DE102005045711B4

DE102005045711B4 - Induktiver Sensor

Info

Publication number: DE102005045711B4
Application number: DE200510045711
Authority: DE
Inventors: Yunqiang Dr.-Ing. Wang
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-24
Filing date: 2005-09-24
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2025-09-25
Also published as: DE102005045711A1

Abstract

Induktiver Sensor mit einer Sensorspule (1) die zusammen mit mindestens einem Kondensator (2) einen freischwingenden Oszillator (3) ausbildet, dessen Frequenz und Amplitude durch einen in den Wirkbereich der Sensorspule (1) gebrachten Gegenstand (7) beeinflussbar ist, und mit einer Auswerteschaltung (4 bis 7), die das Oszillatorsignal auswertet und daraus Ausgangssignale (A, F) erzeugt, wobei getrennt voneinander sowohl die Frequenz als auch die Amplitude ausgewertet werden, wobei die Auswerteschaltung (4 bis 7) aus Frequenz und Amplitude Werte (A, F) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorspule (1) eine Ringspule ist, durch welche der Gegenstand (7) gesteckt wird und die Werte ein Leitwert des Gegenstandes (7) und ein Durchmesser des Gegenstandes (7) sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Die JP 06013876 A beschreibt einen induktiven Sensor mit einer Sensorspule und einem damit zusammenwirkenden Kondensator. Aus dem Schwingkreis werden ein Wert für die Frequenz und ein Wert für die Amplitude abgezweigt. Aus diesen Signalen können dann Eigenschaften eines magnetischen oder nicht magnetischen Metalls ermittelt werden.

Die JP 04304020 A beschreibt ebenfalls einen Näherungsschalter, bei dem Amplitude und Frequenz ermittelt werden.

Die Druckschrift "Versatile radiofrequency sonsor" beschreibt einen magnetischen Sensor. Dort werden durch Analyse der Wellenform Rückschlüsse sowohl auf die Geschwindigkeit als auch auf die Größe eines Wassertropfens gezogen.

Die DE 10310 583 A1 beschreibt einen Annäherungsschalter, bei dem die Änderungen der Schwingungsamplitude oder der Schwingungsfrequenz ausgewertet werden. In einem Ausführungsbeispiel wird allein die Schwingungsamplitude ausgewertet.

Die US 3,328,680 beschreibt einen Näherungsschalter mit zugehöriger Auswerteschaltung.

Die US 4,160,971 beschreibt ein Lesegerät für einen passiven Transponder.

Die DE 38 25 628 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Erfassen schneller Dämpfungsänderungen mit einem Näherungsschalter. Im Normalfall schwingt der Oszillator mit seiner Resonanzfrequenz und mit vorgegebener Amplitude. Wenn ein bedämpfender Gegenstand an den Oszillator heranbewegt wird, dann wird dessen Eingangskreis bedämpft und der Oszillator schwingt mit geringerer Amplitude. Erfolgt die Annäherung eines Gegenstand mit hoher Folgefrequenz, ist das Ausgangssignal des Oszillators mit einem entsprechend hochfrequenten Signal amplitudenmoduliert. Dieses amplitudenmodulierte Oszillatorsignal wird von einem Demodulator demoduliert.

Ferner sind im Stand der Technik Näherungsschalter bekannt, die eine Spule besitzen, bei der es sich um eine Luftspule handeln kann. Die Spule kann eine Ringspule sein. Sie kann aber auch von einer Leiterbahn ausgebildet sein. Insbesondere kann sie eine Spiralspule sein. Diese Spule bildet zusammen mit einem Kondensator einen Schwingkreis. Dieser Schwingkreis wird über eine Anregeschaltung in Schwingung gebracht und in der Schwingung gehalten. Ein der Spule angenäherter Gegenstand beeinflusst die Güte und die Induktivität dieser Spule, so dass sich die Frequenz und die Amplitude der Oszillatorschwingung ändert. Die Änderung der Oszillatorschwingung wird von einer Auswerteschaltung ausgewertet. Diese Auswerteschaltung kann ein analoges Signal oder über einen Schwellwertschalter ein digitales Ausgangssignal liefern. Derartige induktive Sensoren werden dazu verwendet, einen sich an die Spule annähernden Gegenstand zu detektieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Sensor gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden. Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.

Der Anspruch 1 sieht vor, dass sowohl die Frequenz als auch die Amplitude getrennt voneinander ausgewertet werden. Die Auswerteschaltung liefert somit zwei im wesentlichen im mathematischen Sinne linear unabhängige Werte. Aus diesen Werten werden zwei Eigenschaften des Gegenstandes zur selben Zeit ermittelt nämlich den Durchmesser und die elektrische Leitzfähigkeit des Gegenstandes. Hierzu werden zwei linear unabhängige Messgrößen ermittelt. Dies kann über eine in einer Auswerteschaltung hinterlegte Tabelle erfolgen, die ein Mikroprozessor auswertet. Hierzu kann die Auswerteschaltung einen zur Frequenz proportionalen Strom oder eine zur Frequenz proportionale Spannung erzeugen, die in Digitalwerte umgewandelt werden. Dasselbe erfolgt mit den Amplituden. Diese werden in Spannungen oder Ströme umgesetzt, die dann digitalisiert werden. Die Sensorspule ist eine Ringspule. Durch diese Ringspule kann der Gegenstand gesteckt werden. Bei dem Gegenstand kann es sich um Stangen oder Rohre handeln, deren Durchmesser und Materialeigenschaften so gleichzeitig ermittelbar sind. Die Auswerteschaltung besitzt bevorzugt zwei Messeinrichtungen, die beide das Oszillatorsignal, also die Oszillatorschwingung auswerten. Eine Amplitudenmesseinrichtung bestimmt die Amplitude der Oszillatorschwingung. Eine parallel dazu geschaltete Frequenzmesseinrichtung bestimmt die Oszillatorfrequenz. Wie oben bereits ausgeführt, eignet sich der erfindungsgemäße induktive Sensor im Besonderen zum Erkennen von Stangen oder Rohren oder Rohren unterschiedlichen Materials und Durchmessers. Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung des induktiven Näherungsschalters in einem Walzwerk oder dergleichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer beigefügten Zeichnungen erläutert. Die einzige Figur zeigt grobschematisch die Schaltung des Ausführungsbeispiels.
In dem Ausführungsbeispiele besteht der induktive Näherungsschalter aus einem Oszillator 3. Es handelt sich dabei um einen freischwingenden Oszil lator mit einer Spule 1 und beispielsweise einem Kondensator 3. Eine den Oszillator 3 in Schwingung haltende Treiberschaltung ist nicht im Detail dargestellt. Die Darstellung beschränkt sich auf die Elemente der Schaltung, die die Oszillatorschwingung auswerten. So ist in der Darstellung auch nur ein Kondensator 3 eingezeichnet, wenngleich eine praktische Lösung in vorteilhafter Weise mehr als einen Kondensator aufweist, beispielsweise mehrere Kondensatoren, die insbesondere in einer kapazitiven Dreipunktschaltung zusammengeschaltet sind (Colpitts-Oszillator).
Zur Auswertung der Amplitude ist ein Gleichrichter 4 vorgesehen. Das Ausgangssignal des Gleichrichters 4 kann derart verstärkt werden, dass es im wesentlichen proportional zur Amplitudenhöhe ist. Über einen Verstärker 5 wird dieses Signal in eine zur Amplitude proportionale Spannung oder einen zur Amplitude proportionalen Strom umgewandelt. Dieses Ausgangssignal ist mit A bezeichnet und kann von einem nicht dargestellten Mikroprozessor ausgewertet werden, der dieses Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt.
Die Wechselspannung des Oszillators wird von einer zweiten Auswerteeinrichtung ausgewertet. Der Frequenz-Spannungsumsetzer 6 formt aus der Oszillatorfrequenz eine der Frequenz proportionale Spannung. Diese Spannung wird über einen Verstärker 7 verstärkt und in ein analoges Signal F umgewandelt. Bei dem analogen Signal F kann es sich um einen zur Frequenz proportionalen Strom oder um eine zur Frequenz proportionale Spannung handeln. Auch dieses Analogsignal F kann von einem Mikroprozessor verarbeitet werden, der es zuvor in einen Digitalwert umwandelt.
Der Mikroprozessor kann anhand von Tabellen oder dergleichen, die in einem elektronischen Speicher abgelegt sind, zu jedem Wertepaar A F ein Wertepaar bilden, welches die Materialeigenschaft und eine geometrische Größe eines Gegenstandes 7 beinhaltet.
Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spule 1 als Ringspule ausgebildet. Sie kann einen Durchmesser zwischen 30 mm und 120 mm haben, wobei bevorzugt ein Durchmesser von 40 mm bzw. 110 mm verwendet wird. Diese Ringspule 1 ist so angeordnet, dass eine Stange oder ein Rohr 7 in die Spule hineingesteckt werden kann. Dabei wird die Güte und die Induktivität des Oszillators beeinflusst. Realteil und Imaginärteil werden gleichzeitig geändert. Da der Realteil und der Imaginärteil mathematisch senkrecht zueinander stehen, sind diese beiden Werte linear unabhängig. Der Realteil repräsentiert den Widerstand, der Imaginärteil die Induktivität. Beide Teile werden gleichzeitig ausgewertet, um das Wertepaar A F zu bilden. Aus diesem Wertepaar werden dann Materialeigenschaften, beispielsweise Leitfähigkeit des Rohres ermittelt: Daraus können Rückschlüsse auf den Werkstoff gezogen werden. Gleichzeitig wird der Durchmesser des Rohres ermittelt. Diese Variante wird bevorzugt in einer Fertigung von Rohren oder Stangen verwendet, wobei die gefertigten Rohre durch die Ringspule hindurchlaufen können.

Claims

Induktiver Sensor mit einer Sensorspule (1) die zusammen mit mindestens einem Kondensator (2) einen freischwingenden Oszillator (3) ausbildet, dessen Frequenz und Amplitude durch einen in den Wirkbereich der Sensorspule (1) gebrachten Gegenstand (7) beeinflussbar ist, und mit einer Auswerteschaltung (4 bis 7), die das Oszillatorsignal auswertet und daraus Ausgangssignale (A, F) erzeugt, wobei getrennt voneinander sowohl die Frequenz als auch die Amplitude ausgewertet werden, wobei die Auswerteschaltung (4 bis 7) aus Frequenz und Amplitude Werte (A, F) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorspule (1) eine Ringspule ist, durch welche der Gegenstand (7) gesteckt wird und die Werte ein Leitwert des Gegenstandes (7) und ein Durchmesser des Gegenstandes (7) sind.
Induktiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (7) eine Stange oder ein Rohr ist.
Induktiver Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Amplitudenmesseinrichtung (4, 5) und eine dazu parallel geschaltete Frequenzmesseinrichtung (6, 7).
Induktiver Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenmesseinrichtung (4, 5) und die Frequenzmesseinrichtung (6, 7) ein analoges Ausgangssignal (A F) in Form eines Stroms oder einer Spannung liefern.
Induktiver Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Mikroprozessor umfasst.
Verwendung eines induktiven Sensors gemäß einem der vorangehenden Ansprüche in einer Fertigung von Stangen oder Rohren, insbesondere in einem Walzwerk, wobei mittels der von der Auswerteschaltung gelieferten Werte (A F) durch Durchmesser und die Materialeigenschaft eines Stabes oder eines Rohres ermittelt werden.