausgangssignal der Schaltoszillator-Auswertelektronik. Die Beeinflussung der Phasenlage ist dann von besonderer Bedeutung wenn der Schaltoszillator die Phasenlage des von dem Sensorelement abgegebenen Signals auswertet und wo z. B. ein Mischer verwendet ist, der von einem auf das Sensorelement einwirkenden Generator beaufschlagt ist. The solution to the problem is solved by the features indicated in claim 1. A partial failure is simulated in such a way that at least one Condition for the generation of a vibration can be influenced by the amplifier , in particular a switch is provided which, when actuated, amplifies the and / or the feedback condition of the switching oscillator changes. Will the Amplifier connected to a switchable part so can advantageously its actuation also the phase relationship between input and output signal of the amplifier can be changed so that the engaging in the switching oscillator Switch, depending on the desired application, the gain, the Feedback factor or the phase of the amplifier changes. The switching oscillator, whose sensor element can be an inductive resonance circuit, the one Has feedback coil or a tap is with a line end over a switch connected to the oscillation generating amplifier, wherein when the switch is actuated, the feedback factor and thus the vibration of the oscillator is changed. The switch can be designed in such a way that it supports the oscillation of the oscillator or else by weakening it. As shown at the beginning, a similar effect can be achieved in that not the feedback factor but the gain of the amplifier unchanged feedback factor increased by means of a switch or is lowered. For the oscillation condition of an oscillator, however, not only that Feedback factor and gain are crucial, but also the phase position between the input and output signal of the Switching oscillator-evaluation system. The influencing of the phase position is then from of particular importance if the switching oscillator changes the phase position of the Evaluates sensor element output signal and where z. B. uses a mixer is acted upon by a generator acting on the sensor element.

Anstelle eines Mischers kann auch ein Verstärker verwendet sein, der so mit dem Sensorelement verschaltet ist, dass er überwiegend nur auf die Phasenbeziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal des Verstärkers reagiert, z. B. in der Weise, wenn das mit dem Verstärker zu einem Oszillator verbundene Sensorelement an dem Verstärker einen vorgegebenen absoluten Schwellenwert für die Phase überschreitet. Anhand einiger Anwendungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Instead of a mixer, an amplifier can also be used, which is connected to the Sensor element is interconnected that it predominantly only relates to the phase relationship reacts between input and output signal of the amplifier, e.g. B. in the way if the sensor element connected to the amplifier to form an oscillator on the Amplifier has a predetermined absolute threshold for the phase exceeds. The invention is explained in more detail with the aid of some application examples.

In Fig. 1 ist ein induktiver Näherungsschalter dargestellt, der aus einem induktiven Schwingkreis 1 besteht, wobei die Induktivität dieses Schwingkreises so ausgebildet ist, dass das elektromagnetische Feld des Schwingkreises das Metallstück 2 durchdringt. Eine Anschlussleitung des Schwingkreises ist an einen Verstärker 3 angeschlossen, an dessen Ausgang ein Spannungsteiler 4, 5 angeschlossen ist, wobei an den gemeinsamen Anschlusspunkt dieser beiden Widerstände eine Kopplungsspule 6 angeschlossen ist, die transformatorisch mit der Sensorspule 1 gekoppelt ist. Der Spannungsteiler 4, 5 bestimmt den Rückkopplungsfaktor, der für den Einsatz der Schwingung wesentlich ist. Vermittels eines Schalters 7 wird der Rückkopplungsfaktor bei Verbindung über den Widerstand 8 erhöht und über den Widerstand 9 erniedrigt. Wird der Schalter 7 über eine zusätzlich Auswertelektronik betätigt, so kann die gesamte Funktion des Oszillators sowohl bei erhöhter wie bei erniedrigter Schwingamplitude in seiner Funktion überprüft werden. Die Kennlinie des Verstärkers 3, die den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung beschreibt, ist vorzugsweise nicht linear. Dies verhindert, dass bei Schaltung der Widerstände 8 oder 9 ein abruptes Einsetzen oder Abbrechen der Schwingamplitude eintritt und hat den Vorzug, dass eine feinfühlige Amplitudenbeeinflussung möglich ist. In Fig. 2 ist eine Schaltung gezeigt, die ein Netzwerk 10 aufweist, das für einen konstanten Rückkopplungsfaktor sorgt. In Fig. 1, an inductive proximity switch is shown, which consists of an inductive resonant circuit 1 , the inductance of this resonant circuit is designed so that the electromagnetic field of the resonant circuit penetrates the metal piece 2 . A connecting line of the resonant circuit is connected to an amplifier 3 , at the output of which a voltage divider 4 , 5 is connected, a coupling coil 6 being connected to the common connection point of these two resistors and being coupled to the sensor coil 1 by means of a transformer. The voltage divider 4 , 5 determines the feedback factor, which is essential for the use of the vibration. By means of a switch 7 , the feedback factor is increased when connected via resistor 8 and decreased via resistor 9 . If the switch 7 is actuated via additional evaluation electronics, the entire function of the oscillator can be checked in its function both with increased and with reduced oscillation amplitude. The characteristic curve of the amplifier 3 , which describes the relationship between the input and output voltage, is preferably not linear. This prevents an abrupt onset or abort of the oscillation amplitude when the resistors 8 or 9 are switched and has the advantage that a sensitive influence on the amplitude is possible. FIG. 2 shows a circuit which has a network 10 which ensures a constant feedback factor.

Über die Widerstände 4, 5 ist die Schleifenverstärkung des Verstärkers 3 fest eingestellt, so dass sich der Oszillator auf eine gewünschte Betriebsamplitude einstellt, während über die Widerstände 8, 9 und den Schalter 7 die Verstärkung entsprechend erhöht oder erniedrigt wird. Die mit der Spulenschwingung gleichphasige Rückkopplungsschwingung ist über das Netzwerk 10 an eine Anzapfung der Sensorspule 1 geführt. Fig. 3 zeigt einen phasenempfindlichen Schaltoszillator, der eine Sensorspule 1, eine Generatorspule 11 und eine Kompensationsspule 12 aufweist. Alle drei Spulen sind miteinander elektromagnetisch gekoppelt und an den Verstärker 14 angeschlossen, der neben Anschlüssen für die Spulen 1, 12 auch einen Anschluss 15 für die Generatorspule 11 aufweist. Diese Generatorspule kann sowohl von dem internen Generator des Verstärkers 14 mit einer konstanten Amplitude beaufschlagt sein, in diesem Falle fungiert der Verstärker 14 als Mischer mit einem Mischsignal das an seinem Ausgangsanschluss 16 zur Verfügung steht, oder Verstärker 14 erzeugt in der Generatorspule 11 eine Schwingung, die je nach Phasenlage der an den Spulen 1 und 12 gemessenen Amplituden einsetzt oder abbricht. Über den Schalter 7 und das mit ihm verbundene Netzwerk 13 wird durch externe Betätigung des Schalters 7 die Phase positiv oder negativ beeinflusst und entsprechend ist das Signal an dem Anschluss 16 erhöht oder erniedrigt. The loop gain of the amplifier 3 is fixed via the resistors 4 , 5 , so that the oscillator adjusts to a desired operating amplitude, while the amplification is increased or decreased accordingly via the resistors 8 , 9 and the switch 7 . The feedback oscillation, which is in phase with the coil oscillation, is conducted via the network 10 to a tap of the sensor coil 1 . FIG. 3 shows a phase-sensitive switching oscillator which has a sensor coil 1 , a generator coil 11 and a compensation coil 12 . All three coils are electromagnetically coupled to one another and connected to the amplifier 14 , which in addition to connections for the coils 1 , 12 also has a connection 15 for the generator coil 11 . This generator coil can be supplied with a constant amplitude by the internal generator of the amplifier 14 , in this case the amplifier 14 acts as a mixer with a mixed signal that is available at its output connection 16 , or amplifier 14 generates an oscillation in the generator coil 11 , which starts or stops depending on the phase position of the amplitudes measured on coils 1 and 12 . Via the switch 7 and the network 13 connected to it, the phase is influenced positively or negatively by external actuation of the switch 7 , and the signal at the connection 16 is correspondingly increased or decreased.

Claims

1. Switching oscillator for use in proximity sensors, consisting of an amplifier forming the oscillator with a sensor element, the sensor element being connected to the amplifier in such a way that the amplifier is influenced in its oscillatory behavior when a workpiece approaches the sensor element, characterized in that at least one switch is provided which, when actuated, simulates the approach or distance of a workpiece to the sensor element in such a way that at least one condition for the generation of a vibration by the amplifier is influenced by the switch.

2. Switching oscillator according to claim 1, characterized in that the amplifier with is connected to at least one switch which, when actuated, amplifies the and / or the feedback factor of the switching oscillator changes.

3. Switching oscillator according to claim 1, characterized in that the sensor element is an inductive resonance circuit that is a feedback coil or a tap has one line end connected to the amplifier, and where with the line end is connected to a switch which, when actuated Switching oscillator feedback factor changes.

4. Switching oscillator according to one of claims 1-3, characterized in that the Relationship between input and output voltage of the amplifier is not is linear.

5. Switching oscillator according to one of claims 1-4, characterized in that the Amplifier is connected to a switchable part, which when actuated Phase relationship between the input and output signal of the amplifier changes.

6. Switching oscillator according to one of claims 1-5, characterized in that the switching oscillator has a mixer and at least one on the sensor element acting generator.

7. Switching oscillator according to one of claims 1-6, characterized in that the Vibration of the switching oscillator starts when the phase relationship a predetermined between the input and output signal of the amplifier Threshold exceeded.