DE102006014661A1

DE102006014661A1 - Kapazitiver Näherungsschalter

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Publication number: DE102006014661A1
Application number: DE102006014661A
Authority: DE
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2006-10-05

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein kapazitiver Näherungsschalter mit einstellbarem Detektionsabstand, bei dem die Detektionskapazität mit einer hochfrequenten Detektionswechselspannung beaufschlagt wird, der über die Detektionskapazität fließende Detektionsstrom mit einem Referenzstrom verglichen wird und mittels einer Detektorschaltung festgestellt wird, ob der Detektionsstrom größer oder kleiner als der Referenzstrom ist. DOLLAR A Im einzelnen ist dargestellt ein HF-Generator (1), ein NF-Modulator (2), eine Meßstrecke (3), ein HF-Demodulator (4) und ein Detektor (5). DOLLAR A Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung des Detektionsabstands mittels der Frequenz und/oder der Amplitude der Detektionswechselspannung.

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Näherungsschalter mit einstellbarem Detektionsabstand, bei dem die Detektionskapazität mit einer hochfrequenten Detektionswechselspannung beaufschlagt wird, der über die Detektionskapazität fließende Detektionsstrom mit einem Referenzstrom verglichen wird und mittels einer Detektorschaltung festgestellt wird, ob der Detektionsstrom größer oder kleiner als der Referenzstrom ist.

Kapazitive Näherungsschalter der zuvor in ihrer grundsätzlichen Funktion beschriebenen Art sind vielfach bekannt (vgl. die deutschen Offenlegungsschriften bzw. Patentschriften 42 38 992, 43 40 481, 44 13 020, 44 23 907, 44 25 164, 44 35 877, 195 02 195, 197 01 899, 197 44 152, 198 13 013 und 198 17 722).

Einleitend heißt es, daß die Erfindung einen kapazitiven Näherungsschalter betrifft, also einen Schalter, der anspricht, nämlich schaltet, wenn eine von ihm erfaßte Kapazität sich – in signifikanter Weise – geändert hat. Allgemeiner ausgedrückt betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes. Dabei ist mit "Kapazität" der Kapazitätswert eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements gemeint; eine "Kapazitätsänderung" meint folglich eine Änderung des Kapazitätswertes eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes. Mit "Erfassung" der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung ist sowohl eine nur qualitative Erfassung als auch eine quantitative Erfassung, also eine echte Messung, gemeint. "Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" meint jedes Schaltungselement und jedes Bauelement, das kapazitive Eigenschaften hat, häufig auch als Kapazität bezeichnet wird, wobei dann nicht der Kapazitätswert gemeint ist. Ein "kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" ist insbesondere ein Kondensator. Als "kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" wird aber auch die Elektrode eines kapazitiven Näherungsschalters, im Zusammenwirken mit einem Beeinflussungskörper, bezeichnet. "Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" meint z. B. auch die Kapazität, die miteinander kapazitiv wirkende Leitungen darstellen. Nachfolgend wird statt von einem "kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement" immer von einem Detektionselement gesprochen, ohne daß damit eine Einschrän kung auf eine bestimmte Art eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes verbunden sein soll.

Da der von der Erfindung betroffene kapazitive Näherungsschalter – bzw. die von der Erfindung betroffene Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes – üblicherweise zu detektieren hat, ob sich ein Beeinflussungskörper dem Detektionselement bis auf einen bestimmten Abstand genähert hat bzw. ob sich der Näherungsschalter – mit seinem Detektionselement – bis auf einen bestimmten Abstand einem Beeinflussungskörper genähert hat, ist einleitend die zu detektierende physikalische Größe als Detektionsabstand bezeichnet worden. Geht es nicht, wie bei einem kapazitiven Näherungsschalter im engeren Sinne, um die Detektion eines Detektionsabstandes, dann soll nachfolgend Detektionsabstand ganz allgemein für Detektionsgröße stehen.

Einleitend ist in Bezug auf die Funktion des betroffenen kapazitiven Näherungsschalters gesagt, daß bei ihm die Detektionskapazität mit einer hochfrequenten Detektionswechselspannung beaufschlagt wird, daß der über die Detektionskapazität fließende Detektionsstrom mit einem Referenzstrom verglichen wird und daß mittels einer Detektorschaltung festgestellt wird, ob der Detektionsstrom größer oder kleiner als der Referenzstrom ist. Auch diese konkrete Funktionsbeschreibung, die weiter unten immer verwendet wird, bedarf der Verallgemeinerung. Zunächst ist es selbstverständlich, daß der über die Detektionskapazität fließende Detektionsstrom – beispielsweise an einem Widerstand – eine Detektionsspannung liefern kann und dann die Detektionsspannung mit einer Referenzspannung verglichen wird. Eine vom Detektionsstrom abgeleitete Detektionsspannung kann natürlich auch unmittelbar, insbesondere nach einer Gleichrichtung, einem in der Detektorschaltung vorgesehenen Schaltschwellenelement, beispielsweise einer Diode, zugeführt werden.

Eine konkrete Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes ist in der deutschen Patentschrift 197 01 899 beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine Schaltungsanordnung mit einem Taktgenerator, einem von dem Taktgenerator gesteuerten Umschaltkontakt, einem Speicherkondensator, einer Spannungsquelle und einer Auswertestufe, wobei eine Elektrode des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes mit dem Eingang des Umschaltkontaktes verbunden ist, der erste Ausgang des Umschaltkontaktes mit einem Bezugpotential, der zweite Ausgang des Umschaltkontaktes mit der ersten Elektrode des Speicherkondensators, die erste Elektrode des Speicherkondensators einerseits über ein Widerstandsnetzwerk mit der Spannungsquelle und andererseits mit der Auswertestufe und die zweite Elektrode des Speicherkondensators mit einem Bezugspotential verbunden sind, wobei ein Referenzkondensator, ein zweiter Umschaltkontakt, ein zweiter Speicherkondensator und ein zweites Widerstandsnetzwerk vorgesehen sind, der Referenzkondensator, der zweite Umschaltkontakt, der zweite Speicherkondensator und das zweite Widerstandsnetzwerk in gleicher Weise miteinander verbunden sind, wie der Sensorkondensator, der erste Umschaltkontakt, der erste Speicherkondensator und das erste Widerstandsnetzwerk miteinander verbunden sind, und die erste Elektrode des zweiten Speicherkondensators mit der Auswertestufe verbunden ist. In Bezug auf Einzelheiten dieser Schaltungsanordnung wird auf die deutsche Patentschrift 197 01 899 verwiesen, deren Inhalt auch für die Lehre der Erfindung von Bedeutung sein kann und deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch zum Offenbarungsgehalt im Rahmen der Erfindung gemacht wird.

Eine weitere konkrete Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes ist in der vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift 197 44 152 offenbart. Bei dieser Schaltungsanordnung gehören, wie zu der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung, ein Taktgenerator, ein von dem Taktgenerator gesteuerter Umschaltkontakt, ein Speicherkondensator, eine Spannungsquelle und eine Auswertestufe. Dabei hat die Auswertestufe mindestens zwei Eingänge und ist eine Elektrode des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes mit dem Eingang des Umschaltkontaktes verbunden und sind der erste Ausgang des Umschaltkontaktes mit der ersten Elektrode des Speicherkondensators, die erste Elektrode des Speicherkondensators einerseits über ein Widerstandsnetzwerk mit der Spannungsquelle und andererseits mit dem ersten Eingang der Auswertestufe und die zweite Elektrode des Speicherkondensators mit einem Bezugspotential verbunden. Für diese Schaltungsanordnung gilt ferner, daß der zweite Ausgang des Umschaltkontaktes mit dem zweiten Eingang der Auswertestufe verbunden ist und daß die Auswertestufe eine potentialfreie Strommeßschaltung mit vernachlässigbarem Spannungsabfall zwischen den Eingängen ist und am Umschaltkontakt somit quasi kein Spannungsabfall auftritt. Auch die aus der deutschen Offenlegungsschrift 197 44 152 bekannte Schaltungsanordnung kann in Verbindung mit der Lehre der Erfindung von Bedeutung sein, so daß ausdrücklich auch auf die deutsche Offenlegungsschrift 197 44 152 bezug genommen und deren Inhalt zur Offenbarung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung gemacht wird.

Von besonderer Bedeutung in Verbindung mit der Erfindung ist auch der Offenbarungsgehalt der deutschen Offenlegungsschrift 198 13 013. Diese vorveröffentlichte Druckschrift offenbart eine Schaltungsanordnung eines kapazitiven Näherungsschalters, mit einem Oszillator, mit einer Meßstrecke und mit einer Auswerteschaltung, wobei der Oszillator ein Meßsignal liefert und die Meßstrecke zumindest einen Sensor mit einer Sendeelektrode und einer Meßelektrode aufweist. Dabei sind eine Rauschquelle und zwei Korrelatoren vorhanden, wobei in dem ersten Korrelator eine Frequenzspreizung des Meßsignals durch die Rauschquelle erfolgt. Das frequenzgespreizte Meßsignal ist einerseits mit dem ersten Eingang des zweiten Korrelators und andererseits mit der Sendeelektrode verbunden, und der zweite Eingang des zweiten Korrelators ist mit der Meßelektrode verbunden. Dazu, was mit der Rauschquelle und der speziellen Ausgestaltung der zuletzt beschriebenen Schaltungsanordnung erreicht ist, wird auf die deutsche Offenlegungsschrift 198 13 013 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt ebenfalls in Verbindung mit der Erfindung von Bedeutung sein kann und folglich zur Offenbarung im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemacht wird.

Jeder Techniker weiß, daß bei kapazitiven Näherungsschaltern – im übrigen auch bei anderen Näherungsschaltern, – der Schaltabstand bzw., allgemein ausgedrückt, der Detektionsabstand, hysteresebehaftet ist. Ist der Schaltabstand bzw. der Detektionsabstand theoretisch X, so spricht der Näherungsschalter – sowohl beim Einschalten als auch beim Ausschalten – erst an, wenn der sich einstellende Abstand X + Δx oder X – Δx erreicht hat. Diese Hysterese ist für die weiteren Betrachtungen noch von Bedeutung.

Aus dem, was weiter oben ausgeführt worden ist, wird unmittelbar deutlich, daß es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, den in Rede stehenden kapazitiven Näherungsschalter in bezug auf die Auswertung des generierten Detektionsstrom auszuführen. Folglich gibt es auch eine Vielzahl von Ausführungsformen, die insoweit bei dem in Rede stehenden kapazitiven Näherungsschalter realisiert werden können.

Wesentlich für den von der Erfindung betroffenen kapazitiven Näherungsschalter ist nun, daß der Detektionsabstand – bei einem kapazitiven Näherungsschalter im engeren Sinne also der Schaltabstand – einstellbar ist.

Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird der Detektionsabstand bzw. der Schaltabstand häufig dadurch eingestellt, daß – z. B. mit Hilfe eines Potentiometers – der Referenzstrom entsprechend eingestellt wird. Zur Realisierung der gewünschten Hysterese wird zum Referenzstrom entweder ein konstanter Hysteresestrom addiert oder vom Referenzstrom ein konstanter Hysteresestrom subtrahiert. Daraus folgt, daß die Hysterese bei geringen Detektionsabständen bzw. Schaltabständen sehr klein ist, weil der Detektionsstrom groß gegenüber dem Hysteresestrom ist, und bei großen Detektionsabständen bzw. Schaltabständen sehr groß ist, weil der Detektionsstrom gleich dem Hysteresestrom oder kleiner als der Hysteresestrom ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Näherungsschalter der in Rede stehenden Art zur Verfügung zu stellen, der sich durch eine besondere Art der Einstellbarkeit des Detektionsabstandes bzw. des Schaltabstandes auszeichnet.

Der erfindungsgemäße kapazitive Näherungsschalter ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Detektionsabstands im wesentlichen mit der Frequenz der Detektionswechselspannung erfolgt. Die Erfindung macht sich also die bekannte Tatsache zu nutze, daß der Detektionsstrom eine Funktion des Kapazitätswertes der Detektionskapazität, der Frequenz der Detektionswechselspannung und der Amplitude der Detektionswechselspannung ist. Folglich kann die Frequenz der Detektionswechselspannung so eingestellt werden, daß über einen bestimmten Bereich der Detektionskapazität der über die Detektionskapazität fließende Detektionsstrom sich nur in einem bestimm ten Bereich ändert, so daß sich das Verhältnis von Detektionsstrom zu Hysteresestrom nicht wesentlich ändert, die Hysterese also zwischen geringen Schaltabständen und großen Schaltabständen weitgehend gleich bleibt.

Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kapazitiven Näherungsschalters ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Frequenz der Detektionswechselspannung als Stellgröße der Detektionsstrom auf einen konstanten Wert geregelt wird und eine von der Frequenz der Detektionswechselspannung abgeleitete Detektionsmeßgröße mit dem Referenzstrom oder einer entsprechenden Referenzgröße verglichen wird. Bei dieser Ausführungsform führt also der auf einen konstanten Werte geregelte Detektionsstrom in Verbindung mit einem konstanten Hysteresestrom zu einem konstanten Verhältnis von Detektionsstrom zu Hysteresestrom und damit zu einer konstanten, also vom Detektionsabstand bzw. vom Schaltabstand nicht mehr abhängigen Hysterese.

Grundsätzlich kann erfindungsgemäß die Einstellung des Detektionsabstands bzw. des Schaltabstands mittels der Frequenz der Detektionswechselspannung oder mittels der Frequenz und der Amplitude der Detektionswechselspannung erfolgen. Häufig gehört zu einem kapazitiven Näherungsschalter der in Rede stehenden Art ein Synchrongleichrichter, der einen frequenzabhängigen Fehlerstrom erzeugt. Bei einer solchen Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, die Einstellung des Detektionsabstands bzw. des Schaltabstands mittels der Frequenz der Detektionswechselspannung vorzunehmen.

Bei dem erfindungsgemäßen kapazitiven Näherungsschalter kann die Frequenz der Detektionswechselspannung in unterschiedlicher, für sich bekannter Weise vorgegeben werden. Insbesondere kann die Frequenz der Detektionswechselspannung mittels eines Widerstands- oder spannungsgesteuerten oder eines digital gesteuerten Oszillators, insbesondere eines von einem μ-Controller gesteuerten Oszillators, vorgegeben werden.

Die bisher beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäßer kapazitiver Näherungsschalter benötigen weder einen A/D-Wandler noch einen μ-Controller. Eine weiter bevorzugte Ausführungsform ist jedoch ergänzend dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsstrom mittels eines I/U-Wandlers und eines A/D-Wandlers erfaßt wird. Diese Ausführungsform empfiehlt sich insbesondere dann, wenn, wie zuvor ausgeführt, mit Hilfe der Frequenz der Detektionswechselspannung als Stellgröße der Detektionsstrom auf einen konstanten Wert geregelt wird. Bei dieser Ausführungsform benötigt der A/D-Wandler nur eine geringe Genauigkeit, da der Detektionsstrom im Detektionspunkt bzw. Schaltpunkt unabhängig vom gewählten Detektionsabstand bzw. Schaltabstand konstant ist und folglich die Verstärkung des I/U-Wandlers so angepaßt werden kann, daß der Dynamikbereich optimal ausgenutzt werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines kapazitiven Näherungsschalters, bei dem die Frequenz der Detektionswechselspannung mittels eines Widerstands- oder spannungsgesteuerten oder eines digital gesteuerten Oszillators vorgegeben wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Einstellmittel zur Einstellung der Frequenz der Detektionswechselspannung und dem Oszillator ein Anpassungsnetzwerk zur Linearisierung der Einstellung der Detektionswechselspannung vorgesehen ist. Dabei kann in dem Anpassungsnetzwerk eine Linearisierungskennlinie gespeichert sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, in dem Anpassungsnetzwerk einen μ-Controller vorzusehen und in dem μ-Controller zur Linearisierung der Einstellung der Detektionswechselspannung eine Korrekturtabelle oder eine Rechenregel zu speichern.

Bei dem erfindungsgemäßen kapazitiven Näherungsschalter kann die Detektionswechselspannung digial, z. B. durch Tastendruck oder über eine Schnittstelle, oder analog, z. B. über ein Potentiometer, einen Drehgeber oder einen Optokoppler, eingegeben werden.

Zur grundsätzlichen Funktion des erfindungsgemäßen kapazitiven Näherungsschalters gehört, wie eingangs ausgeführt, die Erzeugung eines Referenzstroms. Dieser Referenzstrom kann mit Hilfe eines Widerstandes oder ein Widerstandsnetzwerkes von der Versorgungsspannung abgeleitet werden. An die Versorgungsspannung, und zwar an die gleiche Versorgungsspannung kann auch, wenn vorgesehen, der Oszillator, der A/D-Wandler und/oder der der Ableitung des Referenzstroms dienende Widerstand oder das der Ableitung des Referenzstroms dienende Widerstandsnetzwerk angeschlossen sein. Das hat den Vorteil, daß Schwankungen der Versorgungsspannung kompensiert werden.

Schließlich geht eine weitere Lehre der Erfindung noch dahin, die Detektionswechselspannung zu modulieren, z. B. mittels einer Rauschquelle, einer dreieck- oder sägezahnförmigen oder einer einer e-Funktion folgenden Modulationsspannung. Das, was damit erreicht wird, ergibt sich aus der weiter oben bereits behandelten deutschen Offenlegungsschrift 198 13 013, auf deren Offenbarungsgehalt nochmals verwiesen wird.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen kapazitiven Näherungsschalter auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird ergänzend verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und auf die nachfolgende Erläuterung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
1 ein erstes Blockschaltbild zur Erläuterung der Lehre der Erfindung,
2 ein zweites Blockschaltbild zur Erläuterung einer Funktionseinheit aus dem Blockschaltbild nach 1,
3 ein weiteres Blockschaltbild zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit aus dem Blockschaltbild nach 1, die auch in 2 dargestellt ist,
4 wiederum ein weiteres Blockschaltbild zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit aus dem Blockschaltbild nach 1, die auch in 2 dargestellt ist, und
5 nochmals ein weiteres Blockschaltbild zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit aus dem Blockschaltbild nach 1, die auch in 2 dargestellt ist.
Das Blockschaltbild nach 1 zeigt einen HF-Generator 1, einen NF-Modulator 2, eine Meßstrecke 3, einen HF-Demulator 4 und einen Detektor 5.
Der HF-Generator 1 erzeugt eine hochfrequente Wechselspannung beliebiger Kurvenform, vorzugsweise eine rechteckförmige oder eine sinusförmige Wechselspannung, mit fester oder modulierbarer Frequenz im Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz. Der HF-Generator 1 kann einen integrierten Modulationseingang für eine zusätzliche Modulation der hochfrequenten Wechselspannung zur Erhöhung der Störfestigkeit und zur Reduzierung der Störemission aufweisen.
Der NF-Modulator 2 hat eine Modulationsfrequenz, die mindestens der Schaltfrequenz entspricht, vorzugsweise zwischen 10 Hz und 10 KHz liegt. Das Tastverhältnis liegt vorzugsweise bei 50 %. Auch hier ist die Kurvenform beliebig, eine rechteckförmige Kurvenform wird jedoch bevorzugt. Der NF-Modulator 2 kann bei einem rechteckförmigen HF-Signal und bei einem rechteckigen Modulationssignal als XOR (beide NF-Halbwellen enthalten Informationen über die Meßgröße) als AND oder als NAND (geringerer Stromverbrauch, da nur 50 % der Zeit gesendet wird) ausgeführt sein.
Die Meßstrecke 3 ist der eigentliche kapazitive Näherungsschalter, dessen Aufbau ganz unterschiedlich sein kann und folglich nicht näher beschrieben werden muß.
Der HF-Demodulator 4 ist vorzugsweise ein analoger Schalter, der mit seiner Einpolseite an die Meßstrecke 3 und mit seiner Zweipolseite an den Detektor 5 angeschlossen ist.
Der Detektor 5 ist ein Strom-, Spannungs- oder Ladungsdetektor als Schwellwertdetektor mit NF-Demodulierung; vorzugsweise ist der Detektor 5 ein Stromdetektor. Die 2 bis 5 zeigen mögliche Ausführungsformen des Detektors 5.
Im Ausführungsbeispiel nach 2 besteht der Detektor 5 aus einem Komparator 6 mit DC-Nachführung und einem NF-Demodulator 7. Durch den Komparator 6 mit DC-Nachführung wird eine DC-Drift kompensiert. Der NF-Demodulator 7 ist ein phasenempfindlicher.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 besteht der Detektor 5 aus einem I/U-Wandler 8, einem Hochpaß 9, einem Komparator 10 ohne DC-Nachführung und einem phasenempfindlichen NF-Demodulator 11.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Detektor 5 aus einem NF-Demodulator 12, einem Tiefpaß 13 und einem Komparator 14 besteht.
Bei dem schließlich noch in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Detektor 5 aus einem NF-Demodulator 15, einem I/U-Wandler 16 mit integriertem Tiefpaß und einem Komparator 17. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch die NF-Demodulation vor der I/U-Wandlung die Bandbreite des I/U-Wandlers 16 deutlich gesenkt und eine höhere Störfestigkeit erreicht werden. Damit ist dieses Ausführungsbeispiel insbesondere für Näherungsschalter ohne μ-Controller interessant.
Nicht gezeigt ist eine mögliche Ausführungsform eines Detektors 5 mit einem I/U-Wandler, einem A/D-Wandler und einer Differenzbildung von zwei NF-Halbperioden.
Bei allen angesprochenen Varianten eines Detektors 5 erzeugt die Offsetspannung eines üblicherweise verwendeten Operationsverstärkers im Zusammenspiel mit dem HF-Demodulator 5 einen zusätzlichen DC-Fehlerstrom. Die DC-Abtrennung durch den Komparator 6 mit DC-Nachführung bei der Ausführungsform nach 2, der Hochpaß 9 bei der Ausführungsform nach 3 und die Differenzbildung bei der nicht dargestellten Ausführungsform eliminieren den DC-Fehlerstrom.

Claims

Kapazitiver Näherungsschalter mit einstellbarem Detektionsabstand, bei dem die Detektionskapazität mit einer hochfrequenten Detektionswechselspannung beaufschlagt wird, der über die Detektionskapazität fließende Detektionsstrom mit einem Referenzstrom verglichen wird und mittels einer Detektorschaltung festgestellt wird, ob der Detektionsstrom größer oder kleiner als der Referenzstrom ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Detektionsabstands im wesentlichen mit der Frequenz der Detektionswechselspannung erfolgt.
Kapazitiver Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Frequenz der Detektionswechselspannung so eingestellt wird, daß über einen bestimmten Bereich der Detektionskapazität der über die Detektionskapazität fließende Detektionsstrom sich nur in einem bestimmten Bereich ändert, so daß sich das Verhältnis von Detektionsstrom zu Hysteresestrom nicht wesentlich ändert, die Hysterese also zwischen geringen Schaltabständen und großen Schaltabständen weitgehend gleichbleibt.
Kapazitiver Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Frequenz der Detektionswechselspannung als Stellgröße der Detektionsstrom auf einen konstanten Wert geregelt wird und eine von der Frequenz der Detektionswechselspannung abgeleitete Detektionsmeßgröße mit dem Referenzstrom oder einer entsprechenden Referenzgröße verglichen wird.
Kapazitiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Detektionswechselspannung mittels eines Widerstands- oder spannungsgesteuerten oder eines digital gesteuerten Oszillators, insbesondere eines von einem μ-Controller gesteuerten Oszillators, vorgegeben wird.
Kapazitiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsstrom mittels eines I/U-Wandlers und eines A/D-Wandlers erfaßt wird.
Kapazitiver Näherungsschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Einstellmittel zur Einstellung der Frequenz der Detektionswechselspannung und dem Oszillator ein Anpassungsnetzwerk zur Linearisierung der Einstellung der Detektionswechselspannung vorgesehen ist.
Kapazitiver Näherungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anpassungsnetzwerk eine Linearisierungskennlinie gespeichert ist.
Kapazitiver Näherungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpassungsnetzwerk einen μ-Controller aufweist und in dem μ-Controller zur Linearisierung der Einstellung der Detektionswechselspannung eine Korrekturtabelle oder eine Rechenregel gespeichert ist.
Kapazitiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsabstand digital durch Tastendruck oder über eine Schnittstelle eingegeben werden kann.
Kapazitiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsabstand analog über ein Potentiometer, einen Drehgeber oder einen Optokoppler eingegeben werden kann.
Kapazitiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrom mit Hilfe eines Widerstandes oder eines Widerstandsnetzwerkes von der Versorgungsspannung abgeleitet wird.
Kapazitiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 10 und nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator, der A/D-Wandler und/oder der Widerstand oder das Widerstandsnetzwerk an die gleichen Versorgungsspannung angeschlossen sind.
Kapazitiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionswechselspannung moduliert wird, z. B. mittels einer Rauschquelle, einer dreieck- oder sägezahnförmigen oder einer einer E-Funktion folgenden Modulationsspannung.
Kapazitiver Näherungsschalter, bei dem die Detektionskapazität mit einer hochfrequenten Detektionswechselspannung beaufschlagt wird und der über die Detektionskapazität fließende hochfrequente Detektionswechselstrom vorzugsweise synchron demoduliert wird, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionswechselspannung mit einer Modulationsfrequenz moduliert wird, die mindestens der Schaltfrequenz entspricht, vorzugsweise zwischen 10 Hz und 10 kHz liegt, so daß der Meßwert nach einer Demodulation als Wechselspannungs- bzw. Wechselstromsignal zur Verfügung steht.