DE102004020978B4

DE102004020978B4 - Inductive proximity sensor and method for signal extraction in an inductive proximity sensor

Info

Publication number: DE102004020978B4
Application number: DE200410020978
Authority: DE
Inventors: Lubomir Hnyk
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: DE102004020978A1

Abstract

Induktiver Näherungssensor, umfassend einen durch Annäherung eines metallischen Gegenstandes beeinflußbaren Schwingkreis (10; 66) und eine Auswerteeinrichtung (80) zur Erzeugung eines Sensorsignals, wobei der Schwingkreis (10; 66) einen Spulenzweig (28) mit einer Sensorspule (12; 92) und einer Referenzspule (14; 94), welche in Reihe geschaltet sind, umfaßt und einen Widerstandselementenzweig (26) mit Widerstandselementen (20, 22; 54, 56) umfaßt, daß die Sensorspule (12; 92) und die Referenzspule (14; 94) mit Widerstandselementen (20, 22; 54, 56) in einer L-R-Brückenschaltung (24) angeordnet sind und daß ein Spannungsabgriff (30; 32) jeweils im Spulenzweig (28) und im Widerstandselementenzweig (26) der L-R-Brückenschaltung (24) vorgesehen ist.An inductive proximity sensor, comprising an oscillating circuit (10; 66), which can be influenced by approaching a metallic object, and an evaluation device (80) for generating a sensor signal, wherein the oscillating circuit (10, 66) has a coil branch (28) with a sensor coil (12, 92) and a reference coil (14; 94) connected in series, comprising a resistive element branch (26) with resistive elements (20, 22; 54, 56), the sensor coil (12; 92) and the reference coil (14; 94) with resistance elements (20, 22; 54, 56) in an LR bridge circuit (24) are arranged and that a voltage tap (30; 32) respectively in the coil branch (28) and in the resistance element branch (26) of the LR bridge circuit (24) provided is.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungssensor, umfassend einen durch Annäherung eines metallischen Gegenstandes beeinflußbaren Schwingkreis und eine Auswerteeinrichtung zur Erzeugung eines Sensorsignals.The invention relates to an inductive proximity sensor, comprising an oscillatory circuit which can be influenced by approaching a metallic object and an evaluation device for generating a sensor signal.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Signalgewinnung bei einem induktiven Näherungssensor, welcher einen Schwingkreis mit einer Sensorspule und einer Referenzspule umfaßt.The invention further relates to a method for signal acquisition in an inductive proximity sensor, which comprises a resonant circuit with a sensor coil and a reference coil.

Bei induktiven Näherungssensoren ist die Beeinflussung des Schwingkreises abhängig von den elektromagnetischen Eigenschaften des Gegenstandes, welcher zu detektieren ist. Beispielsweise bedämpfen ferromagnetische Metalle den Schwingkreis stärker, da zusätzliche Energieverluste durch die Umpolung des remanenten Magnetfeldes entstehen. Bei paramagnetischen Metallen wird der Schwingkreis weniger stark bedämpft, jedoch wird die Schwingkreisinduktivität wesentlich stärker verändert (insbesondere reduziert) als bei ferromagnetischen Metallen.In inductive proximity sensors, the influence of the resonant circuit is dependent on the electromagnetic properties of the object, which is to be detected. For example, ferromagnetic metals dampen the resonant circuit more, since additional energy losses are caused by the polarity reversal of the remanent magnetic field. In paramagnetic metals, the resonant circuit is attenuated less strongly, but the resonant circuit inductance is much more changed (especially reduced) than in ferromagnetic metals.

Aus der DE 196 11 810 C2 ist ein berührungslos arbeitender Näherungsschalter mit einem durch von außen herangeführte Gegenstände beeinflußten Schwingkreis und mit einer Auswerteeinrichtung zur Gewinnung eines Schaltsignals aus einem die Änderung des Schwingungszustandes des Schwingkreises beschreibenden Ausgangssignal bekannt, wobei der Schwingkreis eine Schwingkreisbrücke mit wenigstens zwei Kondensatoren und wenigstens zwei durch die von außen herangeführten Gegenstände unterschiedlich beeinflußbaren Spulen ist. In der Auswerteeinrichtung wird aus der Brückendiagonalspannung und der Eingangsspannung der Schwingkreisbrücke die Brückenübertragungsfunktion gebildet, deren Realteil unabhängig vom Imaginärteil zur Gewinnung des Schaltsignals dient.From the DE 196 11 810 C2 is a contactlessly operating proximity switch with a influenced by externally guided objects resonant circuit and with an evaluation device for obtaining a switching signal from a change in the oscillation state of the resonant circuit descriptive output, the resonant circuit a resonant circuit bridge with at least two capacitors and at least two by the from outside zoom guided objects is different influenced coils. In the evaluation device, the bridge transfer function is formed from the bridge diagonal voltage and the input voltage of the oscillating circuit bridge, the real part of which serves independently of the imaginary part for obtaining the switching signal.

Aus der DE 199 47 380 A1 ist ein Näherungssensor zur Zusammenwirkung mit einem Auslöser, mit einem Schwingkreis und einem Frequenzgeber bekannt, wobei eine Auswerteschaltung zur Bestimmung einer auslösermaterialunabhängigen Komponente einer von der Position und dem Material des Auslösers abhängigen komplexen Systemgröße vorhanden ist.From the DE 199 47 380 A1 a proximity sensor for interacting with a trigger, with a resonant circuit and a frequency generator is known, wherein an evaluation circuit for determining a trigger material independent component of a dependent of the position and the material of the trigger complex system size is present.

Aus der WO 99/10981 A1 ist ein Näherungssensor bekannt, welcher einen Schwingkreis mit einer reaktiven Induktivität mit Lastwiderstand umfaßt, wobei primäre Windungen und sekundäre Windungen so angeordnet sind, daß der gegenseitige Fluß zwischen den zwei Windungen wesentlich schwächer ist als der Fluß jeder Windung.From the WO 99/10981 A1 For example, a proximity sensor is known which comprises a resonant circuit having a reactive inductance with load resistance, primary and secondary windings being arranged such that the mutual flux between the two windings is substantially weaker than the flux of each turn.

Aus der DE 44 29 314 A1 ist ein induktiver Näherungsschalter mit einem Oszillator mit einer Auswerteschaltung zur Gewinnung eines Schaltsignals aus der Änderung des Schwingungszustands des Oszillators bekannt, wobei in einem Wechselfeld einer Sendespule zwei Sensorspulen in unmittelbarer Differenzschaltung zur Erfassung der Differenz der in den beiden Sensorspulen induzierten Spannungen angeordnet sind. Eine Differenzwechselspannung ist an den Eingang eines Oszillatorverstärkers derart geführt, daß bei einem Nulldurchgang der Differenzwechselspannung der Oszillator seinen Schwingungszustand sprunghaft ändert.From the DE 44 29 314 A1 an inductive proximity switch with an oscillator with an evaluation circuit for obtaining a switching signal from the change of the oscillation state of the oscillator is known, wherein two sensor coils are arranged in direct differential circuit for detecting the difference of the voltages induced in the two sensor coils in an alternating field of a transmitting coil. A differential AC voltage is fed to the input of an oscillator amplifier such that at a zero crossing of the AC voltage difference of the oscillator changes its vibrational state abruptly.

Aus der DE 44 27 990 A1 ist ein induktiver Näherungssensor zur materialunabhängigen Messung des Abstands eines Meßobjekts bekannt, wobei ein elektrischer oder elektronischer Frequenz-Wandler oder Frequenzumsetzer vorhanden ist, um die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises zu messen, so daß die Resonanzfrequenz des Schwingkreises in ein frequenzproportionales Signal überführt wird.From the DE 44 27 990 A1 an inductive proximity sensor for material-independent measurement of the distance of a test object is known, wherein an electrical or electronic frequency converter or frequency converter is provided to measure the resonant frequency of a resonant circuit, so that the resonant frequency of the resonant circuit is converted into a frequency proportional signal.

Aus der DE 43 30 140 C2 ist ein induktiver Näherungsschalter mit einem von außen beeinflußbaren, einen Sensorschwingkreis und einen Referenzschwingkreis aufweisenden Osziliator und mit einem von dem Oszillator steuerbaren elektronischen Schalter bekannt, wobei der Sensorschwingkreis eine Sensorschwingkreisinduktivität und eine Sensorschwingkreiskapazität sowie der Referenzschwingkreis eine Referenzschwingkreisinduktivität und eine Referenzschwingkreiskapazität aufweisen und wobei der Sensorschwingkreis und der Referenzschwingkreis parallel geschaltet über einen in Reihe geschalteten Kupplungswiderstand galvanisch gekoppelt sind. Der Sensorschwingkreis und der Referenzschwingkreis sind zusätzlich transformatorisch gekoppelt. Die Sensorschwingkreisinduktivität und die Referenzschwingkreisinduktivität sind als Luftspulen ausgebildet.From the DE 43 30 140 C2 an inductive proximity switch with an externally influenced, a sensor resonant circuit and a reference resonant circuit having Osziliator and controllable with an oscillator electronic switch, wherein the sensor resonant circuit comprises a sensor resonant circuit and a sensor Schwingkreiskapazität and the reference resonant circuit a Referenzschwingkreisinduktivität and a reference resonant circuit capacitance and wherein the sensor resonant circuit and the reference resonant circuit are coupled in parallel via a coupling resistor connected in series. The sensor resonant circuit and the reference resonant circuit are additionally coupled transformer. The sensor resonant circuit inductance and the reference resonant circuit inductance are designed as air coils.

Aus der DE 195 38 575 C2 ist ein induktiver Näherungssensor zum Messen des Abstandes eines Meßobjekts als Steuerfahne bekannt, wobei elektronische Mittel vorhanden sind, um eine Pulsfolge zu erzeugen, deren Frequenz gleich der Frequenz oder der doppelten Frequenz eines Meßspulen-Wechselstroms oder einer Meßspulen-Wechselspannung ist und deren Pulsbreite proportional zu der Phasenverschiebung ist, die zwischen der Meßspulen-Wechselspannung und dem Meßspulen-Wechselstrom unmittelbar während jeder Halbperiode oder einem Vielfachen jeder Halbperiode des Stroms und der Spannung gemessen wird.From the DE 195 38 575 C2 an inductive proximity sensor for measuring the distance of a test object is known as a control lug, wherein electronic means are provided to generate a pulse train whose frequency is equal to the frequency or twice the frequency of a measuring coil AC or a measuring coil AC voltage and their pulse width proportional to is the phase shift measured between the measuring coil AC voltage and the measuring coil AC current immediately during each half period or a multiple of each half cycle of the current and the voltage.

Aus der DE 101 37 091 A1 ist ein induktiver Näherungssensor mit einem elektrischen Schwingkreis und einer hiermit gekoppelten elektrischen Energiequelle zum Ausgleich der Verluste im Schwingkreis bekannt, wobei die Energiequelle voll differentiell mit dem Schwingkreis gekoppelt ist.From the DE 101 37 091 A1 is an inductive proximity sensor with an electrical resonant circuit and a coupled thereto electrical energy source to compensate for the losses in Resonant circuit known, wherein the energy source is fully differentially coupled to the resonant circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen berührungslos arbeitenden Näherungssensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bezüglich des Signalhubs auf einfache Weise einstellbar ist.The invention has for its object to provide a non-contact proximity sensor of the type mentioned, which is adjustable with respect to the signal in a simple manner.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten induktiven Näherungssensor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwingkreis einen Spulenzweig mit einer Sensorspule und einer Referenzspule, welche in Reihe geschaltet sind, umfaßt und einen Widerstandselementenzweig mit Widerstandselementen umfaßt, daß die Sensorspule und die Referenzspule mit Widerstandselementen in einer L-R-Brückenschaltung angeordnet sind und daß ein Spannungsabgriff jeweils im Spulenzweig und im Widerstandselementenzweig der L-R-Brückenschaltung vorgesehen ist.This object is achieved with the above-mentioned inductive proximity sensor according to the invention in that the resonant circuit comprises a coil branch with a sensor coil and a reference coil, which are connected in series, and comprises a resistance element branch with resistance elements that the sensor coil and the reference coil with resistive elements in a LR Bridge circuit are arranged and that a voltage tap is provided in each case in the coil branch and in the resistance element branch of the LR bridge circuit.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird eine L-R-Brückenschaltung eingesetzt, um ein Sensorsignal direkt oder indirekt zu generieren. Über die Brückenschaltung lassen sich die Schwingkreisspannung und eine Spannung am Abgriff zwischen Sensorspule und Referenzspule auf einfache Weise vergleichen. Durch die Verwendung einer L-R-Brückenschaltung kann die Empfindlichkeit des Signalhubs bei Annäherung eines Gegenstands aus einem nicht-ferromagnetischen Material in Relation zu einem Gegenstand aus einem ferromagnetischen Material auf einfache Weise durch Anpassung von Widerstandselementen eingestellt werden. Insbesondere kann dadurch ein Näherungssensor bzw. ein Näherungsschalter realisiert werden, welcher die gleiche Empfindlichkeit gegenüber einem Gegenstand aus einem ferromagnetischen Material und nicht-ferromagnetischen Material aufweist (”Faktor 1”-Näherungssensor). Die Anpassung mittels Widerstandselementen ist einfacher und kostengünstiger durchführbar als die Anpassung über Kondensatoren, wie sie bei aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungen notwendig ist. Widerstandselemente sind in der Regel platzsparender. Die entsprechende Schaltung läßt sich dann mit geringerem Platzbedarf aufbauen. Über die L-R-Brücke wird der Einfluß von Schwingkreiskondensatoren verringert. Insbesondere lassen sich Einflußfaktoren entkoppeln, da bei der Schaltungsdimensionierung bezüglich der Signalhubempfindlichkeit die Schwingkreiskondensatoren nicht mehr berücksichtigt werden müssen. Dadurch ergibt sich auch ein definierteres Resonanzverhalten als bei Schaltungen, bei denen eine Kapazitätseinstellung notwendig ist; insbesondere sind Nebenresonanzen weitgehend vermieden.In the solution according to the invention, an L-R bridge circuit is used to generate a sensor signal directly or indirectly. The bridge circuit makes it easy to compare the resonant circuit voltage and a voltage at the tap between the sensor coil and the reference coil. By using an L-R bridge circuit, the sensitivity of the signal swing when approaching an article made of a non-ferromagnetic material in relation to an article made of a ferromagnetic material can be easily adjusted by adapting resistive elements. In particular, a proximity sensor or a proximity switch can thereby be realized, which has the same sensitivity to an object made of a ferromagnetic material and non-ferromagnetic material ("factor 1" proximity sensor). The adaptation by means of resistance elements is simpler and cheaper to carry out than the adaptation via capacitors, as is necessary in known from the prior art circuits. Resistance elements are usually space-saving. The corresponding circuit can then be built with less space. The influence of resonant circuit capacitors is reduced via the L-R bridge. In particular, influencing factors can be decoupled, since the resonant circuit capacitors no longer have to be taken into account in the circuit dimensioning with regard to the signal swing sensitivity. This also results in a more defined resonance behavior than in circuits in which a capacitance adjustment is necessary; In particular, secondary resonances are largely avoided.

Der Platzbedarf läßt sich auch dadurch geringer halten, da weniger Kondensatoren verwendet werden müssen.The space requirement can also be kept smaller because fewer capacitors must be used.

Durch Anordnung der Sensorspule und der Referenzspule relativ zueinander, Dimensionierung der Spulen und Dimensionierung der Widerstände kann die Empfindlichkeit auf Buntmetalle in Relation zu der Empfindlichkeit auf ferromagnetische Metalle eingestellt werden.By arranging the sensor coil and the reference coil relative to one another, dimensioning the coils and dimensioning the resistors, the sensitivity to non-ferrous metals can be adjusted in relation to the sensitivity to ferromagnetic metals.

Insbesondere ist über die Widerstandselemente ein Spannungsteiler für die Schwingkreisspannung gebildet. Es läßt sich dann eine auf einfach einstellbare Weise verstärkte (insbesondere untersetzte) Schwingkreisspannung auskoppeln, um mit dieser ein Sensorsignal und oder ein Verstärkungssignal zu generieren.In particular, a voltage divider for the resonant circuit voltage is formed via the resistance elements. It is then possible to decouple a (in particular squat) resonant circuit voltage that is amplified in an easily adjustable manner in order to generate with it a sensor signal and / or a gain signal.

Günstigerweise erfolgt ein Abgriff einer Brückendiagonalspannung. Über die Parameter der L-R-Brückenschaltung läßt sich der Signalhub für die Brückendiagonalspannung auf einfache Weise einstellen.Conveniently, there is a tap of a bridge diagonal voltage. About the parameters of the L-R bridge circuit, the signal swing for the bridge diagonal voltage can be easily set.

Günstigerweise ist ein Signal in den Schwingkreis eingekoppelt, welches mittels der aus dem Schwingkreis abgegriffenen Spannungen generiert ist. Es läßt sich dadurch ein Oszillator ausbilden, dessen Amplitude sich bei der Bedämpfung verringert, wobei dann aus diesem Amplitudenwert ein Abstandssignal generierbar ist. Bei entsprechender Einstellung der Parameter der L-R-Brückenschaltung wiederum kann so ein Oszillator hergestellt werden, dessen Amplitude sich unabhängig von der Art des metallischen Gegenstandes bei der Bedämpfung um den gleichen Wert ändert.Conveniently, a signal is coupled into the resonant circuit, which is generated by means of the tapped off from the resonant circuit voltages. It can thereby form an oscillator whose amplitude is reduced in the damping, in which case a distance signal can be generated from this amplitude value. With appropriate adjustment of the parameters of the L-R bridge circuit, in turn, an oscillator can be produced whose amplitude changes by the same value in the attenuation regardless of the type of metallic object.

Insbesondere entspricht das Einkopplungssignal einer verstärkten Brückendiagonalspannung.In particular, the injection signal corresponds to an amplified bridge diagonal voltage.

Wenn das Einkopplungssignal phasenrichtig in den Schwingkreis eingekoppelt wird, läßt sich ein Oszillator bereitstellen, der auch bei der Bedämpfung noch schwingt. Dadurch ist beispielsweise eine einfache Frequenzanpaßbarkeit realisiert.If the coupling-in signal is coupled into the resonant circuit in the correct phase, an oscillator can be provided which still oscillates during damping. As a result, for example, a simple Frequenzanpaßbarkeit realized.

Das Einkopplungssignal kann auf verschiedene Weise eingekoppelt werden, beispielsweise über Kapazitätsteiler (Colpitts-Oszillator), Anzapfung (Hartley-Oszillator), induktive Ankopplung mittels eines separaten Wickels (Meißner-Oszillator) oder Direkteinkopplung aus einer Quelle mit hohem Ausgangswiderstand.The coupling-in signal can be coupled in various ways, for example via a capacitance divider (Colpitts oscillator), a tap (Hartley oscillator), inductive coupling by means of a separate winding (Meissner oscillator) or direct coupling from a source with high output resistance.

Günstig ist es insbesondere bei Verstärkern mit niedriger Ausgangsimpedanz, wenn das Einkopplungssignal über einen Kapazitätsteiler eingekoppelt ist. Es läßt sich dadurch eine Impedanzanpassung bei der Einkopplung des Einkopplungssignals erreichen. Es braucht dann auch keine Anzapfung ”auf Spule” vorgesehen werden. Ein entsprechender Oszillator wird als Colpitts-Oszillator bezeichnet.It is advantageous, in particular, for amplifiers with a low output impedance if the coupling-in signal is coupled in via a capacitance divider. It can thereby be an impedance matching in the coupling of the injection signal to reach. It then needs no tapping "on coil" are provided. A corresponding oscillator is called a Colpitts oscillator.

Insbesondere umfaßt der Kapazitätsteiler Schwingkreiskondensatoren. Dadurch läßt sich die entsprechende Schaltung einfach gestalten mit verringertem Platzbedarf.In particular, the capacity divider comprises resonant circuit capacitors. As a result, the corresponding circuit can be easily designed with reduced space requirements.

Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, daß das Einkopplungssignal über einen Transformator eingekoppelt ist (Meißner-Schaltung).It can also be provided, for example, that the coupling-in signal is coupled in via a transformer (Meissner circuit).

Eine weitere Möglichkeit ist die Einkopplung des Einkopplungssignals (Rückkopplungssignal) über Anzapfung einer Spule (Hartley-Schaltung; induktive Dreipunktschaltung).Another possibility is the coupling of the input signal (feedback signal) via tapping a coil (Hartley circuit, inductive three-point circuit).

Günstigerweise ist die Spannung im Spulenzweig zwischen Sensorspule und Referenzspule abgegriffen. Über Anordnung und Dimensionierung von Sensorspule und Referenzspule ist dadurch eine Einstellung der Empfindlichkeit des Signalhubs möglich.Conveniently, the voltage in the coil branch is tapped between the sensor coil and the reference coil. The arrangement and dimensioning of the sensor coil and the reference coil thereby makes it possible to adjust the sensitivity of the signal swing.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spannungsabgriffe an die Eingänge eines Verstärkers gekoppelt sind. Über den Verstärker läßt sich eine modifizierte Differenzspannung generieren, über die beispielsweise ein Schaltsignal erzeugbar ist. Es ist auch möglich, die modifizierte Differenzspannung in den Schwingkreis rückzukoppeln. Bei dem Verstärker kann es sich um einen subtrahierenden Verstärker handeln. Ein solcher Verstärker läßt sich auf einfache Weise mittels eines Operationsverstärkers realisieren. Es ergibt sich dadurch ein einfacher Schaltungsaufbau.It is particularly advantageous if the voltage taps are coupled to the inputs of an amplifier. Via the amplifier, a modified differential voltage can be generated, via which, for example, a switching signal can be generated. It is also possible to feed back the modified differential voltage into the resonant circuit. The amplifier may be a subtractive amplifier. Such an amplifier can be realized in a simple manner by means of an operational amplifier. This results in a simple circuit construction.

Es ist dann besonders günstig, wenn ein Ausgang des Verstärkers an den Schwingkreis gekoppelt ist. Dadurch ist eben eine Rückkopplung möglich, beispielsweise über eine Colpitts-, Meißner- oder Hartley-Schaltung.It is particularly advantageous when an output of the amplifier is coupled to the resonant circuit. As a result, just a feedback is possible, for example via a Colpitts, Meissner or Hartley circuit.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die abgegriffenen Spannungen im wesentlichen unabhängig von Schwingkreiskapazitäten sind; dies ist dadurch erreichbar, daß sie an der L-R-Brückenschaltung abgegriffen werden. Dadurch läßt sich der Einfluß von Schwingkreiskondensatoren gering halten und insbesondere lassen sich Einflußgrößen entkoppeln. Es genügt dann grundsätzlich, nur eine einzige Schwingkreiskapazität vorzusehen. Dadurch läßt sich der Platzbedarf minimieren und das Resonanzverhalten wird verbessert.It is particularly advantageous if the tapped voltages are essentially independent of resonant circuit capacitors; this can be achieved by tapping on the L-R bridge circuit. As a result, the influence of resonant circuit capacitors can be kept low and, in particular, influencing variables can be decoupled. It is then sufficient in principle to provide only a single resonant circuit capacitance. As a result, the space requirement can be minimized and the resonance behavior is improved.

Insbesondere ist mit Hilfe der Elemente der L-R-Brückenschaltung der Signalhub bei durch Annäherung des Gegenstandes bedämpftem Schwingkreis in Relation zu dem unbedämpften Schwingkreis eingestellt. Diese Einstellung des Signalhubs bezieht sich dabei auf die Situation, bei welcher der Gegenstand in einem festen Abstand ist. Durch Modifikation der entsprechenden Elemente der L-R-Brückenschaltung kann bei festem Abstand der Signalhub erhöht oder erniedrigt werden.In particular, with the aid of the elements of the L-R bridge circuit, the signal swing is adjusted in relation to the undamped oscillating circuit when the resonant circuit is damped by approaching the object. This setting of the signal stroke refers to the situation in which the object is at a fixed distance. By modifying the corresponding elements of the L-R bridge circuit, the signal swing can be increased or decreased at a fixed distance.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn über die Elemente der L-R-Brückenschaltung die Empfindlichkeit des Näherungssensors auf die Annäherung eines metallischen Gegenstandes aus einem nicht-ferromagnetischen Material im Vergleich zu einem Gegenstand aus ferromagnetischem Material eingestellt ist. Es ist dadurch möglich, die Empfindlichkeit des Näherungssensors auf Buntmetalle zu steuern, wobei es grundsätzlich möglich ist, die Empfindlichkeit im Bereich zwischen deutlich größer als die Empfindlichkeit für ferromagnetische Metalle und deutlich kleiner gegenüber dieser Empfindlichkeit für ferromagnetische Metalle einzustellen.It is particularly advantageous if the sensitivity of the proximity sensor to the approach of a metallic object made of a non-ferromagnetic material is set in comparison with an object made of ferromagnetic material via the elements of the L-R bridge circuit. It is thus possible to control the sensitivity of the proximity sensor to non-ferrous metals, it being possible in principle to set the sensitivity in the range between significantly greater than the sensitivity for ferromagnetic metals and significantly smaller than this sensitivity for ferromagnetic metals.

Insbesondere sind die Parameter der L-R-Brückenschaltung so eingestellt, daß der Signalhub bei Annäherung eines Gegenstandes im wesentlichen unabhängig vom Material des Gegenstandes ist. Es ist dadurch ein ”Faktor 1”-Näherungssensor realisiert, welcher ein Sensorsignal und insbesondere ein Schaltsignal liefert, wenn ein Gegenstand einen bestimmten Abstand erreicht, unabhängig davon, aus welchem Metall der Gegenstand hergestellt ist.In particular, the parameters of the L-R bridge circuit are set so that the signal swing when approaching an object is substantially independent of the material of the object. It is realized by a "factor 1" proximity sensor which provides a sensor signal and in particular a switching signal when an object reaches a certain distance, regardless of which metal the article is made from.

Insbesondere sind die Widerstandselemente in dem Widerstandselementenzweig so dimensioniert angeordnet und/oder sind die Sensorspule und die Referenzspule so dimensioniert und angeordnet, daß der Signalhub bei Annäherung eines Gegenstandes im wesentlichen unabhängig vom Material des Gegenstandes ist.In particular, the resistive elements in the resistor element arm are dimensioned so and / or the sensor coil and the reference coil are dimensioned and arranged such that the signal swing when approaching an object is substantially independent of the material of the article.

Vorzugsweise ist die Einstellung derart, daß diese sich auf einen weiten Abstandsbereich der Gegenstände bezieht. Wenn mittels eines entsprechenden Näherungssensors (oder Näherungsschalters) nur ein bestimmter Schaltabstand überwacht werden soll, dann ist es günstig, wenn die Einstellung sich auf einen bestimmten Schaltabstand oder einen bestimmten Schaltabstandsbereich bezieht. Innerhalb dieses Bereichs kann dann eine Unabhängigkeit von der Art des metallischen Gegenstandes gewährleistet werden.Preferably, the adjustment is such that it relates to a wide distance range of the objects. If only a specific switching distance is to be monitored by means of a corresponding proximity sensor (or proximity switch), then it is favorable if the setting relates to a specific switching distance or a specific switching distance range. Within this range, independence from the type of metallic object can be ensured.

Beispielsweise ist es vorgesehen, daß das erzeugte Sensorsignal ein Schaltsignal ist, welches eben anzeigt, daß der Gegenstand beispielsweise einen bestimmten Mindestabstand erreicht bzw. überschritten oder unterschritten hat.For example, it is provided that the generated sensor signal is a switching signal, which just indicates that the object has reached or exceeded or fallen below, for example, a certain minimum distance.

Günstigerweise sind die Sensorspule und die Referenzspule so angeordnet, daß sie bei Annäherung des Gegenstandes unterschiedlich bedämpft sind. Es ist dann auch möglich, über die Anordnung der Spulen die Empfindlichkeit einzustellen.Conveniently, the sensor coil and the reference coil are arranged so that they attenuated differently when approaching the object are. It is then also possible to adjust the sensitivity via the arrangement of the coils.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine möglichst weitgehende Entkopplung von Einflußfaktoren erreicht ist.The invention is further based on the object to improve a method of the type mentioned so that the greatest possible decoupling of influencing factors is achieved.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Schwingkreisspannungssignal und ein Spulenspannungssignal, welches zwischen der Sensorspule und der Referenzspule abgegriffen wird, einem subtrahierenden Verstärker zugeführt werden.This object is achieved in the method mentioned above according to the invention in that a resonant circuit voltage signal and a coil voltage signal which is tapped between the sensor coil and the reference coil, a subtractive amplifier are supplied.

Bei dieser Lösung ist eine Frequenzanpassung auf einfache Weise möglich. Es ist ferner möglich, einen Faktor 1-Näherungsschalter zu realisieren, wobei die Realisierung über Verstärkungsfaktoren des subtrahierenden Verstärkers möglich ist. Insbesondere lassen sich Verstärkungsfaktoren über stabile Widerstandselemente einstellen (und nicht über Kondensatoren). Weiterhin läßt sich die Anzahl an Kondensatoren verringern, so daß der Platzbedarf verringert ist.In this solution, a frequency adjustment is possible in a simple manner. It is also possible to realize a factor 1 proximity switch, whereby the implementation of gain factors of the subtracting amplifier is possible. In particular, gain factors can be set via stable resistance elements (and not via capacitors). Furthermore, the number of capacitors can be reduced, so that the space requirement is reduced.

Durch die Entkopplung von Einflußfaktoren aufgrund der Reduzierung des Einflusses von Kondensatoren läßt sich auch ein definierteres Resonanzverhalten des Schwingkreises erreichen.Due to the decoupling of influencing factors due to the reduction of the influence of capacitors, a more defined resonance behavior of the resonant circuit can be achieved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Näherungssensor erläutert.Further advantageous embodiments of the method according to the invention have already been explained in connection with the proximity sensor according to the invention.

Insbesondere weist der subtrahierende Verstärker einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Zweig auf. Es läßt sich dann eine Differenzspannung bilden, welche auf einfache Weise auswertbar ist bzw. welche auf einfache Weise verstärkbar ist und in den Schwingkreis rückkoppelbar ist.In particular, the subtracting amplifier has an inverting and a non-inverting branch. It can then form a differential voltage which can be evaluated in a simple manner or which can be amplified in a simple manner and can be fed back into the resonant circuit.

Günstigerweise weisen die beiden Zweige bestimmte eingestellte Verstärkungsfaktoren auf. Über Einstellung der Verstärkungsfaktoren läßt sich dann die Empfindlichkeit des Signalhubs einstellen, um so beispielsweise einen Faktor 1-Näherungssensor zu realisieren. Ein Verstärkungsfaktor kann dabei auch einen Wert größer Eins annehmen.Conveniently, the two branches have certain set gain factors. By adjusting the gain factors can then adjust the sensitivity of the signal, so as to realize, for example, a factor 1 proximity sensor. An amplification factor can also assume a value greater than one.

Günstig ist es, wenn zur Einstellung eines Verstärkungsfaktors mindestens ein Verstärkungselement in dem entsprechenden Zweig vorgesehen wird. Es kann dabei in beiden Zweigen ein solches Verstärkungselement vorgesehen sein oder nur in einem Zweig ein solches Verstärkungselement. (In dem anderen Zweig ist dann der Verstärkungsfaktor Eins.) Es ist dadurch beispielsweise möglich, den Verstärker durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) zu realisieren. Die Verstärkungselemente können dabei Teile eines solchen Prozessors sein. Beispielsweise wird für den invertierenden Zweig und den nichtinvertierenden Zweig jeweils ein Analog-Digital-Wandler vorgesehen, so daß die entsprechenden Spannungen in digitale Signale wandelbar sind, die dann entsprechend von dem Prozessor weiterverarbeitet werden können.It is advantageous if at least one reinforcing element is provided in the corresponding branch for setting a gain factor. It may be provided in both branches such a reinforcing element or only in a branch such a reinforcing element. (In the other branch then the gain factor is one.) It is thereby possible, for example, to realize the amplifier by a digital signal processor (DSP). The reinforcing elements may be parts of such a processor. For example, an analog-to-digital converter is provided for the inverting branch and the non-inverting branch, respectively, so that the corresponding voltages can be converted into digital signals, which can then be further processed by the processor accordingly.

In diesem Zusammenhang ist es insbesondere günstig, wenn die Einstellung des oder der Verstärkungsfaktoren softwaremäßig erfolgt. Dadurch läßt sich die Empfindlichkeit eines induktiven Näherungssensors auf Buntmetalle bezogen auf die Empfindlichkeit gegenüber ferromagnetische Metalle in einem weiten Bereich variieren bzw. einstellen.In this context, it is particularly favorable if the setting of the gain factor (s) is done by software. As a result, the sensitivity of an inductive proximity sensor to non-ferrous metals based on the sensitivity to ferromagnetic metals can be varied or adjusted within a wide range.

Es kann auch vorgesehen sein, daß der Verstärkungsfaktor des einen Zweigs mit Hilfe eines Widerstandsnetzwerkes eingestellt wird. Es handelt sich dabei insbesondere um den nichtinvertierten Zweig. Widerstandselemente sind stabil und weisen im Vergleich zu Kondensatoren kleinere Bauformen auf. Es läßt sich dadurch eine Schaltung mit geringerem Platzbedarf realisieren. Es ist aber auch grundsätzlich möglich, den Verstärkungsfaktor bei einem entsprechenden Bauteil softwaremäßig einzustellen.It can also be provided that the gain of the one branch is adjusted by means of a resistor network. This is in particular the non-inverted branch. Resistor elements are stable and have smaller designs compared to capacitors. It can thereby realize a circuit with a smaller footprint. However, it is also possible in principle to set the amplification factor for a corresponding component by software.

Es kann vorgesehen sein, daß ein effektiver Verstärkungsfaktor des anderen Zweigs mit Hilfe der Anordnung und Dimensionierung von Sensorspule und Referenzspule eingestellt wird. Der effektive Verstärkungsfaktor ist dabei derjenige Verstärkungsfaktor, welcher zusammen mit dem Verstärkungsfaktor des anderen Zweigs den Signalhub bei Bedämpfung bestimmt. Auch eine softwaremäßige Einstellung ist grundsätzlich möglich.It can be provided that an effective amplification factor of the other branch is set by means of the arrangement and dimensioning of sensor coil and reference coil. The effective amplification factor is the amplification factor which, together with the amplification factor of the other branch, determines the signal swing when attenuated. A software setting is also possible.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ausgangssignal des subtrahierenden Verstärkers in den Schwingkreis rückgekoppelt wird. Es läßt sich dadurch erreichen, daß der Schwingkreis auch bei Bedämpfung schwingt.It is particularly advantageous if the output signal of the subtracting amplifier is fed back into the resonant circuit. It can be achieved in that the resonant circuit oscillates even when damped.

Insbesondere wird der subtrahierende Verstärker im wesentlichen nicht von einer Schwingkreiskapazität beeinflußt. Es lassen sich dadurch Einflußfaktoren entkoppeln. Insbesondere ergibt sich ein definierteres Resonanzverhalten.In particular, the subtracting amplifier is substantially unaffected by resonant circuit capacitance. It can thereby decouple influencing factors. In particular, a more defined resonance behavior results.

Insbesondere wird der subtrahierende Verstärker an eine L-R-Brückenschaltung gekoppelt, bei welcher der Spulenzweig die Sensorspule und die Referenzspule umfaßt. Dadurch läßt sich auf einfache Weise eine Verstärkung und insbesondere Untersetzung der Schwingkreisspannung realisieren.In particular, the subtracting amplifier is coupled to an L-R bridge circuit in which the coil branch comprises the sensor coil and the reference coil. As a result, a gain and in particular reduction of the resonant circuit voltage can be realized in a simple manner.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung.The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Schaltungsanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungssensors mit einer L-R-Brückenschaltung; 1 a schematic circuit arrangement of a first embodiment of an inductive proximity sensor according to the invention with an LR bridge circuit;

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels; 2 a schematic representation of another embodiment;

3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Signalrückkopplung mittels einer Meißner-Schaltung; 3 a schematic representation of an embodiment of the signal feedback means of a Meissner circuit;

4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für die Signalrückkopplung mittels einer Hartley-Schaltung; 4 a schematic representation of another embodiment of the signal feedback means of a Hartley circuit;

5 eine schematische Darstellung einer Verallgemeinerung des Ausführungsbeispiels gemäß 1; und 5 a schematic representation of a generalization of the embodiment according to 1 ; and

6 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 5 in schematischer Darstellung. 6 a variant of the embodiment according to 5 in a schematic representation.

Ein erfindungsgemäßer induktiver Näherungssensor umfaßt einen Schwingkreis, welcher in einem ersten Ausführungsbeispiel in 1 mit seinen wesentlichen Elementen gezeigt und als Ganzes mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Schwingkreis 10 umfaßt eine Sensorspule 12 mit Induktivität L₁ und eine in Reihe geschaltete Referenzspule 14 mit Induktivität L₂. Die beiden Spulen 12 und 14 sind so angeordnet, daß bei Annäherung eines metallischen Gegenstandes an den entsprechenden induktiven Näherungssensor die beiden Spulen 12, 14 unterschiedlich bedämpft werden.An inventive inductive proximity sensor comprises a resonant circuit, which in a first embodiment in 1 shown with its essential elements and as a whole with the reference numeral 10 is designated. The resonant circuit 10 includes a sensor coil 12 with inductance L ₁ and a series-connected reference coil 14 with inductance L ₂ . The two coils 12 and 14 are arranged so that when approaching a metallic object to the corresponding inductive proximity sensor, the two coils 12 . 14 be damped differently.

Der Schwingkreis 10 weist ferner einen Schwingkreiskondensator 16 mit Kapazität C₁ auf. Dieser Schwingkreiskondensator 16 ist parallel zu der Reihenschaltung der Spulen 12 und 14 angeordnet.The resonant circuit 10 further includes a resonant circuit capacitor 16 with capacity C ₁ on. This resonant circuit capacitor 16 is parallel to the series connection of the coils 12 and 14 arranged.

Weiterhin ist zu der Reihenschaltung der Spulen 12 und 14 ein Widerstandsnetzwerk 18 parallel geschaltet, welches insbesondere als Spannungsteiler ausgebildet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt das Widerstandsnetzwerk 18 ein erstes Widerstandselement 20 mit Widerstandswert R₁ und ein zweites Widerstandselement 22 mit Widerstandswert R₂.Furthermore, to the series connection of the coils 12 and 14 a resistor network 18 connected in parallel, which is in particular designed as a voltage divider. In the embodiment shown, the resistor network comprises 18 a first resistance element 20 with resistance R ₁ and a second resistance element 22 with resistance R ₂ .

Die Sensorspule 12 und die Referenzspule 14 sind mit den Widerstandselementen 20, 22 in einer L-R-Brückenschaltung 24 angeordnet. Das Widerstandsnetzwerk 18 bildet dabei den Widerstandselementenzweig 26 der L-R-Brückenschaltung 24, und die Sensorspule 12 und die Referenzspule 14 bilden den Spulenzweig 28 der L-R-Brückenschaltung 24.The sensor coil 12 and the reference coil 14 are with the resistor elements 20 . 22 in an LR bridge circuit 24 arranged. The resistor network 18 forms the resistance element branch 26 the LR bridge circuit 24 , and the sensor coil 12 and the reference coil 14 form the coil branch 28 the LR bridge circuit 24 ,

Der Widerstandselementenzweig 26 ist als Spannungsteiler ausgebildet. An ihm läßt sich eine Schwingkreisspannung U (Oszillatorspannung) entsprechend dem Verhältnis der Widerstandswerte R₁ und R₂ untersetzt abgreifen. Zum Abgriff dieser Spannung U₁ ist ein Spannungsabgriff 30 vorgesehen, welcher galvanisch an eine Leitung zwischen den Widerstandselementen 20 und 22 gekoppelt ist.The resistor element branch 26 is designed as a voltage divider. A resonant circuit voltage U (oscillator voltage) can be picked off in accordance with the ratio of the resistance values R ₁ and R ₂ . To tap this voltage U ₁ is a voltage tap 30 which is galvanically connected to a line between the resistor elements 20 and 22 is coupled.

Ferner ist ein Spannungsabgriff 32 vorgesehen, welcher galvanisch an eine Leitung zwischen der Sensorspule 12 und der Referenzspule 14 gekoppelt ist.There is also a voltage tap 32 which is galvanically connected to a line between the sensor coil 12 and the reference coil 14 is coupled.

Die Differenzspannung U_a = U₁ – U₂ (Querspannung) zwischen den Spannungsabgriffen 30 und 32 ist eine Brückendiagonalspannung der L-R-Brückenschaltung 24.The differential voltage U _a = U ₁ - U ₂ (cross voltage) between the voltage taps 30 and 32 is a bridge diagonal voltage of the LR bridge circuit 24 ,

Diese Differenzspannung ist beispielsweise einem Differenzverstärker 34 (subtrahierenden Verstärker) zugeführt. Dazu sind die Spannungsabgriffe 30 und 32 an entsprechende Eingänge 36, 38 des Verstärkers 34 gekoppelt. Die Verwendung eines subtrahierenden Verstärkers ist jedoch nicht zwingend.This differential voltage is for example a differential amplifier 34 (subtracting amplifier) supplied. These are the voltage taps 30 and 32 to corresponding inputs 36 . 38 of the amplifier 34 coupled. However, the use of a subtractive amplifier is not mandatory.

Ein Ausgang 40 des Verstärkers 34 stellt ein verstärktes (Differenz-)Signal bereit. Dieses läßt sich, wie unten noch näher erläutert wird, in den Schwingkreis 10 rückkoppeln, um einen Oszillator zu bilden.An exit 40 of the amplifier 34 provides an amplified (difference) signal. This can, as will be explained in more detail below, in the resonant circuit 10 feed back to form an oscillator.

Wenn sich ein metallischer Gegenstand dem induktiven Näherungssensor mit dem Schwingkreis 10 nähert, dann führt dies zu einer Bedämpfung der Spulen 12, 14, wobei aufgrund deren entsprechender Anordnung und Ausbildung die Bedämpfung der beiden Spulen 12, 14 unterschiedlich ist. Aus einem entsprechenden Signal des Schwingkreises 10 kann der Abstand und insbesondere ein Schaltabstand des bedämpften Gegenstandes ermittelt werden. Dadurch wiederum läßt sich ein Sensorsignal und insbesondere ein Schaltsignal generieren, beispielsweise in der Art, daß bei Erreichen eines bestimmten Abstandswertes ein digitales Schaltsignal ausgegeben wird.If a metallic object is the inductive proximity sensor with the resonant circuit 10 approaches, then this leads to a damping of the coils 12 . 14 , Due to their corresponding arrangement and design, the damping of the two coils 12 . 14 is different. From a corresponding signal of the resonant circuit 10 the distance and in particular a switching distance of the damped object can be determined. In turn, a sensor signal and in particular a switching signal can be generated in this way, for example in such a way that when a specific distance value is reached, a digital switching signal is output.

Die Beeinflussung des Schwingkreises 10 durch den angenäherten Gegenstand hängt grundsätzlich davon ab, aus welchem (metallischen) Material der Gegenstand hergestellt ist. Ferromagnetische Metalle verursachen in der Regel starke Güteänderungen (Änderungen im Q-Wert) und geringe Induktivitätsänderungen. Buntmetalle verursachen schwächere Güteänderungen und stärkere Induktivitätsänderungen als ferromagnetische Metalle.The influence of the resonant circuit 10 The approximated object basically depends on which (metallic) material the article is made from. Ferromagnetic metals usually cause strong quality changes (changes in the Q value) and small changes in inductance. Non-ferrous metals cause weaker quality changes and stronger inductance changes than ferromagnetic metals.

Bei Normschaltabständen und erhöhten Schaltabständen ist die Güteänderung größer als die Induktivitätsänderung. Die erwähnten Änderungen gelten mindestens bei Schwingungsfrequenzen des Schwingkreises 10, welche zwischen einigen Hundert kHz und einigen MHz liegen. At standard switching distances and increased switching distances, the quality change is greater than the inductance change. The mentioned changes apply at least at oscillation frequencies of the resonant circuit 10 , which are between a few hundred kHz and a few MHz.

In der EP 0 537 747 A2 sind Diagramme mit entsprechenden Materialabhängigkeiten gezeigt.In the EP 0 537 747 A2 diagrams are shown with corresponding material dependencies.

Wenn der Schwingkreis 10 mit einem Strom I mit einer Frequenz entsprechend der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 10 gespeist wird, dann haben die Spannungen U₁, U₂ und U die gleiche Phase. Diese Speisung des Schwingkreises 10 ist in 1 durch den Zweig mit dem Bezugszeichen 42 symbolisch angedeutet. (Eine solche Speisung läßt sich durch die Rückkopplung eines verstärkten Differenz-Ausgangssignals erzielen. Dies wird unten im Zusammenhang mit 2 noch näher beschrieben.)When the resonant circuit 10 with a current I having a frequency corresponding to the resonant frequency of the resonant circuit 10 is fed, then the voltages U ₁ , U ₂ and U have the same phase. This supply of the resonant circuit 10 is in 1 through the branch by the reference numeral 42 symbolically indicated. (Such feeding can be achieved by feedback of an amplified differential output signal, which will be discussed below 2 described in more detail.)

Es gilt dann folgende Beziehung zwischen der Schwingkreisspannung U, dem Strom I, der Kennimpedanz Z des Schwingkreises 10 und der Gesamtgüte Q: U = I·Z·Q(L₁, L₂). The following relationship then applies between the resonant circuit voltage U, the current I, the characteristic impedance Z of the resonant circuit 10 and the overall quality Q: U = I * Z * Q (L ₁ , L ₂ ).

Die Gesamtgüte Q ist dabei bestimmt durch die Gesamtinduktivität und den Gesamtverlustwiderstand des Schwingkreises 10, das heißt durch die Reihenschaltung der Sensorspule 12 und der Referenzspule 14.The overall quality Q is determined by the total inductance and the total loss resistance of the resonant circuit 10 , that is, by the series connection of the sensor coil 12 and the reference coil 14 ,

Die Spannung U₁ ergibt sich als U₁ = k₁·U, wobei

The voltage U ₁ results as U ₁ = k ₁ · U, where

Auf ähnliche Weise ergibt sich die Spannung U₂ als U₂ = k₂·U, wobei

Similarly, the voltage U ₂ results as U ₂ = k ₂ · U, where

Wenn bei Annäherung eines Gegenstands mindestens eine der Spulen 12, 14 bedämpft wird als die andere, dann ergibt sich eine neue Gesamtgüte Q' = a·Q. Der Faktor a bestimmt den Dämpfungseinfluß des angenäherten metallischen Gegenstandes, d. h. gibt das Maß der Änderung der Gesamtgüte an. Für einen bestimmten Gegenstand ist der Faktor a abhängig von dem Abstand zwischen dem Gegenstand und den Spulen 12, 14.When approaching an object at least one of the coils 12 . 14 is damped as the other, then results in a new overall quality Q '= a · Q. The factor a determines the damping influence of the approximated metallic object, ie indicates the degree of change of the overall quality. For a given item, the factor a is dependent on the distance between the item and the coils 12 . 14 ,

Bei bedämpftem Schwingkreis ist die Schwingkreisspannung, U' = I·Z·Q' = I·Z·a·Q = a·U. In diesem Fall ergibt sich dann bei angenähertem Gegenstand die Spannung U₁' zu U₁' = k₁·U' = k₁·a·U. Die Induktivitäten L₁ und L₂ ändern sich bei angenähertem Gegenstand in L₁' und L₂', so daß sich ein modifizierter Parameter

ergibt.When the resonant circuit is damped, the resonant circuit voltage is U '= I * Z * Q * = I * Z * a * Q = a * U. In this case, if the object is approximated, the voltage U ₁ 'then becomes U ₁ ' = k ₁ * U '= k ₁ * a * U. The inductances L ₁ and L ₂ change at approximate object in L ₁ 'and L ₂ ', so that a modified parameter

results.

Die Spannung U₂' ergibt sich dann zu U ' / 2 = k ' / 2·U' = k₂·b·U' = k₂·a·b·U. The voltage U ₂ 'then arises U '/ 2 = k' / 2 * U '= k ₂ * b * U' = k ₂ * a * b * U.

Der Signalhub, das heißt das Verhältnis der Brückendiagonalspannungen im bedämpften Zustand (U_a') und im unbedämpften Zustand (U_a) ergibt sich dann zu

The signal swing, ie the ratio of the bridge diagonal voltages in the damped state (U _a ') and in the undamped state (U _a ), then results in

Der Faktor b ist ein Maß der Veränderung des Verhältnisses L₁/(L₁ + L₂) durch Induktivitätsänderung der Spulen 12, 14 bei Annäherung des metallischen Gegenstands und damit ein Maß für die Änderung des Parameters k₂. Wenn die Spulen 12 und 14 ungleich bedämpft werden, dann ändert sich das Verhältnis der Induktivitäten L₁ und L₂. b ist insbesondere ein Maß der Änderung des Verhältnisses L₁/(L₁ + L₂) durch Induktivitätsveränderung der Spulen 12, 14 bei Annäherung des metallischen Gegenstandes und damit ein Maß für die Änderung des Faktors k₂.The factor b is a measure of the change in the ratio L ₁ / (L ₁ + L ₂ ) by inductance change of the coils 12 . 14 approaching the metallic object and thus a measure of the change in the parameter k ₂ . When the coils 12 and 14 be attenuated unequal, then the ratio of the inductors L ₁ and L _{2 changes} . b is in particular a measure of the change in the ratio L ₁ / (L ₁ + L ₂ ) by inductance change of the coils 12 . 14 approaching the metallic object and thus a measure of the change in the factor k ₂ .

Die Parameter k₁ und k₂ der L-R-Brückenschaltung 24 sind unabhängig voneinander. k₁ wird durch den Spannungsteiler 26 (das Widerstandsnetzwerk 18) eingestellt. Dieser Parameter läßt sich also über Dimensionierung von Widerstandselementen 20, 22 einstellen.The parameters k ₁ and k _{2 of} the LR bridge circuit 24 are independent of each other. k ₁ is through the voltage divider 26 (the resistor network 18 ). This parameter can therefore be over dimensioning of resistor elements 20 . 22 to adjust.

Der Parameter k₂ wird über das Verhältnis der Induktivitäten L₁ und L₂ von Sensorspule 12 und Referenzspule 14 eingestellt.The parameter k ₂ is determined by the ratio of the inductances L ₁ and L ₂ of the sensor coil 12 and reference coil 14 set.

Über die Parameter k₁ und k₂ läßt sich der Signalhub einstellen. Insbesondere läßt sich die Empfindlichkeit des induktiven Näherungssensors bei Annäherung eines Gegenstandes aus einem nicht-ferromagnetischen Metall bezüglich des Vergleichsfalles eines ferromagnetischen Metalls einstellen.About the parameters k ₁ and k ₂ , the signal swing can be adjusted. In particular, the sensitivity of the inductive proximity sensor can be adjusted when approaching an object made of a non-ferromagnetic metal with respect to the comparison case of a ferromagnetic metal.

Da ferromagnetische Metalle keine oder nur eine sehr kleine Induktivitätsänderung bewirken, ist in diesem Fall der Faktor b in der obigen Formel für den Signalhub dicht bei Eins. Dementsprechend ist der Signalhub bei ferromagnetischen Metallen im wesentlichen durch den Faktor a bestimmt.In this case, since ferromagnetic metals cause no or only a very small inductance change, the factor b in the above formula for the signal swing is close to unity. Accordingly, the signal swing in ferromagnetic metals is essentially determined by the factor a.

Für Metalle, bei denen b (das heißt die Induktivitätsänderung) nicht mehr vernachlässigbar ist (d. h. sich deutlich von Eins unterscheidet), kann durch Wahl der Parameter k₁ und k₂ und Anordnung der Sensorspule 12 und Referenzspule 14 relativ zueinander (einschließlich der Wahl, welche der Spulen 12, 14 als Referenzspule und als Sensorspule dienen soll) der Signalhub im Vergleich zu einem ferromagnetischen Material (bei gleichem Abstand zu dem Schwingkreis 10) verstärkt oder abgeschwächt werden. Beispielsweise wird die Auswirkung der Induktivitätsänderung (ausgedrückt durch den Faktor b) um so stärker wirken, je weniger die Parameter k₁ und k₂ sich unterscheiden. For metals in which b (that is, the inductance change) is no longer negligible (ie, significantly different from one), can be selected by selecting the parameters k ₁ and k ₂ and arrangement of the sensor coil 12 and reference coil 14 relative to each other (including the choice of which of the coils 12 . 14 to serve as a reference coil and as a sensor coil) the signal swing in comparison to a ferromagnetic material (at the same distance to the resonant circuit 10 ) be strengthened or weakened. For example, the less the parameters k ₁ and k ₂ differ, the more will the effect of the inductance change (expressed by the factor b) be.

Es ist nun möglich, die Parameter k₁ und k₂ unter Berücksichtigung von a und b so zu wählen, daß der Signalhub für Buntmetalle und ferromagnetische Metalle bezogen auf den gleichen Abstand im wesentlichen gleich ist. Man erhält dann einen sogenannten ”Faktor 1”-Näherungssensor, welcher ein Schaltsignal bei Erreichen eines bestimmten Abstands durch den Gegenstand generiert, welches unabhängig von dem Material des Gegenstands ist. Durch entsprechende Wahl der Parameter k₁ und k₂ insbesondere in Zusammenhang mit einer entsprechenden Anordnung der Sensorspule 12 und der Referenzspule 14 zueinander (was den Faktor a und b beeinflußt), läßt sich somit ein ”Faktor 1”-Näherungsschalter realisieren. Insbesondere erfolgt die Einstellung auf einen bestimmten Schaltabstand. (Die Faktoren a und b sind grundsätzlich abhängig von dem Abstand des Gegenstands zu dem Schwingkreis 10.)It is now possible to select the parameters k ₁ and k ₂ , taking into account a and b, so that the signal deviation for non-ferrous metals and ferromagnetic metals is substantially the same with respect to the same distance. One then obtains a so-called "factor 1" proximity sensor, which generates a switching signal upon reaching a certain distance through the object, which is independent of the material of the object. By appropriate choice of the parameters k ₁ and k _2, in particular in connection with a corresponding arrangement of the sensor coil 12 and the reference coil 14 to each other (which affects the factor a and b), thus, a "factor 1" proximity switch can be realized. In particular, the setting is made to a specific switching distance. (The factors a and b are basically dependent on the distance of the object to the resonant circuit 10 .)

Die Einstellbarkeit ist im wesentlichen unabhängig von der Frequenz des Schwingkreises 10. Der Signalhub läßt sich anpassen, ohne daß ein Kondensatorelement angepaßt wird; die Einstellbarkeit ist über die Einstellung von Widerstandswerten von Widerstandselementen 20, 22 erreichbar. Dadurch wird der Einfluß der Schwingkreiskapazität auf den Signalausgang erniedrigt. Eine entsprechende Schaltung läßt sich im Vergleich zu bekannten Schaltungen kleiner ausgestalten, da Widerstandselemente in kleinerer Bauform und auch mit niedrigerem Temperaturbeiwert erhältlich sind als Kondensatoren. Es genügt auch, nur einen Schwingkreiskondensator vorzusehen. Es hat sich auch gezeigt, daß die Brückenschaltung 24 dem Schwingkreis 10 ein definierteres Resonanzverhalten gibt mit weniger Nebenresonanzen im Vergleich zu einer L-C-Brückenschaltung. Aufgrund des definierten Resonanzverhaltens lassen sich auch externe Störungseinflüsse minimieren.The adjustability is essentially independent of the frequency of the resonant circuit 10 , The signal swing can be adjusted without adapting a capacitor element; the adjustability is through the adjustment of resistance values of resistive elements 20 . 22 reachable. As a result, the influence of the resonant circuit capacitance on the signal output is lowered. A corresponding circuit can be made smaller in comparison with known circuits, since resistance elements are available in a smaller design and also with a lower temperature coefficient than capacitors. It is also sufficient to provide only one resonant circuit capacitor. It has also been shown that the bridge circuit 24 the resonant circuit 10 a more defined resonance behavior exists with fewer side-resonances compared to an LC bridge circuit. Due to the defined resonance behavior, external disturbance influences can also be minimized.

Über das Widerstandsnetzwerk 18 läßt sich auch die Eingangsimpedanz für den Verstärker 34 anpassen.About the resistor network 18 can also be the input impedance for the amplifier 34 to adjust.

Insgesamt ergibt sich durch die Entkopplung von Einflußfaktoren eine bessere Vorhersagbarkeit für das Verhalten des Schwingkreises 10 und insbesondere ein definierteres Resonanzverhalten.Overall, the decoupling of influencing factors results in a better predictability for the behavior of the resonant circuit 10 and in particular a defined resonance behavior.

Es ist grundsätzlich vorgesehen, daß an dem Ausgang 40 eine verstärkte Differenzspannung U_q bereitgestellt wird und diese phasenrichtig dem Schwingkreis 10 zugeführt wird. Diese Rückkopplung mit der ”richtigen” Frequenz und ”richtigen” Phase hat die gleiche Wirkung wie der Zweig 42. Bei Einstellung eines ”Faktor 1” verringert sich die Amplitude des Schwingkreises 10 bei der Rückkopplung bei der Bedämpfung unabhängig von dem angenäherten Gegenstand um den gleichen Betrag.It is basically provided that at the exit 40 an amplified differential voltage U _{q is} provided and this in-phase the resonant circuit 10 is supplied. This feedback with the "right" frequency and "right" phase has the same effect as the branch 42 , Setting a "Factor 1" reduces the amplitude of the resonant circuit 10 in the feedback in the damping regardless of the approximated object by the same amount.

In 2 ist eine Schaltungsanordnung 44 gezeigt, welche im Grundprinzip der Schaltungsanordnung gemäß 1 entspricht:
Eine Sensorspule 46 (entsprechend der Spule 12 gemäß 1) und eine Referenzspule 48 (entsprechend der Referenzspule 14) sind in Reihe gechaltet. Diese beiden Spulen 46, 48 bilden einen Spulenzweig 50 einer L-R-Brückenschaltung. Die L-R-Brückenschaltung umfaßt ferner einen Widerstandselementenzweig 52 mit einem ersten Widerstandselement 54 und einem zweiten Widerstandselement 56; diese Widerstandselemente 54, 56 entsprechen den Widerstandselementen 20 und 22.In 2 is a circuit arrangement 44 shown which in the basic principle of the circuit according to 1 corresponds to:
A sensor coil 46 (according to the coil 12 according to 1 ) and a reference coil 48 (corresponding to the reference coil 14 ) are switched in series. These two coils 46 . 48 form a coil branch 50 an LR bridge circuit. The LR bridge circuit further includes a resistive element branch 52 with a first resistance element 54 and a second resistance element 56 ; these resistance elements 54 . 56 correspond to the resistance elements 20 and 22 ,

Ferner ist eine als Ganzes mit 58 bezeichnete Schwingkreiskapazität vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 umfaßt die Schwingkreiskapazität einen ersten Kondensator 60 und einen zweiten Kondensator 62, welche in Reihe geschaltet sind. Durch diese beiden Kondensatoren 60, 62 ist ein Kapazitätsteiler 64 gebildet. Es läßt sich über diesen Kapazitätsteiler 64 eine verstärkte Differenz-Ausgangsspannung in den entsprechenden Schwingkreis 66 unter Impedanzanpassung einkoppeln.Furthermore, one as a whole with 58 designated resonant circuit capacitance provided. In the embodiment according to 2 the resonant circuit capacitance comprises a first capacitor 60 and a second capacitor 62 , which are connected in series. Through these two capacitors 60 . 62 is a capacity divider 64 educated. It can be over this capacity divider 64 an amplified differential output voltage in the corresponding resonant circuit 66 couple under impedance matching.

Es ist ferner ein subtrahierender Verstärker 67 (entsprechend dem Verstärker 34) vorgesehen. Dieser weist einen nichtinvertierenden Zweig 68 und einen invertierenden Zweig 70 auf. Der nichtinvertierende Zweig 68 ist galvanisch an den Widerstandselementenzweig 52 (den Spannungsteiler) gekoppelt, das heißt er empfängt die Spannung U₁ als Eingangssignal.It is also a subtracting amplifier 67 (according to the amplifier 34 ) intended. This has a non-inverting branch 68 and an inverting branch 70 on. The non-inverting branch 68 is galvanic to the resistor element branch 52 (the voltage divider) coupled, that is, it receives the voltage U ₁ as an input signal.

Der invertierende Zweig 70 ist galvanisch an die Sensorspule 46 gekoppelt, das heißt der Verstärker 67 empfängt als Eingangssignal im invertierenden Zweig 70 die Spannung U₂.The inverting branch 70 is galvanic to the sensor coil 46 coupled, that is the amplifier 67 receives as input to the inverting branch 70 the voltage U ₂ .

Einen entsprechenden Eingang 72 des Verstärkers 67, welcher beispielsweise als Operationsverstärker ausgebildet ist, kann dabei ein Widerstandselement 74 vorgeschaltet sein.An appropriate entrance 72 of the amplifier 67 , which is designed for example as an operational amplifier, can be a resistance element 74 be upstream.

Ein Ausgang 76 des Verstärkers 67 ist an den Kapazitätsteiler 64 gekoppelt (Colpitts-Schaltung). Dadurch ist eine kapazitive Dreipunktschaltung bereitgestellt. Es können dabei ein oder mehrere Widerstandselemente 78 vorgesehen sein. Es läßt sich dann ein verstärktes Ausgangssignal in den Schwingkreis 66 rückkoppeln, um so insbesondere einen Abreißoszillator bereitzustellen, bei welchem eine Frequenzanpassung auf einfache Weise möglich ist; insbesondere muß kein Verstimmungskondensator vorgesehen werden. Die Einkopplung erfolgt dabei zwischen den Kondensatoren 60 und 62. Dadurch ist eine Impedanzanpassung für die Einkopplung möglich. An exit 76 of the amplifier 67 is to the capacity divider 64 coupled (Colpitts circuit). Thereby, a three-point capacitive circuit is provided. There may be one or more resistance elements 78 be provided. It can then be an amplified output signal in the resonant circuit 66 feed back, so as to provide in particular a Abreißoszillator, in which a frequency adjustment is possible in a simple manner; In particular, no detuning capacitor must be provided. The coupling takes place between the capacitors 60 and 62 , As a result, an impedance matching for the coupling is possible.

Eine Auswerteeinrichtung 80 ist an den Schwingkreis 66 beispielsweise über Widerstandselemente 82, 84 sowie eine Diode 86 eingangsseitig gekoppelt. Die Auswerteeinrichtung 80 empfängt ein Amplitudensignal des Schwingkreises 66 und kann daraus beispielsweise ein Schaltsignal generieren, welches an einem Ausgang 88 bereitgestellt ist. Durch entsprechende Einstellung der Parameter k₁ und k₂ sowie durch Anordnung und Dimensionierung der Spulen 46 und 48 relativ zueinander kann, wie oben beschrieben, ein ”Faktor 1”-Näherungsschalter realisiert werden, bei dem sich die Amplitude des Schwingkreises 66 bei der Bedämpfung mittels eines angenäherten Gegenstandes im wesentlichen um den gleichen Betrag verändert, unabhängig davon, ob der Gegenstand aus einem ferromagnetischen Metall oder aus einem Buntmetall hergestellt ist.An evaluation device 80 is to the resonant circuit 66 for example via resistance elements 82 . 84 as well as a diode 86 Coupled on the input side. The evaluation device 80 receives an amplitude signal of the resonant circuit 66 and can generate from this, for example, a switching signal, which at an output 88 is provided. By appropriate adjustment of the parameters k ₁ and k ₂ as well as by arrangement and dimensioning of the coils 46 and 48 relative to each other, as described above, a "factor 1" proximity switch can be realized, in which the amplitude of the resonant circuit 66 changed substantially by the same amount in the damping by means of an approximate object, regardless of whether the object is made of a ferromagnetic metal or a non-ferrous metal.

Die Schaltungsanordnung gemäß 2 weist die bereits oben im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung gemäß 1 erläuterten Vorteile auf.The circuit arrangement according to 2 has the already above in connection with the circuit arrangement according to 1 explained advantages.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist ein Colpitts-Oszillator gebildet, bei dem die Rückkopplung über eine kapazitive Dreipunktschaltung erfolgt. Der Kapazitätsteiler 64 (kapazitiver Spannungsteiler) bestimmt den Bruchteil der mitgekoppelten Spannung.In the embodiment according to 2 a Colpitts oscillator is formed in which the feedback takes place via a capacitive three-point circuit. The capacity divider 64 (capacitive voltage divider) determines the fraction of the coupled voltage.

Es ist beispielsweise auch möglich, das Einkopplungssignal (Rückkopplungssignal) transformatorisch einzukoppeln, so daß ein Meißner-Oszillator gebildet ist. Dies ist schematisch in 3 gezeigt:
Die in der Schaltung gemäß 3 gezeigten Massensymbole beziehen sich auf Signalmassen, die mit der Gleichstrommasse der Schaltung nicht identisch sein müssen. Ein Schwingkreis 150 umfaßt eine Sensorspule 152 und eine Referenzspule 154 sowie eine Schwingkreiskapazität 156. Die Spulen 152, 154 sind mit Widerstandselementen 158, 159 wie oben beschrieben in einer L-R-Brückenschaltung angeordnet, wobei ein Spannungsabgriff im Spulenzweig und im Widerstandselementenzweig der L-R-Brückenschaltung vorgesehen ist. Die Spannungsabgriffe sind an die jeweiligen Eingänge eines Verstärkers und insbesondere subtrahierenden Verstärkers 160 gekoppelt. Ein Ausgang 162 des Verstärkers 162 ist an eine Spule 164 gekoppelt. Diese wiederum kann induktiv an den Schwingkreis 150 über die Sensorspule 152 und/oder Referenzspule 154 koppeln.It is also possible, for example, to inject the coupling-in signal (feedback signal) in transformer fashion, so that a Meissner oscillator is formed. This is schematically in 3 shown:
The in the circuit according to 3 shown mass symbols refer to signal masses that need not be identical to the DC ground of the circuit. A resonant circuit 150 includes a sensor coil 152 and a reference coil 154 as well as a resonant circuit capacity 156 , The spools 152 . 154 are with resistance elements 158 . 159 arranged as described above in an LR bridge circuit, wherein a voltage tap in the coil branch and in the resistance element branch of the LR bridge circuit is provided. The voltage taps are to the respective inputs of an amplifier and in particular subtracting amplifier 160 coupled. An exit 162 of the amplifier 162 is on a coil 164 coupled. This in turn can be inductively connected to the resonant circuit 150 over the sensor coil 152 and / or reference coil 154 couple.

Es ist beispielsweise auch möglich, wie in 4 schematisch gezeigt, die Rückkopplung über Anzapfung der Sensorspule 152 oder Referenzspule 154 zu bewirken. (Bei der Schaltung gemäß 4 sind die gleichen Bauelemente wie bei der Schaltung gemäß 3 mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.)It is also possible, for example, as in 4 shown schematically, the feedback via tap of the sensor coil 152 or reference coil 154 to effect. (In the circuit according to 4 are the same components as in the circuit according to 3 provided with the same reference number.)

Der Ausgang 162 des Verstärkers 160 führt zu der entsprechenden Spute 152, 154, das heißt der Rückkopplungssignal-Übertrager ist die entsprechende Spule mit Anzapfung. Die entsprechende Schaltung ist eine induktive Dreipunktschaltung und wird auch als Hartley-Schaltung bezeichnet.The exit 162 of the amplifier 160 leads to the corresponding spute 152 . 154 that is, the feedback signal transformer is the corresponding coil with tap. The corresponding circuit is a three-point inductive circuit and is also referred to as a Hartley circuit.

Wie erwähnt, kann die Anzapfung an der Sensorspule 152 oder der Referenzspule 154 erfolgen. (In 4 ist die Anzapfung anhand der Spule 154 gezeigt.)As mentioned, the tap on the sensor coil 152 or the reference coil 154 respectively. (In 4 is the tap on the coil 154 shown.)

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, welche in 5 als Ganzes mit 90 bezeichnet ist, ist wiederum eine Sensorspule 92 und eine Referenzspule 94 vorgesehen. Zu der Reihenschaltung dieser beiden Spulen 92, 94 ist ein Schwingkreiskondensator 96 parallel geschaltet.In a further embodiment of a circuit arrangement, which in 5 as a whole with 90 is designated, in turn, is a sensor coil 92 and a reference coil 94 intended. To the series connection of these two coils 92 . 94 is a resonant circuit capacitor 96 connected in parallel.

Es ist ein als Ganzes mit 98 bezeichneter subtrahierender Verstärker vorgesehen. Dieser subtrahierende Verstärker 98 weist einen nichtinvertierenden Zweig 100 und einen invertierenden Zweig 102 auf. Der nichtinvertierende Zweig 100 empfängt die Oszillatorspannung U gewichtet, und insbesondere gewichtet um einen Faktor k₁* (siehe unten) bzw. gewichtet die Oszillatorspannung. Dazu ist ein Verstärkungselement 104 vorgesehen.It's one as a whole 98 designated subtracting amplifier provided. This subtractive amplifier 98 has a noninverting branch 100 and an inverting branch 102 on. The non-inverting branch 100 receives the oscillator voltage U weighted, and in particular weighted by a factor k ₁ * (see below) or weights the oscillator voltage. This is a reinforcing element 104 intended.

Der invertierende Zweig 102 ist zwischen den Spulen 92 und 94 angeschlossen und weist ein Verstärkungselement 106 (mit Verstärkungsfaktor k₂*) auf.The inverting branch 102 is between the coils 92 and 94 connected and has a reinforcing element 106 (with gain factor k ₂ *).

Das Verstärkungselement 104 im nichtinvertierenden Zweig 100 bewirkt eine Verstärkung um den Faktor k₁* und das Verstärkungselement 106 im invertierenden Zweig bewirkt eine Verstärkung um den Faktor k₂*. Demgemäß ergibt sich als Differenzspannung U_a = k * / 1·U₁ – k * / 2·U₂. The reinforcing element 104 in the non-inverting branch 100 causes a gain by the factor k ₁ * and the reinforcing element 106 in the inverting branch, a gain by the factor k ₂ *. Accordingly, results as a differential voltage U _a = k * / 1 * U ₁ -k * / 2 * U ₂ .

Wenn wiederum davon ausgegangen wird, daß der Schwingkreis mit einem Strom I mit einer Frequenz entsprechend der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gespeist wird, dann haben die Spannungen U, U₁ und U₂ die gleiche Phase. Es gilt dann U₁ = I·Z·Q und

If it is again assumed that the resonant circuit is supplied with a current I having a frequency corresponding to the resonant frequency of the resonant circuit, then the voltages U, U ₁ and U _{2 have} the same phase. It then applies

U ₁ = I * Z * Q

and

Bei Annäherung eines Gegenstandes und Bedämpfung des Schwingkreises gilt U ' / 1 = I·Z·Q·a = a·U₁ und U₂' = k₂·a·b·U₁. When approaching an object and damping the resonant circuit applies U '/ 1 = I * Z * Q * a = a * U ₁ and U ₂ '= k ₂ · a · b · U ₁ .

Der Faktor a erfaßt dabei die Änderung der Gesamtgüte aufgrund Annäherung des Gegenstandes und der Faktor b erfaßt die Änderung des Verhältnisses L₁/L₂ aufgrund unterschiedlicher Bedämpfung der Spulen 92 und 94.The factor a detects the change in the overall quality due to the approach of the object and the factor b detects the change in the ratio L ₁ / L ₂ due to different damping of the coils 92 and 94 ,

Als Signalhub

ergibt sich dann

As a signal swing

then results

Wenn als effektive Verstärkungsfaktoren k₁* = k₁ und k₂* = 1 gewählt werden, dann ergeben sich die oben im Zusammenhang mit 1 aufgestellten Formeln. Das Widerstandsnetzwerk 18 ist demnach eine spezielle Realisierung eines Spannungsabgriffs der Oszillatorspannung U mit Verstärkungsfaktor k₁ und die Verbindung zwischen dem Abgriff 32 und den Spulen 12, 14 eine spezielle Realisierung eines Spannungsabgriffs mit Verstärkungsfaktor 1. Der dem subtrahierenden Verstärker 98 gemäß 5 entsprechende Funktionsteil ist in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt und dort ebenfalls mit 98 bezeichnet, sofern ein subtrahierender Verstärker bei der Ausführungsform gemäß 1 eingesetzt wird.If k ₁ * = k ₁ and k ₂ * = 1 are chosen as the effective amplification factors, then the above in connection with FIG 1 established formulas. The resistor network 18 is therefore a special realization of a voltage tap of the oscillator voltage U with gain factor k ₁ and the connection between the tap 32 and the coils 12 . 14 a special implementation of a voltage tap with gain factor 1 , The subtracting amplifier 98 according to 5 corresponding functional part is in 1 shown with dashed lines and there also with 98 if a subtracting amplifier is used in the embodiment according to FIG 1 is used.

Das Verstärkungselement 104 des subtrahierenden Verstärkers 98 entspricht dem Widerstandsnetzwerk 18. Das Verstärkungselement 106 ist bei der Schaltungsanordnung gemäß 1 nicht realisiert.The reinforcing element 104 of the subtracting amplifier 98 corresponds to the resistor network 18 , The reinforcing element 106 is in the circuit according to 1 unrealized.

Wie oben erwähnt, ist es günstig, wenn die verstärkte Differenzspannung U_a phasengleich in den Schwingkreis zurückgekoppelt wird, um so einen Abreißoszillator bereitzustellen.As mentioned above, it is favorable if the amplified differential voltage U _a is coupled back into the resonant circuit in phase, so as to provide a breakaway oscillator.

Ansonsten funktioniert die Schaltungsanordnung gemäß 5 wie oben beschrieben.Otherwise, the circuit arrangement works according to 5 as described above.

Der Verstärker 98 kann beispielsweise auch durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) realisiert sein. In ihm lassen sich dann beispielsweise die Verstärkungsfaktoren k₁* und k₂* softwaremäßig einstellen. Dazu sind beispielsweise jedem Zweig 100, 102 A/D-Wandler zugeordnet, welche die entsprechenden analogen Spannungssignale in digitale Signale wandeln, die dann von dem DSP weiterverarbeitet werden können.The amplifier 98 may for example also be realized by a digital signal processor (DSP). In it, for example, the gain factors k ₁ * and k ₂ * can be set by software. These are, for example, each branch 100 . 102 Assigned A / D converter, which convert the corresponding analog voltage signals into digital signals, which can then be processed by the DSP.

Es ist auch grundsätzlich möglich, daß anstatt getrennter A/D-Wandler für jeden Zweig ein einziger A/D-Wandler 108, wie in 6 schematisch gezeigt, vorgesehen ist. Dieser ist einem DSP 110 vorgeschaltet. Der A/D-Wandler 108 wiederum ist an einen Umschalter 112 gekoppelt, mittels welchem zwischen den beiden Spannungsabgriffen (Spannung U₁ und U₂) umschaltbar ist. Der Umschalter 112 ist an den DSP gekoppelt (angedeutet durch die Verbindung 114), so daß der DSP 110 die Umschaltung bewirken kann.It is also possible in principle that instead of separate A / D converter for each branch, a single A / D converter 108 , as in 6 shown schematically is provided. This is a DSP 110 upstream. The A / D converter 108 turn is to a switch 112 coupled by means of which between the two voltage taps (voltage U ₁ and U ₂ ) is switchable. The switch 112 is coupled to the DSP (indicated by the connection 114 ), so the DSP 110 can cause the switching.

Bei dieser Lösung lassen sich Fehler, die sich aus den Toleranzen zweier A/D-Wandler ergeben können, vermeiden, da nur noch ein einziger A/D-Wandler, nämlich der A/D-Wandler 108, vorgesehen werden muß. Der elektronische Umschalter 112 schaltet zwischen den beiden Spannungen um. Dadurch läßt sich das Schwingkreisspannungssignal und das Spulenspannungssignal alternierend in dem A/D-Wandler 108 digitalisieren.In this solution, errors that may arise from the tolerances of two A / D converter avoid, since only a single A / D converter, namely the A / D converter 108 , must be provided. The electronic switch 112 switches between the two voltages. Thereby, the oscillation circuit voltage signal and the coil voltage signal can be alternately in the A / D converter 108 digitize.

Durch die Digitalisierung des Schwingkreisspannungssignals und des Spulenspannungssignals über den A/D-Wandler 108 oder über getrennte A/D-Wandler kann ein entsprechend programmierter DSP als Verstärker und insbesondere als subtrahierender Verstärker eingesetzt werden, durch welchen dann die digitalisierten Signale verarbeitbar sind.By digitizing the tank circuit voltage signal and the coil voltage signal via the A / D converter 108 or via separate A / D converter, a suitably programmed DSP can be used as an amplifier and in particular as a subtractive amplifier, through which then the digitized signals are processed.

Claims

Inductive proximity sensor, comprising a resonant circuit that can be influenced by approaching a metallic object ( 10 ; 66 ) and an evaluation device ( 80 ) for generating a sensor signal, wherein the resonant circuit ( 10 ; 66 ) a coil branch ( 28 ) with a sensor coil ( 12 ; 92 ) and a reference coil ( 14 ; 94 ), which are connected in series, and a resistance element branch ( 26 ) with resistive elements ( 20 . 22 ; 54 . 56 ), that the sensor coil ( 12 ; 92 ) and the reference coil ( 14 ; 94 ) with resistive elements ( 20 . 22 ; 54 . 56 ) in an LR bridge circuit ( 24 ) arranged are and that a voltage tap ( 30 ; 32 ) each in the coil branch ( 28 ) and in the resistance element branch ( 26 ) of the LR bridge circuit ( 24 ) is provided.

Inductive proximity sensor according to claim 1, characterized in that via the resistance elements ( 20 . 22 ; 54 . 56 ) a voltage divider for the resonant circuit voltage is formed.

Inductive proximity sensor according to claim 1 or 2, characterized in that a tapping of a bridge diagonal voltage (U _a ) takes place.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a signal in the resonant circuit ( 10 ; 66 ) is coupled, which by means of the resonant circuit ( 10 ; 66 ) tapped voltages (U ₁ , U ₂ ) is generated.

Inductive proximity sensor according to claim 4, characterized in that the coupling-in signal corresponds to an amplified bridge diagonal voltage.

Inductive proximity sensor according to claim 4 or 5, characterized in that the coupling-in signal is in the correct phase into the resonant circuit ( 10 ; 66 ) is coupled.

Inductive proximity sensor according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the coupling-in signal is transmitted via a capacitance divider ( 64 ) is coupled.

Inductive proximity sensor according to Claim 7, characterized in that the capacity divider ( 64 ) Resonant circuit capacitors ( 60 . 62 ).

Inductive proximity sensor according to one of claims 4 to 6, characterized in that the coupling-in signal is coupled in via a transformer.

Inductive proximity sensor according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the coupling-in signal is applied by tapping a coil ( 154 ) is coupled.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage in the coil branch ( 28 ) between the sensor coil ( 12 ) and reference coil ( 14 ) is tapped.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage taps to the inputs of an amplifier ( 34 ; 67 ) are coupled.

Inductive proximity sensor according to claim 12, characterized in that an output ( 40 ; 76 ) of the amplifier ( 34 ; 67 ) to the resonant circuit ( 10 ; 66 ) is coupled.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the tapped voltages U ₁ , U ₂ are substantially independent of the resonant circuit capacitances.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the elements ( 12 . 14 . 20 . 22 ) of the LR bridge circuit ( 24 ) the signal swing (U _a '/ U _a ) when the resonant circuit is damped by approaching the object ( 10 ; 66 ) in relation to the undamped resonant circuit ( 10 ; 66 ) is set.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that via the elements ( 12 . 14 . 20 . 22 ) of the LR bridge circuit ( 24 ) the sensitivity of the proximity sensor is set to the approach of a metallic article of a non-ferromagnetic material as compared to an article of ferromagnetic material.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the parameters (k ₁ , k ₂ ) of the LR bridge circuit ( 24 ) are set so that the signal swing (U _a '/ U _a ) when approaching an object is substantially independent of the material of the object.

Inductive proximity sensor according to Claim 17, characterized in that the resistance elements ( 20 . 22 ; 54 . 56 ) in the resistor element branch ( 26 ; 52 ) are dimensioned and arranged so that the signal swing (U _a '/ U _a ) when approaching an object is substantially independent of the material of the object.

Inductive proximity sensor according to claim 17 or 18, characterized in that the sensor coil ( 12 ; 46 ) and the reference coil ( 14 ; 48 ) are dimensioned and arranged so that the signal swing (U _a '/ U _a ) when approaching an object is substantially independent of the material of the object.

Inductive proximity sensor according to one of Claims 17 to 19, characterized in that the adjustment relates to a specific operating distance or switching distance range.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the generated sensor signal is a switching signal.

Inductive proximity sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor coil ( 12 ; 46 ) and the reference coil ( 14 ; 48 ) are arranged so that they are attenuated differently when approaching the object.

A method for signal acquisition in an inductive proximity sensor, comprising a resonant circuit with a sensor coil and a reference coil, wherein a resonant circuit voltage signal and a coil voltage signal which is tapped between the sensor coil and the reference coil, a subtractive amplifier are supplied.

A method according to claim 23, characterized in that the subtracting amplifier has an inverting and a non-inverting branch.

Method according to claim 24, characterized in that the two branches have certain adjusted amplification factors.

Method according to Claim 25, characterized in that at least one reinforcing element is provided in the corresponding branch for setting an amplification factor.

Method according to Claim 25 or 26, characterized in that the adjustment of the amplification factor is effected by software.

Method according to Claim 25 or 26, characterized in that the amplification factor of the one branch is set by means of a resistor network.

A method according to claim 28, characterized in that the gain of the non-inverting branch is set via a resistor network.

Method according to one of claims 23 to 29, characterized in that an output signal of the subtracting amplifier is fed back into the resonant circuit.

Method according to one of claims 23 to 30, characterized in that the subtracting amplifier is substantially unaffected by a resonant circuit capacitance.

A method according to any one of claims 23 to 31, characterized in that the subtracting amplifier is coupled to an L-R bridge circuit in which the coil branch comprises the sensor coil and the reference coil.