DE102007027822A1 - Inductive sensor arrangement and method for influencing the measurement behavior of a measuring coil - Google Patents

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Abstract

Eine induktiv arbeitende Sensoranordnung mit einer Messspule (2), wobei ein Oszillator (4) die Messspule (2) mit einer Wechselspannung versorgt, ist im Hinblick auf eine Verbesserung des Messverhaltens der Sensoranordnungen und einer Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber seitlichen Annäherungen dadurch gekennzeichnet, dass um die Messspule (2) eine weitere Spule (3) angeordnet ist und dass die weitere Spule (3) mit einem Verstärker (6) verbunden ist, über den die weitere Spule (3) mit einer von der Wechselspannung des Oszillators (4, 8) abgeleiteten Spannung (U<SUB>2</SUB>) speisbar ist. Ein entsprechendes Verfahren ist angegeben.An inductively operating sensor arrangement comprising a measuring coil (2), wherein an oscillator (4) supplies the measuring coil (2) with an alternating voltage, is characterized in that in order to improve the measuring behavior of the sensor arrangements and to reduce the sensitivity to lateral approaches the measuring coil (2) a further coil (3) is arranged and that the further coil (3) with an amplifier (6) is connected, via which the further coil (3) with one of the AC voltage of the oscillator (4, 8) derived voltage (U <SUB> 2 </ SUB>) can be fed. A corresponding method is indicated.

Description

Die Erfindung betrifft eine induktiv arbeitende Sensoranordnung mit einer Messspule, wobei ein Oszillator die Messspule mit einer Wechselspannung versorgt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beeinflussen des Messverhaltens einer Messspule, wobei die Messspule durch einen Oszillator mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird.The The invention relates to an inductively operating sensor arrangement a measuring coil, wherein an oscillator supplies the measuring coil with an AC voltage. The invention further relates to a method for influencing the Measuring behavior of a measuring coil, wherein the measuring coil by a Oscillator is supplied with an AC voltage.

Induktiv arbeitende Sensoranordnungen nehmen in der Messtechnik einen wichtigen Stellenwert ein. Sie sind überall dort einsetzbar, wo elektrisch und/oder magnetisch leitfähige Objekte detektiert werden sollen. Befinden sich derartige Objekte im Messbereich eines induktiven Sensors, so wirken diese auf den Sensor zurück. Die Rückwirkung kann als Messsignal genutzt werden. Wichtigste Anwendungsgebiete sind Abstands- oder Näherungssensoren sowie Wegmesssensoren.Inductive Working sensor arrangements take an important part in measurement technology Significance. They can be used wherever electrical and / or magnetically conductive objects are detected should. Are such objects in the measuring range of an inductive Sensors, they act on the sensor back. The retroactive effect can be used as a measurement signal. Main applications are distance or proximity sensors as well as distance measuring sensors.

Es sind prinzipiell zwei verschiedene Ausführungen von induktiven Sensoren bekannt. Bei einer Ausführung wird durch eine Spule ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das in einem sich im Messbereich des Sensors befindlichen leitfähigen Objekt Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme wirken auf die Impedanz der Spule zurück (Lenz'sche Regel). Dadurch wird sowohl der Real- als auch der Imaginärteil der Impedanz der Spule in Abhängigkeit von dem Abstand der Spule zu dem Objekt verändert. Diese Veränderung wird als Messsignal genutzt und ermöglicht Rückschlüsse auf den Abstand der Spule zu dem Objekt.It are in principle two different versions of inductive Sensors known. In one embodiment is by a Coil generates an electromagnetic field, which is reflected in a Measuring range of the sensor located conductive object eddy currents induced. These eddy currents affect the impedance of the Coil back (Lenz's rule). This will both the Real as well as the imaginary part of the impedance of the coil depending on the distance of the coil to the object changed. This change is called a measurement signal used and allows conclusions on the distance of the coil to the object.

Ein anderes Messprinzip verwendet zwei separate Spulen, wobei eine Spule ein elektromagnetisches Feld erregt und die zweite Spule das Feld detektiert. Ein leitfähiges Messobjekt, das sich im Messfeld dieser Anordnung befindet, beeinflusst den Kopplungsfaktor zwischen der Erregerspule und er Detektionsspule. Befinden sich Erreger- und Detektionsspule relativ zum Messobjekt auf der gleichen Seite, erhöht sich die Kopplung zwischen den Spulen. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE 195 23 519 A1 oder der JP 57200803 A bekannt. Befindet sich das Messobjekt hingegen zwischen der Erreger- und der Detektionsspule, reduziert das Messobjekt die Kopplung. Die Veränderung der Kopplung kann messtechnisch erfasst und sowohl für Abstands- als auch Wegmesssensoren herangezogen werden.Another measuring principle uses two separate coils, one coil exciting an electromagnetic field and the second coil detecting the field. A conductive measurement object located in the measurement field of this arrangement influences the coupling factor between the exciter coil and the detection coil. If the excitation and detection coils are located on the same side relative to the measurement object, the coupling between the coils increases. Such a system is for example from the DE 195 23 519 A1 or the JP 57200803 A known. On the other hand, if the measurement object is located between the excitation coil and the detection coil, the measurement object reduces the coupling. The change in the coupling can be detected metrologically and used both for distance and distance measuring sensors.

Problematisch an den bekannten Sensoranordnungen ist, dass die Sensoren eine relativ starke Empfindlichkeit gegenüber Objekten aufweisen, die sich dem Sensor seitlich nähern. Diesem Problem wird in der Praxis mit verschiedenen Ansätzen begegnet. Nach einem Ansatz wird die Messspule nach hinten und seitlich durch ein metallisches Gehäuse abgeschirmt. Durch diese Maßnahme wird die Messspule nur noch durch Annäherung eines Objekts von vorne an die Sensorstirn beeinflusst. Problematisch an diesem Ansatz ist jedoch, dass die Güte der Spule gegenüber einer Luftspule reduziert ist, da die Impedanz bereits durch die Schirmung verändert ist. Damit ist die Empfindlichkeit auf die Annäherung eines Messobjekts reduziert, was sich in einem kleineren nutzbaren Messbereich und einem geringeren Auflösungsvermögen des Sensors im Vergleich zu einer Luftspule gleicher Abmessung widerspiegelt.Problematic in the known sensor arrangements is that the sensors a relative have strong sensitivity to objects that are approach the sensor sideways. This problem is in the Practice with different approaches encountered. After one Approach, the measuring coil to the rear and laterally by a metallic Housing shielded. This measure will the measuring coil only by approaching an object from the front influenced by the sensor's forehead. The problem with this approach is however, that the quality of the coil over one Air coil is reduced because the impedance is already through the shielding is changed. This is the sensitivity to the approach a measuring object reduces, resulting in a smaller usable Measuring range and lower resolution of the sensor compared to an air coil of the same size.

Nach einem anderen aus der Praxis bekannten Ansatz werden die Spulen mit einem magnetischen Kern ausgestaltet. Durch den Kern weisen die Spulen gegenüber Luftspulen eine höhere erreichbare Güte und damit eine größere Empfindlichkeit auf. Je nach Form des Kerns wird zusätzlich eine Bündelung des elektromagnetischen Felds erreicht. Eine relative Unempfindlichkeit gegenüber seitlichen Annäherungen bietet eine Ausgestaltung des Kerns als Schalenkern.To Another approach known from practice is the coils designed with a magnetic core. Point through the core the coils opposite air coils a higher achievable Goodness and thus greater sensitivity on. Depending on the shape of the core is additionally bundling of the electromagnetic field. A relative insensitivity opposite side approaches offers one Design of the core as a shell core.

Nachteilig an derartigen Spulen ist, dass sie empfindlich auf einwirkende Magnetfelder reagieren. Durch zusätzliche Magnetfelder verändert sich die Permeabilität des Kerns, was sich wiederum auf die Spulenimpedanz auswirkt. Daher können diese Spulen nicht in Umgebungen eingesetzt werden, bei denen magnetische Störfelder vorhanden sind (beispielsweise bei Elektromotoren, Hubmagneten oder dergleichen). Zudem ist die Permeabilität des Kerns, insbesondere bei negativen Temperaturen und Temperaturen über 100°C, stark von der Temperatur des Kerns abhängig. Die maximal erreichbaren Fertigungstoleranzen von mehreren Prozent bei der Permeabilität und den mechanischen Abmessungen wirken sich weiter negativ aus. Spulen mit größeren Durchmessern (über etwa 30 mm) lassen sich nicht oder kaum realisieren, da die Herstellung der Kerne schwierig und extrem teuer ist.adversely Such coils are sensitive to applied magnetic fields react. Modified by additional magnetic fields itself the permeability of the core, which in turn turns up the coil impedance affects. Therefore, these coils can not be used in environments where magnetic interference fields are present (for example, electric motors, solenoids or the like). In addition, the permeability of the core, especially at negative temperatures and temperatures above 100 ° C, strongly dependent on the temperature of the core. The maximum achievable manufacturing tolerances of several percent in the permeability and the mechanical dimensions continue to have a negative impact. Coils with larger diameters (over about 30 mm) can not or hardly realize, since the production the cores are difficult and extremely expensive.

Zum Detektieren von Fehlern und Rauschen sind Anordnungen bekannt, bei denen mehrere Spulen übereinander angeordnet sind und eine Spule zur Detektion eines Fehlersignals dienen. Ein derartiges System ist in der DE 33 36 783 A1 gezeigt.For detecting errors and noise, arrangements are known in which a plurality of coils are arranged one above the other and serve a coil for the detection of an error signal. Such a system is in the DE 33 36 783 A1 shown.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass das Messverhalten induktiver Sensoranordnungen verbessert wird und insbesondere eine Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber seitlichen Annäherungen erreicht wird.Of the The present invention is therefore based on the object, a sensor arrangement and to design a method of the type mentioned in the beginning and further that the measurement behavior of inductive sensor arrays is improved and in particular a reduction in sensitivity towards lateral approaches is achieved.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Sensoranordnung dadurch gekennzeichnet, dass um die Messspule eine weitere Spule angeordnet ist und dass die weitere Spule mit einem Verstärker verbunden ist, über den die weitere Spule mit einer von der Wechselspannung des Oszillators abgeleiteten Spannung speisbar ist.According to the invention the above object is solved by the features of claim 1. Thereafter, the sensor in question is Order characterized in that around the measuring coil, a further coil is arranged and that the further coil is connected to an amplifier, via which the further coil can be fed with a voltage derived from the AC voltage of the oscillator voltage.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 16 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass eine um die Messspule angeordnete weitere Spule mittels eines Verstärkers und/oder Phasenschiebers mit einer Spannung beaufschlagt wird, die von der durch den Oszillator abgegebenen Wechselspannung abgeleitet ist, und dass durch die weitere Spule die Abstrahlcharakteristik der Sensoranordnung beeinflusst wird.In procedurally, the above Problem solved by the features of claim 16. Thereafter, the method in question is characterized that a further coil arranged around the measuring coil by means of a Amplifier and / or phase shifter with a voltage which is supplied by the output by the oscillator AC voltage is derived, and that through the further coil the emission characteristic of the sensor arrangement is influenced.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass das Messverhalten einer induktiven Sensoranordnung auch ohne Kapselung der Sensorspule und ohne die Verwendung magnetischer Kerne positiv beeinflusst werden kann. Stattdessen genügen vergleichsweise einfache Maßnahmen, die weniger stark in das Verhalten der Sensoranordnung eingreifen. Dazu ist um die eigentliche Messspule eine weitere Spule angeordnet, die die Messspule zumindest teilweise umschließt. Das Messverhalten dieser erweiterten Messanordnung kann auf verblüffend einfache Art und Weise dadurch verbessert werden, dass die weitere Spule mit einer Spannung gespeist wird, die von der die Messspule speisenden Wechselspannung abgeleitetet ist. Dazu wird die von dem Oszillator abgegebene Wechselspannung abgegriffen und über einen Verstärker der weiteren Spule zugeführt. Durch diese Maßnahme hat eine Veränderung der Impedanz der weiteren Spule einen sehr geringen oder keinen Einfluss auf das Verhalten der Messspule. Die Messspule kann hingegen unabhängig von der weiteren Spule betrieben werden. Die Felder der Messspule und der weiteren Spule überlagern sich jedoch derart, dass eine aktive Schirmung der Messspule gegenüber seitlichen Einflüssen erreicht wird. Ferner führt die Verwendung der weiteren Spule und deren besondere Speisung dazu, dass das Messfeld gegenüber gebräuchlichen Sensoranordnungen wesentlich gebündelter abgegeben wird. Dadurch ist das örtliche Auflösungsvermögen der Spulenanordnung weiter erhöht.According to the invention First, it has been recognized that the measurement behavior of an inductive Sensor arrangement without encapsulation of the sensor coil and without the Use of magnetic cores can be positively influenced. Instead Suffice comparatively simple measures that intervene less in the behavior of the sensor assembly. To is arranged around the actual measuring coil another coil, which at least partially surrounds the measuring coil. The measuring behavior This extended measuring arrangement can be surprisingly simple Way be improved by that the further coil is supplied with a voltage that feeds from the measuring coil AC voltage is derived. This is done by the oscillator output AC voltage tapped and an amplifier fed to the other coil. By this measure has a change in the impedance of the other coil one very little or no effect on the behavior of the measuring coil. The measuring coil, however, can be independent of the other Be operated coil. The fields of the measuring coil and the others Coil, however, overlap such that an active shielding of the Measuring coil against lateral influences reached becomes. Furthermore, the use of the other coil and leads their special feed to that the measuring field opposite common sensor arrangements much bundled is delivered. This is the local resolution the coil assembly further increased.

Zum Erhöhen der Flexibilität der Anwendung könnte vor oder nach dem Verstärker ein Phasenschieber angeordnet. Dadurch kann auf die Phasenlage zwischen der die Messspule speisenden Wechselspannung und der weiteren Spule Einfluss genommen werden, wodurch die Überlagerung der durch die beiden Spulen abgegebenen Felder gesteuert werden kann. Durch Wahl der Phasenlage zwischen den beiden Spannungen kann daher die Charakteristik des abgestrahlten Messfelds in hohem Maße beeinflusst werden.To the Increase the flexibility of the application could arranged before or after the amplifier, a phase shifter. As a result, can be fed to the phase angle between the measuring coil AC voltage and the other coil can be influenced, whereby the superposition of the votes by the two coils Fields can be controlled. By choosing the phase position between The two voltages can therefore be the characteristic of the radiated Be affected to a large extent.

Vorzugsweise sind die Messspule und die weitere Spule derart ausgestaltet, dass ihre Wickelachsen im Wesentlichen parallel zueinander liegen. Vorzugsweise fallen die beiden Wickelachsen im Wesentlichen zusammen, wodurch die beiden Spulen koaxial ausgebildet sind. Dabei ist es im Wesentlichen unerheblich, auf welche Art und Weise die beiden Spulen aufgebaut sind. So können die Spulen durch eine Drahtwicklung gebildet sein. Andererseits könnte eine auf einem Träger aufgebrachte Leiterbahn eine Spule bilden. Hierzu ist aus der Praxis eine Reihe von Ausgestaltungen bekannt.Preferably the measuring coil and the further coil are designed such that their winding axes are substantially parallel to each other. Preferably fall the two winding axes substantially together, causing the two coils are formed coaxially. It's essentially that irrelevant, in what way the two coils built up are. Thus, the coils can be formed by a wire winding be. On the other hand, one could be on a carrier applied conductor track to form a coil. This is from practice a number of embodiments known.

Dabei könnten die eingesetzten Spulen als Luftspulen ausgebildet sein, d. h. es ist kein magnetischer Kern im Inneren der Spule angeordnet. Dadurch könnte die Sensoranordnung auch in Umgebungen mit magnetischen Störfeldern eingesetzt werden. Eine Beeinflussung des Kerns durch die Störfelder unterbleibt damit.there The coils used could be designed as air coils be, d. H. There is no magnetic core located inside the coil. As a result, the sensor arrangement could also be used in environments with magnetic interference fields are used. An influence the core through the interference fields is omitted.

Zum Gewährleisten einer koordinierten Überlagerung der Magnetfelder der Messspule und der weiteren Spule könnten die beiden Spulen derart angeordnet sein, dass sie in Messrichtung im Wesentlichen bündig abschließen.To the Ensure a coordinated overlay the magnetic fields of the measuring coil and the other coil could the two coils may be arranged such that they are in the measuring direction essentially flush.

Der Verstärker, der die Speisespannung für die weitere Spule zur Verfügung stellt, könnte die zu verstärkende Spannung sowohl verstärken (Verstärkung größer 1) als auch gegebenenfalls dämpfen (Verstärkung kleiner als 1). Auch eine Impedanzwandlung (Verstärkung gleich 1) könnte realisiert werden. In ähnlicher Weise könnte der Phasenschieber zu unterschiedlich starken Phasenverschiebungen genutzt werden. Phasenverschiebungen von 0° können ebenso realisiert sein, wie Verschiebungen von nahezu 360°.Of the Amplifier that supplies the supply voltage for the more Coil provides that could be amplified Strengthen both tension (gain greater 1) and optionally attenuate (amplification less than 1). Also an impedance conversion (amplification equal to 1) could be realized. In similar Way, the phase shifter could be different in strength Phase shifts are used. Phase shifts of 0 ° can be realized as well as shifts of nearly 360 °.

Vorzugsweise ist der Verstärker in seiner Verstärkung steuerbar, wodurch der Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit der Anwendungssituation eingestellt werden kann. Ein gegebenenfalls zusätzlich zu dem Verstärker vorhandener Phasenschieber könnte ebenso steuerbar ausgebildet sein. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, besonders flexibel auf die einzelnen Magnetfelder und auf das abgegebene Gesamtfeld Einfluss zu nehmen.Preferably is the amplifier controllable in its gain, whereby the gain depends on the application situation can be adjusted. An optional in addition to the amplifier existing phase shifter could be designed to be controllable. By this configuration is it is possible, especially flexible on the individual magnetic fields and to influence the total field delivered.

Die Messspule und die weitere Spule könnten derart ausgestaltet sein, dass das Feld der weiteren Spule das Feld der Messspule verstärkt oder verringert. Hierzu kann eine geeignete konstruktive Ausgestaltung der Spulen herangezogen werden. Andererseits kann durch eine geeignete Wahl des Verstärkungsfaktors und der Phasenlage die Überlagerung der einzelnen Felder verändert werden. Feste Verstärkungsfaktoren und Phasenverschiebungen können hierbei ebenso Anwendung finden wie anpassbare.The measuring coil and the further coil could be designed such that the field of the further coil amplifies or reduces the field of the measuring coil. For this purpose, a suitable structural design of the coils can be used. On the other hand, by a suitable choice of the amplification factor and the phase position, the superposition of the individual fields can be changed. Fixed Ver Strengthening factors and phase shifts can be used as well as customizable ones.

Der die Messspule versorgende Oszillator könnte eine Spannung mit fester Frequenz abgeben. Zusätzlich könnte die Spannung eine feste Amplitude aufweisen. Entsprechende Oszillatoren sind aus der Praxis hinlänglich bekannt.Of the the measuring coil supplying oscillator could be a voltage deliver at a fixed frequency. In addition, could the voltage have a fixed amplitude. Corresponding oscillators are well known in practice.

Alternativ könnte der Oszillator freischwingend ausgebildet sein. Dabei könnte der Oszillator durch einen Schwingkreis gebildet sein, der unter anderem die Messspule enthält. Dadurch würde sich die durch den Oszillator abgegebene Frequenz in Abhängigkeit der Impedanz der Messspule ändern. Diese Ausgestaltung findet beispielsweise bei einer Detektion von Impedanzänderungen Anwendung.alternative the oscillator could be designed to be free-swinging. In this case, the oscillator could be formed by a resonant circuit be, among other things, contains the measuring coil. Thereby would be the frequency emitted by the oscillator change as a function of the impedance of the measuring coil. This embodiment finds, for example, in a detection of Impedance changes application.

Die Spannung, die zur Ableitung der Versorgungsspannung für die weitere Spule genutzt wird, könnte an verschiedenen Stellen abgegriffen werden. Zum einen könnte der Abgriff der Spannung nach einer Kopplungsimpedanz erfolgen, über die die Messspule mit dem Oszillator verbunden ist. Dadurch folgt die Versorgungs spannung der weiteren Spule der Versorgungsspannung mit definierter Phasenlage. Allerdings könnte die zur Ableitung der Versorgungsspannung der weiteren Spule genutzte Spannung auch unmittelbar nach dem Oszillator abgegriffen werden.The Voltage used to derive the supply voltage for the more coil used could be at different Jobs are tapped. For one thing, the tap could the voltage after a coupling impedance, via the measuring coil is connected to the oscillator. This follows the supply voltage of the other coil of the supply voltage with defined phase position. However, that could lead to the derivation the supply voltage of the other coil also used voltage be tapped immediately after the oscillator.

Vorzugsweise erfolgt die Einspeisung der verstärkten und gegebenenfalls phasenverschobenen Spannung in die weitere Spule niederohmig. Dabei liegt die Speiseimpedanz vorzugsweise nahe 0 Ω.Preferably the feeding of the amplified and, where appropriate, takes place phase-shifted voltage in the other coil low impedance. there the feed impedance is preferably close to 0 Ω.

Die Sensoranordnung könnte zum einen derart ausgestaltet sein, dass die Messspule in Verbindung mit der weiteren Spule sowohl zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds dient als auch eine Detektion der leitfähigen Materialien realisiert. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Impedanz bzw. deren Veränderung in Abhängigkeit von leitfähigen Materialien im Messbereich der Sensoranordnung gemessen wird. Hierzu sind aus der Praxis verschiedene Verfahren bekannt.The Sensor arrangement could be designed on the one hand, that the measuring coil in conjunction with the other coil both for Generating an electromagnetic field is used as well as a detection realized the conductive materials. This will be particular achieved in that the impedance or its change depending on conductive materials in the Measuring range of the sensor arrangement is measured. These are from the Practice different methods known.

Andererseits könnte die Sensoranordnung derart ausgestaltet sein, dass die Messspule in Verbindung mit der weiteren Spule ein elektromagnetisches Feld erzeugt und zusätzlich eine Detektionsspule vorgesehen ist. Die Detektionsspule würde dann zur Detektion von leitfähigen Materialien dienen. Dabei würde der Kopplungsfaktor zwischen der Messspule und der Detektionsspule bestimmt werden.on the other hand could the sensor arrangement be designed such that the measuring coil in conjunction with the other coil an electromagnetic Field generated and additionally provided a detection coil is. The detection coil would then be used to detect conductive Serve materials. The coupling factor would be between the measuring coil and the detection coil are determined.

Zum Erreichen einer noch weiter verbesserten Ortsauflösung der Sensoranordnung könnte die Detektionsspule wiederum über eine weitere Spule verfügen, die um die Detektionsspule angeordnet ist. Dadurch würde das örtliche Auflösungsvermögen der Sensoranordnung weiter gesteigert.To the Achieving an even better spatial resolution the sensor arrangement could turn over the detection coil have another coil around the detection coil is arranged. This would make the local resolution the sensor arrangement further increased.

Beim Betreiben einer derartigen Sensoranordnung, beispielsweise der zuvor beschriebenen, wird die Abstrahlcharakteristik der Sensoranordnung durch Beaufschlagen einer um die Messspule angeordneten weiteren Spule mit einer von der Versorgungsspannung der Messspule abgeleiteten Spannung gesteuert. Hierzu kommen ein Verstärker und/oder ein Phasenschieber zum Einsatz. Dabei sollte gewährleistet sein, dass eine Beeinflussung der Charakteristika der weiteren Spule möglichst geringen oder gar keinen Einfluss auf die Versorgungsspannung der Messspule nimmt.At the Operating such a sensor arrangement, for example, the previously described, the radiation characteristic of the sensor array is through Applying a arranged around the measuring coil another coil with one derived from the supply voltage of the measuring coil Voltage controlled. For this purpose, an amplifier and / or a phase shifter is used. It should be ensured be that influencing the characteristics of the other coil minimal or no influence on the supply voltage the measuring coil takes.

Zur Steuerung der Abstrahlcharakteristik der Sensoranordnung wird vorzugsweise die Versorgungsspannung der weiteren Spule beeinflusst. Die Veränderung der Versorgungsspannung könnte darin bestehen, den Verstärkungsfaktor des Verstärkers zu beeinflussen. Zusätzlich oder alternativ könnte die durch den Phasenschieber hervorgerufene Phasenverschiebung beeinflusst werden. Dadurch kann die Abstrahlcharakteristik der Messspule in weiten Bereichen beeinflusst werden. Allerdings könnten der Verstärkungsfaktor und/oder die Phasenverschiebung auch fest eingestellt sein. Auf diese Weise kann die Abstrahlcharakteristik zwar nicht verändert werden, allerdings lässt sich diese beim Aufbau des Systems entsprechend den Vorgaben des Anwendungsfalls einstellen.to Control of the radiation characteristic of the sensor arrangement is preferably affects the supply voltage of the other coil. The change the supply voltage could be the gain of the amplifier. Additionally or alternatively, that caused by the phase shifter could Phase shift can be influenced. As a result, the radiation characteristic the measuring coil can be influenced in a wide range. Indeed the gain and / or phase shift could also be be fixed. In this way, the emission characteristics Although not changed, but leaves These are in the construction of the system according to the requirements of Use if necessary.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 bzw. 16 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.It Now there are different ways of teaching the present Invention in an advantageous manner and further develop. On the one hand on the claim 1 or 16 downstream Claims and on the other hand to the following explanation preferred embodiments of the invention with reference to the Drawing to refer. In conjunction with the explanation of the preferred embodiments of the invention The drawings are also generally preferred embodiments and further developments of the teaching explained.

In der Zeichnung zeigenIn show the drawing

1 einen Schnitt durch eine in der erfindungsgemäßen Sensoranordnung einsetzbaren Messspule mit einer weiteren Spule sowie eine Frontalansicht der Sensoranordnung, 1 a section through a usable in the sensor assembly according to the invention measuring coil with another coil and a front view of the sensor assembly,

2 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, bei der ein Abgriff der zu verstärkenden Spannung nach einer Kopplungsimpedanz erfolgt, 2 a sensor arrangement according to the invention, in which a tapping of the voltage to be amplified takes place after a coupling impedance,

3 ein Diagramm einer Messung des Abstands einer Messspule zu einem Messobjekt unter Verwendung einer aus der Praxis bekannten Sensoranordnung, 3 a diagram of a measurement of Ab stands a measuring coil to a measuring object using a sensor arrangement known from practice,

4 ein Diagramm einer Abstandsmessung entsprechend der 3 zugrunde liegenden Messung jedoch unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, 4 a diagram of a distance measurement according to the 3 underlying measurement, however, using a sensor arrangement according to the invention,

5 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, bei der ein Abgriff der zu verstärkenden Spannung vor einer Kopplungsimpedanz erfolgt, 5 a sensor arrangement according to the invention, in which a tap of the voltage to be amplified takes place before a coupling impedance,

6 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, bei der ein Abgriff der zu verstärkenden Spannung unmittelbar nach einem Oszillator erfolgt, 6 a sensor arrangement according to the invention, in which a tap of the voltage to be amplified takes place immediately after an oscillator,

7 eine aus dem Stand der Technik bekannte Sensoranordnung mit getrennter Erreger- und Detektionsspule, die ein massives Messobjekt detektiert, 7 a known from the prior art sensor arrangement with separate exciter and detection coil that detects a massive object to be measured,

8 die Sensoranordnung gemäß 7, mit der ein Drahtgitter als Messobjekt detektiert wird, 8th the sensor arrangement according to 7 , with which a wire mesh is detected as the object to be measured,

9 ein Abstandsdiagramm, das mit einer Sensoranordnung gemäß 7 oder 8 gewonnen wurde, 9 a distance diagram, which with a sensor arrangement according to 7 or 8th was won,

10 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, die eine getrennte Erreger- und Detektionsspule aufweist, 10 a sensor arrangement according to the invention, which has a separate excitation and detection coil,

11 ein Abstandsdiagramm, das mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung gemäß 10 gewonnen wurde, 11 a distance diagram, which with a sensor arrangement according to the invention according to 10 was won,

12 eine erfindungsgemäße Sensoranordnun, bei der sowohl die Erreger- als auch die Detektionsspule über eine weitere Spule verfügen. 12 a Sensoranordnun invention, in which both the excitation and the detection coil have a further coil.

1 zeigt eine Sensoranordnung 1, die aus einer Messspule 2 und einer koaxial zu dieser angeordneten weiteren Spule 3 besteht. Die Messspule 2 und die weitere Spule 3 sind derart ausgebildet, dass die Messspule 2 im Inneren der weiteren Spule 3 untergebracht sein kann. Dabei sind die Messspule 2 und die weitere Spule 3 derart angeordnet, dass die beiden Spulen in Messrichtung (in 1 nach rechts gerichtet) bündig abschließen. Die beiden Spulen 2, 3 sind als Luftspulen ausgestaltet, wobei die weitere Spule 3 mehr Wicklungen aufweist als die Messspule 3. Eine derartige Sensoranordnung 1 wird in den im Zusammenhang mit den weiteren Fig. beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung eingesetzt. 1 shows a sensor arrangement 1 coming from a measuring coil 2 and a coaxially arranged to this another coil 3 consists. The measuring coil 2 and the other coil 3 are formed such that the measuring coil 2 inside the other coil 3 can be accommodated. Here are the measuring coil 2 and the other coil 3 arranged such that the two coils in the measuring direction (in 1 to the right) flush. The two coils 2 . 3 are designed as air coils, with the other coil 3 has more windings than the measuring coil 3 , Such a sensor arrangement 1 is used in the described in connection with the further figures embodiments of the invention.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Messspule 2 sowohl zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds als auch zur Detektion leitfähiger Materialien im Messbereich der Messspule 2 genutzt wird. Die Messspule 2 wird durch einen Oszillator 4 über eine Kopplungsimpedanz 5 mit einer Wechselspannung U1 gespeist. Der Oszillator 4 gibt dazu eine Wechselspannung U1 mit fester Frequenz und Amplitude ab. Infolgedessen erzeugt die Messspule 2 ein elektromagnetische Feld F1. 2 shows a first embodiment of the invention, in which the measuring coil 2 both for generating an electromagnetic field and for detecting conductive materials in the measuring range of the measuring coil 2 is being used. The measuring coil 2 is through an oscillator 4 via a coupling impedance 5 fed with an AC voltage U 1 . The oscillator 4 For this purpose, an AC voltage U 1 with fixed frequency and amplitude. As a result, the measuring coil generates 2 an electromagnetic field F 1 .

Zur Speisung der weiteren Spule 3 mit einer von der Versorgungsspannung U1 der Messspule 2 abgeleiteten Spannung U2 wird die Spannung U1 nach der Kopplungsimpedanz 5 abgegriffen und einem Verstärker 6 mit einstellbarer Verstärkung zugeführt. Ein dem Verstärker 6 nachgeordneter Phasenschieber 7 kann die Phasenlage beeinflussen. Dieser kann eine einstellbare Phasenverschiebung (unter Umständen auch gleich Null) bewirken. Die derart erzeugte Spannung U2 wird niederohmig (Speiseimpedanz möglichst nahe 0 Ω) in die weitere Spule 3 eingespeist. Dadurch erzeugt diese ein elektromagnetisches Feld F2, das sich dem Feld F1 der Messspule 2 überlagert. Je nach Amplitude und Phasenlage ergeben sich im Feldbereich Verstärkungen oder Verringerungen der Feldstärke. Dabei weisen die Felder F1 und F2 automatisch die gleiche Frequenz auf.To feed the other coil 3 with one of the supply voltage U 1 of the measuring coil 2 derived voltage U 2 , the voltage U 1 after the coupling impedance 5 tapped and an amplifier 6 supplied with adjustable gain. An amplifier 6 downstream phase shifter 7 can influence the phase position. This can cause an adjustable phase shift (under certain circumstances also equal to zero). The voltage U 2 thus generated becomes low impedance (feed impedance as close as possible to 0 Ω) into the further coil 3 fed. As a result, this generates an electromagnetic field F 2 , which is the field F 1 of the measuring coil 2 superimposed. Depending on the amplitude and phase position, gains or reductions in the field strength result in the field area. The fields F 1 and F 2 automatically have the same frequency.

Das Amplituden- und Phasenverhältnis der Spannungen U1 und U2 an den beiden Spulen 2, 3 bleibt bei Annäherung eines Messobjekts konstant, da sich die Spannung U2 an der weiteren Spule 3 direkt von der Spannung U1 an der Messspule 2 ableitet. Sobald das Feld F1 durch ein leitfähiges Objekt in seinem Messbereich verändert wird, ändert sich entsprechend auch das Feld F2. Ein leitfähiges Objekt, das sich weitgehend nur im Feldbereich F2 befindet, hat jedoch keinen bzw. lediglich einen geringen Einfluss auf die Impedanz – und damit auf das Messsignal – der Messspule 2. Das Feld der weiteren Spule 3 schirmt die Messspule 2 somit durch Überlagerung gegen seitliche Einflüsse ab. Die Schirmwirkung und die Feldbündelung des Feldes F1 kann durch Einstellung der Amplitude und der Phasenlage der Spannung U2 für die weitere Spule 3 beeinflusst werden. Die Güte der Messspule 2 wird dabei nicht, wie beispielsweise bei einem metallisch geschirmten Sensor, reduziert und somit ergibt sich bei gleichem Spulendurchmesser der Messspule 2 der gleiche Detektionsabstand wie bei einer ungeschirmten Standard-Messspule. Bei geeigneten Werten der Spulen und geeigneten Einstellungen der Amplituden- und Phasenverhältnisse lässt sich eine wesentlich bessere Ortsauflösung der Messung erreichen.The amplitude and phase relationship of the voltages U 1 and U 2 at the two coils 2 . 3 remains constant when approaching a DUT, since the voltage U 2 at the other coil 3 directly from the voltage U 1 at the measuring coil 2 derives. As soon as the field F 1 is changed by a conductive object in its measuring range, the field F 2 changes accordingly. A conductive object, which is largely only in the field region F 2 , but has no or only a small effect on the impedance - and thus on the measurement signal - the measuring coil 2 , The field of the other coil 3 shields the measuring coil 2 thus by overlay against lateral influences. The shielding effect and the field concentration of the field F 1 can be adjusted by adjusting the amplitude and the phase position of the voltage U 2 for the further coil 3 to be influenced. The quality of the measuring coil 2 is not reduced, as for example with a metal-shielded sensor, and thus results in the same coil diameter of the measuring coil 2 the same detection distance as an unshielded standard measuring coil. With suitable values of the coils and suitable settings of the amplitude and phase relationships, a significantly better spatial resolution of the measurement can be achieved.

Als Beispiel für die Wirksamkeit der durch die erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 erreichbaren Feldfokussierung seien die 3 und 4 betrachtet. Beide Fig. zeigen jeweils Diagramme von Abstandsmessungen, bei denen ein induktiver Sensor an einem auf einem Behältnis befindlichen metallischen Deckel vorbeibewegt wurde. Der Deckel weist infolge eines Unterdrucks in dem Behältnis eine Durchbiegung auf. Die 3 und 4 zeigen jeweils eine Reihe von Messungen, die mit verschiedenen Grundabständen durchgeführt wurde. Die Ordinate der Diagramme zeigt den Abstand der Messspule zu dem Deckel, während die Abszisse die Verschiebung des Sensors wiedergibt.As an example of the effectiveness of the sensor arrangement according to the invention 1 achievable field focusing are the 3 and 4 considered. Both figures each show diagrams of distance measurements in which an inductive sensor has been moved past a metal lid located on a container. The lid points due to a negative pressure in the container a deflection. The 3 and 4 each show a series of measurements carried out with different basic distances. The ordinate of the diagrams shows the distance of the measuring coil to the cover, while the abscissa represents the displacement of the sensor.

3 zeigt ein Abstandsdiagramm einer Messung, die mit einer aus der Praxis bekannten Sensoranordnung mit lediglich einer einfachen Messspule aufgenommen wurde. Die Durchbiegung des Deckels ist selbst bei nahem Grundabstand nicht zu erkennen. Das Signal ist wegen des breiten Messfeldes wesentlich breiter, als der Deckeldurchmesser tatsächlich ist. 3 shows a distance diagram of a measurement that was taken with a known from practice sensor array with only a simple measuring coil. The deflection of the lid is not visible even at a close basic distance. The signal is much wider than the cover diameter due to the wide field of view.

Die Abstandsdiagramme in 4 sind hingegen mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 gewonnen. Es ist deutlich zu erkennen, dass eine erhebliche Verbesserung der Ortsauflösung auch bei relativ großem Messabstand erreichbar ist. Zudem entspricht die Breite in dem Diagramm wesentlich besser dem tatsächlichen Durchmesser des Deckels.The distance diagrams in 4 on the other hand are with a sensor arrangement according to the invention 1 won. It can be clearly seen that a considerable improvement of the spatial resolution can be achieved even with a relatively large measuring distance. In addition, the width in the diagram corresponds much better to the actual diameter of the lid.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. Die Schaltung entspricht dabei im Wesentlichen der aus 2, allerdings liegt der Abgriff der für die Ableitung der Versorgungsspannung U2 für die weitere Spule 3 unmittelbar nach dem Oszillator 4 noch vor der Kopplungsimpedanz 5.Another embodiment is in 5 shown. The circuit essentially corresponds to that 2 , However, the tap is for the derivation of the supply voltage U 2 for the other coil 3 immediately after the oscillator 4 even before the coupling impedance 5 ,

Die Messspule 2 wird wiederum von einem Oszillator 4 über eine Kopplungsimpedanz 5 mit einer festen Frequenz und Amplitude gespeist. Die durch den Oszillator 4 abgegebene Wechselspannung wird über einen Verstärker 6 mit einstellbarer Verstärkung abgegriffen und mit (oder ohne) Phasenverschiebung über einen Phasenschieber 7 niederohmig (Speiseimpedanz möglichst nahe 0 Ω) in die weitere Spule 3 eingespeist. Dadurch wird ein zweites elektromagnetisches Feld F2 erzeugt, das dem Feld F1 automatisch mit der gleichen Frequenz überlagert ist. Das Amplituden- und Phasenverhältnis der Spannungen an den beiden Spulen bleibt bei Annäherung eines Messobjekts an die Messspule 2 – im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel – jedoch nicht konstant. Die Spannung U2 an der weiteren Spule 3 ist durch den Abgriff direkt nach dem Oszillator 4 konstant und ändert sich bei Veränderung der Impedanz der Messspule nicht mit.The measuring coil 2 is in turn by an oscillator 4 via a coupling impedance 5 fed with a fixed frequency and amplitude. The through the oscillator 4 discharged AC voltage is via an amplifier 6 tapped with adjustable gain and with (or without) phase shift via a phase shifter 7 low impedance (feed impedance as close as possible to 0 Ω) into the further coil 3 fed. As a result, a second electromagnetic field F 2 is generated, which is superimposed on the field F 1 automatically with the same frequency. The amplitude and phase relationship of the voltages at the two coils remains when approaching a measuring object to the measuring coil 2 - In contrast to the first embodiment - but not constant. The voltage U 2 at the other coil 3 is by tapping directly after the oscillator 4 constant and does not change when the impedance of the measuring coil changes.

Ein leitfähiges Objekt, das sich weitgehend nur im Feldbereich F2 befindet, hat keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Impedanz der Spule und damit auf das Messsignal. Das Feld der weiteren Spule 3 schirmt die Messspule 2 durch Überlagerung der Felder gegen seitliche Einflüsse weitgehend ab. Die Schirmwirkung kann durch die Einstellung der Amplitude und der Phasenlage und damit der Stärke des Feldes F2 beeinflusst werden. Somit ergibt sich eine Bündelung des Feldes F1 wie im ersten Ausführungsbeispiel jedoch mit anderen Auswirkungen auf die Phase und die Amplitude an der Messspule 2.A conductive object, which is largely only in the field region F 2 , has no or only a small influence on the impedance of the coil and thus on the measurement signal. The field of the other coil 3 shields the measuring coil 2 By overlaying the fields against lateral influences largely from. The shielding effect can be influenced by the adjustment of the amplitude and the phase position and thus the strength of the field F 2 . Thus, a bundling of the field F 1 results as in the first embodiment, however, with different effects on the phase and the amplitude at the measuring coil 2 ,

6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wiederum entspricht das Schaltbild in weiten Teilen dem Schaltbild gemäß 2. Der Oszillator ist in diesem Ausführungsbeispiel jedoch als freischwingender Oszillator 8 ausgebildet. Dieser kann beispielsweise durch einen Resonanzkreis gebildet sein, der aus der Messspule 2 und einem nicht dargestellten parallel geschalteten Kondensator besteht. Dadurch verändert sich bei Annäherung eines leitfähigen Objekts nicht nur die Impedanz der Messspule 2, sondern auch die Frequenz der erregenden Wechselspannung. 6 shows a third embodiment of the invention. Again, the circuit diagram largely corresponds to the circuit diagram according to 2 , The oscillator is in this embodiment, however, as a free-running oscillator 8th educated. This can be formed for example by a resonant circuit, which is out of the measuring coil 2 and a non-illustrated parallel-connected capacitor. As a result, not only the impedance of the measuring coil changes as a conductive object approaches 2 , but also the frequency of the exciting alternating voltage.

Die Wechselspannung an der Messspule 2, die das elektromagnetische Feld F1 erzeugt, wird über ein Verstärker 6 mit einstellbarer Verstärkung abgegriffen, und mit (oder auch ohne) Phasenverschiebung über einen Phasenschieber 7 in die weitere Spule 3 niederohmig (Speiseimpedanz möglichst nahe 0 Ω) eingespeist. Somit wird ein zweites elektromagnetisches Feld F2 erzeugt, das dem Feld F1 automatisch mit der gleichen Frequenz überlagert ist. Das Amplituden- und Phasenverhältnis der Spannungen an den beiden Spulen 2, 3 bleibt konstant, da sich die Spannung U2 an der weiteren Spule 3 direkt von der Spannung U1 an der Messspule 2 ableitet. Sobald das Feld F1 durch ein leitfähiges Objekt in seinem Messbereich verändert wird, ändert sich entsprechend auch das Feld F2. Ein leitfähiges Objekt, das sich weitgehend nur im Feldbereich F2 befindet, hat jedoch keinen bzw. lediglich einen geringen Einfluss auf die Impedanz der Messspule 2 und damit auf das Messsignal. Das Feld der weiteren Spule 3 schirmt die Messspule 2 durch Überlagerung gegen seitliche Einflüsse ab. Die Schirmwirkung und die Feldbündelung des Feldes F1 kann durch die Einstellung der Amplitude und der Phasenlage an der weiteren Spule 3 und damit des Felds F2 beeinflusst werden.The AC voltage at the measuring coil 2 , which generates the electromagnetic field F 1 , is via an amplifier 6 tapped with adjustable gain, and with (or without) phase shift via a phase shifter 7 in the other coil 3 Low impedance fed (feed impedance as close as possible 0 Ω). Thus, a second electromagnetic field F 2 is generated, which is superimposed on the field F 1 automatically with the same frequency. The amplitude and phase relationship of the voltages across the two coils 2 . 3 remains constant, since the voltage U 2 at the other coil 3 directly from the voltage U 1 at the measuring coil 2 derives. As soon as the field F 1 is changed by a conductive object in its measuring range, the field F 2 changes accordingly. However, a conductive object, which is largely only in the field region F 2 , has no or only a small influence on the impedance of the measuring coil 2 and thus to the measurement signal. The field of the other coil 3 shields the measuring coil 2 by overlay against lateral influences. The shielding effect and the field concentration of the field F 1 can be achieved by adjusting the amplitude and the phase position at the other coil 3 and thus the field F 2 are affected.

Die 7 bis 12 beziehen sich auf ein System mit getrennter Erreger- und Detektionsspule. Dabei zeigen die 7 bis 9 die Verhältnisse, die sich bei einem aus der Praxis bekannten System zeigen. Ein freischwingender Oszillator 8, der unter anderem eine Messspule 9 enthält, speist die Messspule 9 mit einer Wechselspannung U1. Dadurch erzeugt die Messspule 9 ein elektromagnetisches Feld F3, das in Richtung einer Detektionsspule 10 abgestrahlt wird. Der Abstand zwischen der Erreger- und der Detektionsspule kann dabei ein Vielfaches der Spulendurchmesser betragen, wobei die Durchmesser der beiden Spulen 9, 10 gleich groß sind. Allerdings können die Spulen auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen.The 7 to 12 refer to a system with separate excitation and detection coil. The show 7 to 9 the conditions that show up in a system known from practice. A free-running oscillator 8th Among other things, a measuring coil 9 contains, feeds the measuring coil 9 with an alternating voltage U 1 . This generates the measuring coil 9 an electromagnetic field F 3 , which is in the direction of a detection coil 10 is emitted. The distance between the excitation and the detection coil can be a multiple of the coil diameter, wherein the diameter of the two coils 9 . 10 are the same size. However, the coils can also be different Have diameter.

Ein Messobjekt 11 wird zwischen den beiden Spulen 9, 10 bewegt. In Abhängigkeit der Position x des Messobjekts 11 wird die Kopplung zwischen der Erreger- und der Detektionsspule verändert. Daher ist die durch die Detektionsspule 10 erzeugte Spannung Ue von der Position x abhängig. In einer anderen Anwendung kann dieser Effekt beispielsweise dazu genutzt werden, eine Aussage über die Abmessungen eines kleinen oder eines schmalen Objekts (beispielsweise eines Drahtes) zu treffen.A measurement object 11 will be between the two coils 9 . 10 emotional. Depending on the position x of the DUT 11 the coupling between the exciter and the detection coil is changed. Therefore, that is through the detection coil 10 generated voltage U e of the position x dependent. In another application, this effect can be used, for example, to make a statement about the dimensions of a small or a narrow object (for example, a wire).

8 entspricht im Wesentlichen der 7. Allerdings zeigt 8 kein massives Messobjekt, sondern ein aus einzelnen nahe beieinander liegenden Drähten bestehendes Messobjekt 12. 8th essentially corresponds to the 7 , However, shows 8th not a massive measuring object, but a measuring object consisting of individual wires lying close to each other 12 ,

9 zeigt ein Diagramm, das die Spannung Ue in der Detektionsspule 10 in Abhängigkeit der Position x des Messobjekts 11, 12 wiedergibt. Dabei ergeben sich sowohl bei dem massiven Messobjekt 11 als auch bei dem aus Drähten bestehenden Messobjekt 12 die gleichen Diagramme. Die einzelnen Drähte können wegen des sehr breiten Messfeldes bei der aus der Praxis bekannten Anordnung nicht getrennt erkannt werden. Hierzu ist die Ortsauflösung des Systems zu gering. 9 shows a diagram showing the voltage U e in the detection coil 10 depending on the position x of the DUT 11 . 12 reproduces. This results in both the massive measurement object 11 as well as the made of wires measuring object 12 the same diagrams. The individual wires can not be detected separately because of the very wide measuring field in the arrangement known from practice. For this purpose, the spatial resolution of the system is too low.

Die 10 bis 12 beziehen sich auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung. In 10 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Erregerspule neben einer Messspule 2 eine weitere Spule 3 aufweist. Die Messspule 2 wird von einem Oszillator 4 mit einer Wechselspannung mit fester Frequenz und Amplitude gespeist. Die Messspule 2 gibt dadurch ein elektromagnetisches Feld F3 ab. Die weitere Spule wird mit einer Spannung gespeist, die mittels eines Verstärkers 6 mit einstellbarer Verstärkung und einem Phasenschieber 7 mit einstellbarer Phaseverschiebung aus der Versorgungsspannung der Messspule 2 abgeleitet wird. Die weitere Spule 3 erzeugt dadurch ein elektromagnetisches Feld F4, das sich dem Feld F3 überlagert. Diese überlagerten Felder werden in Richtung einer gegenüber liegenden einfachen Detektionsspule 10 abgestrahlt, die infolge des wechselnden Felds eine Spannung Ue erzeugt. Der Abstand zwischen der Erregerspulenanordnung (gebildet durch die Messspule 2 und die weitere Spule 3) und der Detektionsspule 10 kann dabei ein Vielfaches der Spulendurchmesser der Messspule 2 bzw. der Detektionsspule 10 betragen.The 10 to 12 refer to a sensor arrangement according to the invention. In 10 a fourth embodiment of the invention is shown in which the exciter coil next to a measuring coil 2 another coil 3 having. The measuring coil 2 is from an oscillator 4 supplied with an AC voltage with fixed frequency and amplitude. The measuring coil 2 thereby emits an electromagnetic field F 3 . The further coil is fed with a voltage, which is amplified by means of an amplifier 6 with adjustable gain and a phase shifter 7 with adjustable phase shift from the supply voltage of the measuring coil 2 is derived. The further coil 3 thereby generates an electromagnetic field F 4 , which is superimposed on the field F 3 . These superimposed fields become an opposite simple detection coil 10 radiated, which generates a voltage U e as a result of the alternating field. The distance between the field coil arrangement (formed by the measuring coil 2 and the other coil 3 ) and the detection coil 10 can be a multiple of the coil diameter of the measuring coil 2 or the detection coil 10 be.

Zwischen der Erregerspulenanordnung und der Detektionsspule 10 wird wiederum ein aus einzelnen nahe beieinander liegenden Drähten bestehendes Messobjekt 12 vorbeibewegt. Das Messobjekt 12 beeinflusst die Kopplung zwischen der Erregerspulenanordnung und der Detektionsspule 10. Durch geeignete Wahl der Spulenabmessungen und der Amplituden- und Phasenverhältnisse der Spannungen an der Erregerspulenanordnung kann die Spannung Ue so eingestellt werden, dass die Ortsauflösung der Anordnung wesentlich besser ist als nur mit einer Erregerspule.Between the exciting coil assembly and the detection coil 10 in turn becomes a measuring object consisting of individual wires lying close to each other 12 moved past. The measurement object 12 affects the coupling between the exciting coil assembly and the detection coil 10 , By suitable choice of the coil dimensions and the amplitude and phase relationships of the voltages on the excitation coil arrangement, the voltage U e can be adjusted so that the spatial resolution of the arrangement is substantially better than with an exciter coil.

11 zeigt den Verlauf der Spannung Ue, die sich einstellt, wenn das Messobjekt 12 in x-Richtung, d. h. im Wesentlichen senkrecht zu den Spulenachsen, bewegt wird. Dabei wird deutlich, dass die einzelnen Drähte des Messobjekts 12 gut voneinander zu unterscheiden sind und damit sogar deren Abstand zueinander bestimmt werden kann. Die Ortsauflösung ist also im Vergleich zu der aus der Praxis bekannten Anordnung erheblich verbessert. 11 shows the course of the voltage U e , which occurs when the measurement object 12 in the x-direction, that is, substantially perpendicular to the coil axes, is moved. It becomes clear that the individual wires of the test object 12 are well differentiated from each other and thus even their distance to each other can be determined. The spatial resolution is thus significantly improved in comparison to the arrangement known from practice.

Eine noch weitere Verbesserung liefert eine Anordnung, bei der auch einer Detektionsspule 13 eine weitere Spule 14 zugeordnet ist. Eine derartige Schaltung ist in 12 dargestellt. Die Schaltung entspricht (abgesehen von der weiteren Spule 14 um die Detektionsspule 13) der in 10 dargestellten Schaltung. Dabei ergeben sich bei der Detektionsspule 13 und der weiteren Spule 14 unterschiedliche Empfangsspannungen, die durch geeignete Kombination der Summierung mit Hilfe eines einstellbaren Verstärkers und eines Phasenschiebers eine noch bessere Ortsauflösung als die Schaltung gemäß 10 ermöglichen.A still further improvement is provided by an arrangement which also includes a detection coil 13 another coil 14 assigned. Such a circuit is in 12 shown. The circuit corresponds (apart from the other coil 14 around the detection coil 13 ) the in 10 illustrated circuit. This results in the detection coil 13 and the other coil 14 different reception voltages, which by suitable combination of the summation by means of an adjustable amplifier and a phase shifter an even better spatial resolution than the circuit according to 10 enable.

Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränkt.Finally be particularly emphasized that previously purely arbitrary selected embodiments for discussion only serve the teaching of the invention, but these not limited to the embodiments.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - JP 57200803 A [0004] - JP 57200803 A [0004]
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Claims (18)

Induktiv arbeitende Sensoranordnung mit einer Messspule (2), wobei ein Oszillator (4, 8) die Messspule (2) mit einer Wechselspannung versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass um die Messspule (2) eine weitere Spule (3) angeordnet ist und dass die weitere Spule (3) mit einem Verstärker (6) verbunden ist, über den die weitere Spule (3) mit einer von der Wechselspannung des Oszillators (4, 8) abgeleiteten Spannung (U2) speisbar ist.Inductive sensor arrangement with a measuring coil ( 2 ), where an oscillator ( 4 . 8th ) the measuring coil ( 2 ) supplied with an alternating voltage, characterized in that around the measuring coil ( 2 ) another coil ( 3 ) and that the further coil ( 3 ) with an amplifier ( 6 ), over which the further coil ( 3 ) with one of the AC voltage of the oscillator ( 4 . 8th ) derived voltage (U 2 ) can be fed. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Verstärker (6) ein Phasenschieber (7) vorgesehen ist.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that before or after the amplifier ( 6 ) a phase shifter ( 7 ) is provided. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (2) und die weitere Spule (3) im Wesentlichen koaxial ausgebildet sind.Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring coil ( 2 ) and the other coil ( 3 ) are formed substantially coaxially. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2, 3) als Luftspulen ausgestaltet sind.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coils ( 2 . 3 ) are designed as air coils. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (2) und die weitere Spule (3) in Messrichtung im Wesentlichen bündig abschließen.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring coil ( 2 ) and the other coil ( 3 ) terminate substantially flush in the direction of measurement. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (6) und/oder der Phasenschieber (7) steuerbar sind.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the amplifier ( 6 ) and / or the phase shifter ( 7 ) are controllable. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld (F2, F4) der weiteren Spule (3) das Feld (F1, F3) der Messspule (2) verstärkt oder verringert.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the field (F 2 , F 4 ) of the further coil ( 3 ) the field (F 1 , F 3 ) of the measuring coil ( 2 ) increases or decreases. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (4) eine Spannung mit fester Frequenz abgibt.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the oscillator ( 4 ) outputs a voltage with a fixed frequency. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (2) Bestandteil eines frei schwingenden Oszillators (8) ist, dessen Frequenz sich in Abhängigkeit der Impedanz der Messspule (2) ändert.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measuring coil ( 2 ) Part of a freely oscillating oscillator ( 8th ) whose frequency depends on the impedance of the measuring coil ( 2 ) changes. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgriff der zur Ableitung der Versorgungsspannung (U2) für die weitere Spule (3) genutzten Spannung nach einer Kopplungsimpedanz (5) erfolgt, über die die Messspule (2) mit dem Oszillator (4) verbunden ist.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the tap for deriving the supply voltage (U 2 ) for the further coil ( 3 ) used voltage after a coupling impedance ( 5 ), via which the measuring coil ( 2 ) with the oscillator ( 4 ) connected is. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgriff der zur Ableitung der Versorgungsspannung (U2) für die weitere Spule (3) genutzten Spannung unmittelbar nach dem Oszillator (4, 8) erfolgt.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the tap for deriving the supply voltage (U 2 ) for the further coil ( 3 ) used voltage immediately after the oscillator ( 4 . 8th ) he follows. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung der verstärkten und/oder phasenverschobenen Spannung (U2) in die weitere Spule (3) niederohmig erfolgt.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the supply of the amplified and / or phase-shifted voltage (U 2 ) in the further coil ( 3 ) takes place with low impedance. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (2) sowohl zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes (F2) als auch zur Detektion von leitfähigen Materialien dient.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the measuring coil ( 2 ) serves both to generate an electromagnetic field (F 2 ) and to detect conductive materials. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (2) ein elektromagnetisches Feld (F3) erzeugt und eine Detektionsspule (10, 13) zur Detektion von leitfähigen Materialien (11, 12) dient.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the measuring coil ( 2 ) generates an electromagnetic field (F 3 ) and a detection coil ( 10 . 13 ) for the detection of conductive materials ( 11 . 12 ) serves. Sensoranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass um die Detektionsspule (13) ebenso eine weitere Spule (14) angeordnet ist.Sensor arrangement according to claim 14, characterized in that around the detection coil ( 13 ) as well as another coil ( 14 ) is arranged. Verfahren zum Beeinflussen des Messverhaltens einer Messspule (2), insbesondere unter Verwendung einer Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Messspule (2) durch einen Oszillator (4, 8) mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine um die Messspule (2) angeordnete weitere Spule (3) mittels eines Verstärkers (6) und/oder Phasenschiebers (7) mit einer Spannung beaufschlagt wird, die von der durch den Oszillator (4, 8) abgegebenen Wechselspannung abgeleitet ist, und dass durch die weitere Spule (3) die Abstrahlcharakteristik der Sensoranordnung (1) beeinflusst wird.Method for influencing the measuring behavior of a measuring coil ( 2 ), in particular using a sensor arrangement according to one of claims 1 to 15, wherein the measuring coil ( 2 ) by an oscillator ( 4 . 8th ) is acted upon by an alternating voltage, characterized in that one around the measuring coil ( 2 ) arranged further coil ( 3 ) by means of an amplifier ( 6 ) and / or phase shifter ( 7 ) is subjected to a voltage that is different from that provided by the oscillator ( 4 . 8th ) is discharged, and that by the further coil ( 3 ) the radiation characteristic of the sensor arrangement ( 1 ) being affected. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Abstrahlcharakteristik der Sensoranordnung (1) die Versorgungsspannung der weiteren Spule (3) verändert wird.A method according to claim 16, characterized in that for controlling the emission characteristic of the sensor arrangement ( 1 ) the supply voltage of the other coil ( 3 ) is changed. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Versorgungsspannung durch Verändern des Verstärkungsfaktors des Verstärkers (6) und/oder der Phasendifferenz des Phasenschiebers (7) durchgeführt wird.Method according to Claim 16 or 17, characterized in that the change in the supply voltage is achieved by changing the amplification factor of the amplifier ( 6 ) and / or the phase difference of the phase shifter ( 7 ) is carried out.
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