DE102009028619B4 - Inductive proximity switch with self-oscillating push-pull mixer - Google Patents
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Abstract
Induktiver Näherungsschalter mit einem aus einer Differenzschaltung (1) und einem Gegentaktoszillator (2) bestehenden selbstschwingenden Doppelgegentaktmischer (3) und einer nachgeschalteten Steuer- und Auswerteeinheit (4), sowie mindestens zwei mit den Eingängen der Differenzschaltung (1) verbundenen Empfangsspulen (5), wobei die Empfangsspulen (5) so angeordnet und angeschlossen sind, dass sich die vom Erregerfeld der Sendespule (6) des Gegentaktoszillators (2) induzierten Signalspannungen am Ausgang des Doppelgegentaktmischers (3) im unbedämpften Zustand im Wesentlichen kompensieren.Inductive proximity switch with a self-oscillating double-balanced mixer (3) consisting of a differential circuit (1) and a push-pull oscillator (2) and a downstream control and evaluation unit (4), as well as at least two receiving coils (5) connected to the inputs of the differential circuit (1), The receiving coils (5) are arranged and connected in such a way that the signal voltages induced by the excitation field of the transmitting coil (6) of the push-pull oscillator (2) essentially compensate for one another in the undamped state at the output of the double-balanced mixer (3).
Description
Die Erfindung betrifft einen berührungslos arbeitenden induktiven Näherungsschalter nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a non-contact inductive proximity switch according to the preamble of
Nach dem transformatorischen Prinzip arbeitende induktive Näherungsschalter sind seit langem bekannt, und werden inzwischen in großen Stückzahlen hergestellt. Sie werden sowohl mit festem als auch mit einstellbarem Schaltabstand angeboten.According to the transformer principle working inductive proximity switches have long been known, and are now produced in large quantities. They are offered both with fixed and with adjustable switching distance.
Das Funktionsprinzip besteht darin, dass mindestens eine Sende- und eine Empfangsspule vorhanden ist. Die beiden Spulen sind induktiv gekoppelt. Als Messgröße dient der transformatorische Koppelfaktor zwischen diesen beiden Spulen. Gelangen leitfähige Objekte, die auch als Auslöser oder Steuerfahnen bezeichnet werden, in die Nähe der Sendespule, so werden Wirbelströme induziert, die dem System Energie entziehen. Abhängig von der konkreten Ausführungsform wird das Schaltsignal ausgelöst, wenn die Amplitude über der Oszillatorspule oder der Empfangsspule einen bestimmten Wert erreicht bzw. unterschreitet. Zur Bewertung der Amplitude wird das Hochfrequenzsignal gleichgerichtet, geglättet und anschließend einem Komparator zugeführt.The operating principle is that at least one transmitting and one receiving coil is present. The two coils are inductively coupled. The transformer used is the transformer coupling factor between these two coils. When conductive objects, also referred to as triggers or control vanes, approach the transmitter coil, eddy currents are induced to deprive the system of energy. Depending on the specific embodiment, the switching signal is triggered when the amplitude above the oscillator coil or the receiving coil reaches or falls below a certain value. To assess the amplitude, the high-frequency signal is rectified, smoothed and then fed to a comparator.
In der Vergangenheit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den gewünschten Schaltabstand im Fertigungsprozess mit einem Abgleichwiderstand Ra einzustellen. Um ein teures Potentiometer einzusparen, wurde der benötigte Widerstandswert des Abgleichwiderstandes durch Materialabtrag durch Sandstrahlen oder mit Hilfe von Lasern eingestellt. Nachteilig war, dass Sand oder Abbrand in das Gerät gelangen konnten. Außerdem musste der Abgleichvorgang vor dem endgültigen Verschluss des Gerätes erfolgen.In the past, it has proved to be advantageous to set the desired switching distance in the production process with a balancing resistor Ra. In order to save an expensive potentiometer, the required resistance value of the balancing resistor was adjusted by removal of material by sand blasting or by means of lasers. The disadvantage was that sand or burned could get into the device. In addition, the adjustment process had to be done before the final closure of the device.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden auch im fertig montierten Zustand von außen beeinflussbare Widerstandsnetzwerke eingesetzt. Neben dem irreversiblen ”Durchbrennen” von Schmelzsicherungen wurden in einen Datenspeicher, vorzugsweise in einem EEPROM, Bitmuster abgelegt, und über Schaltelemente auf die Widerstandsmatrix übertragen. Der Abgleich im fertig montierten und vergossenen Zustand ist nicht nur sauberer, sondern berücksichtigt auch noch die bei der Montage und dem Verguss auftretenden Einflüsse. Eine Zusammenfassung gängiger Methoden findet man in
Das erfordert allerdings einen ganze Reihe von zusätzlichen Bauelementen, die nicht nur Platz im Gerät benötigen, sondern auch Materialkosten verursachen. Das ist besonders unbefriedigend, weil es um die Grundeinstellung des Schaltabstands am Ende des Fertigungsprozesses geht. Bei Geräten mit fest eingestelltem Schaltabstand wird die o. g. Widerstandsmatrix während der gesamten Betriebszeit des Gerätes nicht mehr verändert. Aber auch bei Geräten mit einstellbarem Schaltabstand besteht der Wunsch nach Reduzierung des Materialeinsatzes, zumal jedes Bauelement auch eine potentielle Fehlerquelle darstellt. Materialkosten lassen sich sowohl durch die Reduzierung der Anzahl der benötigten Bauelemente als auch durch den Einsatz von gröber tolerierten Bauelementen senken. Um diesen Kostenvorteil zu bewahren, müssen die gröber tolerierten Bauelement reibungslos verarbeitet werden. Ein wichtiger Aspekt ist der effektive; d. h. schnelle Abgleich des Schaltabstandes am Ende des Fertigungsprozesses. Daraus resultiert die Forderung nach effektiven Abgleichmethoden, aber auch nach weniger toleranzempfindlichen Schaltungen.However, this requires a whole range of additional components that not only require space in the device, but also cause material costs. This is particularly unsatisfactory because it is about the basic setting of the switching distance at the end of the manufacturing process. For devices with fixed switching distance, the o. G. Resistance matrix not changed during the entire operating time of the device. But even with devices with adjustable switching distance there is a desire to reduce the use of materials, especially since each component is also a potential source of error. Material costs can be reduced both by reducing the number of required components and by using coarser tolerated components. To preserve this cost advantage, the coarser tolerated component must be processed smoothly. An important aspect is the effective one; d. H. fast adjustment of the switching distance at the end of the manufacturing process. This results in the demand for effective balancing methods, but also for less sensitive circuits.
Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, und gleichzeitig unerwünschte Einflüsse zu unterdrücken, wird in
Um diesen Nachteil zu vermeiden, mischt man besser das Empfangssignal mit dem Oszillatorsignal. Da die beiden Signale notwendigerweise dieselbe Frequenz haben, entsteht am Mischerausgang eine Gleichspannung, so dass man auf die Gleichrichtung verzichten kann. Nicht mit der Frequenz und schon gar nicht mit der Phase des Oszillatorsignals übereinstimmende Störquellen können keinen dauerhaften Beitrag zum Sensorsignal leisten. Solche Näherungsschalter werden in
In
In
In
Um das zu vermeiden, wird die Oszillatorfrequenz über eine Phasenregelschleife (PLL) nachgeführt. So wird zwar sichergestellt, dass der Empfängerschwingkreis immer auf seiner Resonanzfrequenz und damit das Gerät mit maximaler Empfindlichkeit arbeitet. Allerdings werden die bei in Differenzschaltung betriebenen Empfangsspulen auftretenden Probleme dadurch nicht gelöst, weil die durch unzureichenden Abgleich bzw. (Temperatur-)Drift entstehenden Unsymmetrien nicht frequenzabhängig und durch eine Frequenzänderung nicht zu beheben sind.To avoid this, the oscillator frequency is tracked via a phase locked loop (PLL). This ensures that the receiver resonant circuit always works at its resonant frequency and thus the device with maximum sensitivity. However, the problems occurring in differential circuit-operated receiver coils problems are not solved because the resulting by inadequate balance or (temperature) drift imbalances are not frequency dependent and can not be resolved by a change in frequency.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile zu vermeiden, und eine materialsparende insbesondere für Spulentoleranzen unempfindliche Lösung mit parallel geschalteten Empfangsspulen und deren guten Abgleicheigenschaften anzugeben.The object of the invention is to avoid the above-mentioned disadvantages, and to provide a material-saving, in particular for coil tolerances insensitive solution with parallel receiving coils and their good balancing properties.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird auf die aus der Rundfunktechnik bekannte selbstschwingende Mischstufe zurückgegriffen. Da sich zwei parallel geschaltete Empfangsspulen wegen der besseren Abgleichmöglichkeit und der symmetrischen Wirkung ihrer parasitären Kapazitäten als vorteilhaft erwiesen haben, wird die selbstschwingende Mischstufe erfindungsgemäß als Differenzschaltung, d. h. als Doppelgegentaktmischer ausgeführt. Die im Emitterkreis des Doppelgegentaktmischers befindlichen Stromquellen werden erfindungsgemäß als Gegentakt-Colpitts-Oszillator ausgeführt. Weiterhin enthält der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter eine nachgeschalteten Steuer- und Auswerteeinheit, sowie zwei mit den Eingängen der Differenzschaltung verbundene Empfangsspulen, wobei die Empfangsspulen so angeordnet und angeschlossen sind, dass sich die vom Erregerfeld der Sendespule des Gegentaktoszillators induzierten Signalspannungen am Ausgang des Doppelgegentaktmischers im unbedämpften Zustand kompensieren. Der Abgleich kann sowohl durch eine Gleichspannung am Mischerausgang oder auch durch Bedämpfung der Empfangsspulen durch einen parallelen Widerstand erfolgen.To solve the problem, recourse is made to the self-oscillating mixing stage known from broadcasting technology. Since two receiving coils connected in parallel have proved to be advantageous because of the better balancing possibility and the symmetrical effect of their parasitic capacitances, the self-oscillating mixing stage is used according to the invention as a differential circuit, i. H. designed as a double balanced mixer. The current sources located in the emitter circuit of the double balanced mixer are designed according to the invention as a push-pull Colpitts oscillator. Furthermore, the inductive proximity switch according to the invention includes a downstream control and evaluation unit, and two receiving coils connected to the inputs of the differential circuit, wherein the receiving coils are arranged and connected so that the signal voltages induced by the exciter field of the transmitting coil of the push-pull oscillator at the output of Doppelgegentaktmischers in the undamped state compensate. The adjustment can be done by a DC voltage at the mixer output or by damping the receiver coils by a parallel resistor.
Der Abgleich an den Empfangsspulen wird in
Ein hierfür geeigneter Doppelgegentaktmischer wird z. B. in
Wenn man dafür sorgt, dass die beiden Signale immer die gleiche Frequenz und geringe Phasenverschiebungen aufweisen, werden nur noch Signale mit gleichem Vorzeichen multipliziert. Am Ausgang entsteht eine von den Amplituden und Phasenlagen der Eingangssignale abhängige Gleichspannung. Nicht frequenz- und phasensynchrone Störquellen werden ”herausgemittelt”.If you ensure that the two signals always have the same frequency and low phase shifts, only signals with the same sign are multiplied. At the output arises a dependent of the amplitudes and phase angles of the input signals DC voltage. Non-frequency and phase-synchronized sources of interference are "averaged out".
Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, den für nach dem transformatorischen Prinzip arbeitenden induktiven Näherungsschalter erforderlichen Oszillator in die Mischstufe zu integrieren; d. h. den Doppelgentaktmischer als selbstschwingende Mischstufe auszuführen. Dazu werden die beiden Stromquellen in besonders vorteilhafter Weise als Gegentaktoszillator beschaltet. Dadurch werden keine zusätzlichen aktiven Bauelemente für den Oszillator benötigt. Es kommt lediglich eine weitere Schwingkreiskapazität hinzu. Die Sendespule benötigt keine Anzapfung.Another idea of the invention consists in integrating the oscillator required for the inductive proximity switch which operates according to the transformer principle into the mixing stage; d. H. to run the double-balanced mixer as a self-oscillating mixing stage. For this purpose, the two current sources are connected in a particularly advantageous manner as push-pull oscillator. As a result, no additional active components for the oscillator are needed. There is only one additional resonant circuit capacity added. The transmitter coil does not need a tap.
Dazu ist es allerdings erforderlich, die Funktion der beiden Teilsysteme zu vertauschen, indem man die als Signaleingang dienenden Stromquellen als Umschalter benutzt, und das Eingangssignal an den Trägereingang legt. Der Mischer erzeugt nun sein Referenzsignal selbst. Die beiden Stromquellen werden abwechselnd leitend und aktivieren jeweils den zugehörigen Zweig der nun als Differenzschaltung arbeitenden Umschalter. Die Empfangsspulen werden an den ehemaligen Takteingang angeschlossen.For this purpose, however, it is necessary to interchange the function of the two subsystems by using the signal sources serving as a signal input as a switch, and puts the input signal to the carrier input. The mixer now generates its own reference signal. The two current sources are alternately conducting and in each case activate the associated branch of the changeover switch which now operates as a differential circuit. The receiver coils are connected to the former clock input.
Sie werden so dimensioniert und angeordnet, dass sich ihre Signalspannungen U1 und U3 im unbedämpften Zustand gegenseitig aufheben (U1 = U3). Das gelingt aber wegen der unvermeidlichen Toleranzen bei Aufbau und Anordnung der Spulen nicht vollständig. Am Ausgang des Mischers entsteht eine ”Offsetspannung”.They are dimensioned and arranged so that their signal voltages U1 and U3 cancel each other in the undamped state (U1 = U3). But this is not completely possible because of the unavoidable tolerances in the design and arrangement of the coils. At the output of the mixer creates an "offset voltage".
So lange diese noch im Aussteuerbereich des Doppelgegentaktmischers liegt, ist sie durch eine Hilfsspannung kompensierbar. Die Hilfsspannung kann wie später beschrieben besonders vorteilhaft durch einen im Gerät befindlichen Mikrocontroller oder ein digitales Potentiometer, aber auch von außen über einen Abgleichwiderstand bzw. eine Widerstandsmatrix zugeführt werden. Da es sich um reine Gleichspannung handelt, sind auch relativ lange Zuleitungen unkritisch. So kann der Näherungsschalter auch im fertig montierten und vergossenen Zustand abgeglichen werden.As long as this is still in the control range of the double balanced mixer, it can be compensated by an auxiliary voltage. The auxiliary voltage can be supplied as described later particularly advantageous by a microcontroller located in the device or a digital potentiometer, but also from the outside via a balancing resistor or a resistance matrix. Since it is pure DC voltage, even relatively long leads are not critical. Thus, the proximity switch can be adjusted even when fully assembled and potted.
Die an den beiden Mischerausgängen entstehenden Signale werden in vorteilhafter Weise einem Differenzverstärker und anschließend einem Komparator zugeführt.The resulting signals at the two mixer outputs are advantageously fed to a differential amplifier and then to a comparator.
Besonders günstig ist es aber, den Näherungsschalter mit einem Mikrocontroller zu versehen. Da inzwischen preisgünstige Mikrocontroller sowohl mit A/D-Wandler als auch mit DA/Wandler erhältlich sind, kann nicht nur die Schaltschwelle durch einen Softwarealgorithmus festgelegt, sondern auch der Abgleich durch eine vom Mikrocontroller bereitgestellte analoge Gleichspannung erfolgen.It is particularly favorable, however, to provide the proximity switch with a microcontroller. Since low-priced microcontrollers are now available with both A / D converters and DA / converters, not only the switching threshold can be determined by a software algorithm, but also the adjustment can be made by an analog DC voltage provided by the microcontroller.
Als Induktivitäten können alle bekannten Ausführungen, insbesondere auch Luftspulen oder auf Leiterplatten gedruckte bzw. in mehrlagige Leiterplatten integrierte Spulen verwendet werden.As inductors, all known designs, in particular air coils or printed on printed circuit boards or integrated in multilayer printed circuit boards coils can be used.
Abschließend sei noch erwähnt, dass die erfindungsgemäße Anordnung nicht nur für induktive Näherungsschalter, sondern auch für andere, insbesondere analoge induktive Sensoren geeignet ist.Finally, it should be mentioned that the arrangement according to the invention is suitable not only for inductive proximity switches, but also for other, in particular analog, inductive sensors.
Ausführungsbeispieleembodiments
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters soll anhand der
Die Schaltung in
Der Gegentaktoszillator
Die beiden Transistoren wirken gleichzeitig als umschaltbare Stromquellen für die Differenzschaltung
Die Differenzschaltung
Zunächst sei Q5 leitend und Q6 gesperrt. In diesem Fall gelangt das in der Empfangsspule L1 induzierte Signal über R3 an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers V. Das in L3 induzierte Signal gelangt über R4 an den invertierenden Eingang von V. Am Verstärkerausgang UA entsteht das verstärkte Signal B·(U1 – U3). (B = Verstärkungsfaktor). First, Q5 is conductive and Q6 is blocked. In this case, the signal induced in the receiving coil L1 passes through R3 to the noninverting input of the operational amplifier V. The signal induced in L3 passes through R4 to the inverting input of V. At the amplifier output UA produces the amplified signal B · (U1 - U3) , (B = gain).
In der anderen Phase sperrt Q5 und Q6 ist leitend. Nun gelangt das in L1 induzierte Signal an den invertierenden Eingang von V, und das in L3 induzierte Signal an den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers V. Da der Strom in der Sendespule L2 nun aber in die entgegengesetzte Richtung fließt, entsteht am Verstärkerausgang UA das Signal –B·(U3 – U1).In the other phase Q5 blocks and Q6 is conductive. Now, the signal induced in L1 reaches the inverting input of V, and the signal induced in L3 to the non-inverting input of the differential amplifier V. Since the current in the transmitting coil L2 but now flows in the opposite direction, the signal is produced at the amplifier output UA B · (U3 - U1).
Wie bereits oben erläutert gelingt der Ausgleich der beiden Empfangssignale nicht vollständig. Am Mischerausgang entsteht deshalb auch im unbedämpften Zustand ein Differenzsignal in Form einer Offsetspannung. So lange diese noch im Aussteuerbereich des Doppelgegentaktmischers
Die Steuer- und Auswerteschaltung
VCC Versorgungsspannung
R151 Verstärkungsabgleich für V (Abgleichwiderstand parallel zu R5)
UA Ausgang des Differenzverstärkers V
Sta Steuereingang für den Abgleichvorgang (Teach-in Steuertaste)
Ra Anschluss für einen Abgleichwiderstand,. (Der andere an Pol VCC)
OUT Open-Collector-Schaltausgang
MasseThe control and
VCC supply voltage
R151 Gain compensation for V (compensation resistor parallel to R5)
UA output of the differential amplifier V
Sta Control input for the adjustment process (Teach-in control button)
Ra connection for a balance resistor ,. (The other one at pole VCC)
OUT open collector switch output
Dimensions
Die Stromversorgung, sowie die notwendigen Bedien- und Anzeigeelemente wurden nicht dargestellt.The power supply and the necessary operating and display elements were not shown.
Das verstärkte und auf die oben beschriebene Weise gleichgerichtete Differenzsignal gelangt vom Analogausgang UA über R14 an den Eingang P5 des Mikrocontrollers. Hier befindet sich ein A/D-Wandler. Das digitalisierte Signal wird nun einer Softwareroutine unterzogen, die entscheidet, ob eine im Speicher abgelegte Schaltschwelle überschritten wird. Bei Überschreitung der Schaltschwelle wird der Schaltausgang P8 gesetzt, und der Open-Collector-Transistor Q7 leitfähig. Die Schaltschwelle kann durch die Softwareroutine in Abhängigkeit von der Temperatur, der Amplitude des Messsignals oder anderer Einflussgrößen verändert werden.The amplified and rectified in the manner described above differential signal passes from the analog output UA via R14 to the input P5 of the microcontroller. Here is an A / D converter. The digitized signal is then subjected to a software routine that decides whether a stored in the memory switching threshold is exceeded. If the switching threshold is exceeded, the switching output P8 is set, and the open-collector transistor Q7 is conductive. The switching threshold can be changed by the software routine depending on the temperature, the amplitude of the measuring signal or other influencing variables.
Wegen der oben erwähnten Toleranzen der Bauelemente und des mechanischen Aufbaus ist vor Inbetriebnahme des induktiven Näherungsschalters ein Abgleichvorgang erforderlich. Der Abgleichvorgang wird durch Setzen des mit dem Pin P9 verbundenen Eingangs Sta eingeleitet. Zuerst wird ein Grobabgleich durchgeführt. Dazu sollte sich ein Messobjekt (Steuerfahne) in geringem Schaltabstand befinden. Die Ableichroutine überprüft nun, ob das an P5 des Mikrocontrollers anliegende Signal innerhalb eines gewünschten Wertebereichs liegt. Wenn ja, ist der Vorgang beendet. Wenn nein, wird mit Hilfe der beiden über die Widerstände R12 und R13 unterschiedlich gewichteten Binärausgänge P6 und P7 versucht, das Signal an P5 in den gewünschten Bereich zu bringen. Mit den beiden Binärausgängen P6 und P7 lassen sich insgesamt vier Spannungen über R11 einstellen:
- 1. Beide Binärausgänge liegen auf 0 V. Das entspricht einer Parallelschaltung von R12 und R13 zu R11.
- 2. P6 liegt auf ”high” (näherungsweise VCC), P7 liegt auf 0 V. Damit wird R13 parallel zu R11 geschaltet, während von P6 ein zu R12 proportionaler Strom eingespeist wird.
- 3. P6 liegt auf 0 V, P7 liegt auf ”high”. Damit wird R12 parallel zu R11 geschaltet, während von P7 ein zu R13 proportionaler Strom eingespeist wird.
- 4. P6 und P7 liegen auf ”high”. Es wird sowohl über R12 als auch über R13 ein Strom eingespeist.
- 1. Both binary outputs are at 0 V. This corresponds to a parallel connection of R12 and R13 to R11.
- 2. P6 is high (approximately VCC), P7 is at 0V. This switches R13 in parallel with R11, while P6 supplies current proportional to R12.
- 3. P6 is 0V, P7 is high. This switches R12 in parallel with R11, while P7 supplies a current proportional to R13.
- 4. P6 and P7 are high. A current is fed in both R12 and R13.
Auf diese Weise erhält man vier unterschiedliche Vorspannungen am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers V. Da Abweichungen in beide Richtungen zu erwarten sind, sollte die Einstellung ”2” oder ”3” als Grundeinstellung für den Grobabgleich gewählt werden. Falls eine feinere Einstellung erforderlich ist, können selbstverständlich weitere binäre Mikrocontrollerausgänge für den Grobabgleich verwendet werden. Allerdings empfiehlt es sich in diesem Fall einen nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation (PWM) arbeitenden in vielen Mikrocontrollern vorhandenen D/A-Wandler zu verwenden. Das erfordert allerdings mindestens einen zusätzlichen Glättungskondensator.In this way one obtains four different bias voltages at the non-inverting input of the differential amplifier V. Since deviations in both directions are to be expected, the setting "2" or "3" should be selected as the basic setting for the coarse adjustment. Of course, if a finer adjustment is required, other binary microcontroller outputs can be used for coarse adjustment. However, in this case, it is advisable to use a pulse width modulation (PWM) operating in many microcontrollers existing D / A converter. However, this requires at least one additional smoothing capacitor.
Wen der Grobabgleich nicht gelingt, kann entweder der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers V über einen zwischen VCC und R151 angeschlossen Widerstand verändert, oder ein zusätzlicher Abgleichwiderstand zwischen VCC und Ra angeschlossen werden.If the coarse adjustment fails, either the gain of the differential amplifier V can be varied via a resistor connected between VCC and R151, or an additional balance resistor can be connected between VCC and Ra.
Nach erfolgreichem Grobabgleich wird ein Feinabgleich durchgeführt. Dazu bringt man die Steuerfahne in den gewünschten Schaltabstand und setzt erneut den Steuereingang Sta. Nun überprüft die Abgleichroutine wiederum das Signal an P5. Befindet sich das Signal innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs, so wird der aktuelle Wert als Schaltschwelle, sowie geeignete Hysteresewerte gespeichert. After successful coarse adjustment, a fine adjustment is performed. To do this, you bring the control flag in the desired switching distance and again sets the control input Sta. Now the adjustment routine again checks the signal at P5. If the signal is within a predetermined value range, the current value is stored as a switching threshold and suitable hysteresis values.
Andernfalls wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Das geschieht vorzugsweise über den Schaltausgang, kann aber auch durch eine hier nicht dargestellte LED erfolgen.Otherwise an error message will be displayed. This is preferably done via the switching output, but can also be done by an LED, not shown here.
Kann das nicht erreicht werden, so wird der Bediener aufgefordert, zusätzliche Maßnahmen wie Änderung des Verstärkungsfaktors über R151 oder Anschluss eines zusätzlichen Abgleichwiderstands Ra zu ergreifen. Das kann durch die Ausgabe eine Bitfolge an eine mit dem Gerät über den Schaltausgang kommunizierenden übergeordneten Einheit erfolgen (z. B. I/O-Link). Bei einem automatischen Abgleich kann der Steuereingang Sta entweder direkt oder durch eine geeignete Kopplung mit dem Schaltausgang von der o. g. übergeordnete Einheit aktiviert werden.If this can not be achieved, the operator is requested to take additional measures, such as changing the amplification factor via R151 or connecting an additional balancing resistor Ra. This can be achieved by outputting a bit sequence to a higher-level unit that communicates with the device via the switching output (eg I / O link). In the case of an automatic adjustment, the control input Sta can be connected either directly or by means of a suitable coupling to the switching output of the o. G. higher-level unit to be activated.
Weitere an sich bekannte Möglichkeiten bestehen darin, den Abgleich durch ein ohnehin angelegtes Signal, wie das erstmalige Zuschalten der Betriebsspannung nach der (Neu-)Programmierung des Mikrocontrollers oder auch durch Modulation der Betriebsspannung auszulösen. In diesem Fall kann auf den Steuereingang Sta verzichtet werden.Other known options are to trigger the adjustment by an already applied signal, such as the first connection of the operating voltage after the (re) programming of the microcontroller or by modulation of the operating voltage. In this case, the control input Sta can be dispensed with.
Nach erfolgreichem Abgleich ”verriegelt” sich der induktive Näherungsschalter entweder automatisch oder er wird durch geeignete Signale, wie z. B. eine bestimmte Bitfolge am Steuereingang Sta von außen verriegelt, und damit vor unerwünschten Manipulationen geschützt.After successful adjustment, the inductive proximity switch "locks" either automatically or by suitable signals, such as. B. a particular bit sequence at the control input Sta locked from the outside, and thus protected against unwanted manipulation.
Die
Die Digital-Analog-Wandlung übernehmen in diesem Fall die beiden aus R17 und C7 bzw. aus R18 und C8 bestehenden Integrierer
Wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist, dürfen die Oszillatorfrequenz und die Taktfrequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals allerdings nicht korrelieren. Um unzulässige Mischprodukte zu vermeiden kann man für das pulsweitenmodulierte Steuersignal eine quasi zufällige Frequenz mit minimaler Autokorrelation (Barker-Code) verwenden.However, as will be readily apparent to those skilled in the art, the oscillator frequency and the clock frequency of the pulse width modulated control signal must not be correlated. In order to avoid impermissible mixing products, one can use a quasi-random frequency with minimal autocorrelation (Barker code) for the pulse width modulated control signal.
Durch das Weglassen der Integrierer
Das eröffnet die Möglichkeit, neben dem Schaltabstand auch die Hysterese ohne Verlängerung der Reaktionszeit des Systems mit den pulsweitenmodulierten Signalen einzustellen. Die Komparatorschwelle den Mikrocontrollers bzw. die Verstärkung der Auswerteeinheit kann in diesem Fall konstant bleiben.This opens up the possibility of adjusting the hysteresis in addition to the switching distance without lengthening the reaction time of the system with the pulse width modulated signals. The comparator threshold of the microcontroller or the gain of the evaluation unit can remain constant in this case.
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Differenzschaltungdifferential circuit
- 22
- GegentaktoszillatorAgainst clock oscillator
- 33
- DoppelgegentaktmischerDouble balanced mixer
- 44
- Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
- 55
- Empfangsspulen = L1 und L3Reception coils = L1 and L3
- 66
- Sendespule (Oszillatorspule) = L2Transmitting coil (oscillator coil) = L2
- 77
- Bedämpfungseinheit (Q9, R22, bzw. Q8, R21)Damping unit (Q9, R22 or Q8, R21)
- 88th
- Integrierer (C7, R17 bzw. C8, R18)Integrator (C7, R17 or C8, R18)
- 99
- Steuertransistor (Q8, Q9)Control transistor (Q8, Q9)
- VCCVCC
- Versorgungsspannungsupply voltage
- R151R151
- Verstärkungsabgleich für den Verstärker V (parallel zu R5)Gain adjustment for the amplifier V (parallel to R5)
- UAUA
- Analogausgang für das DifferenzsignalAnalog output for the difference signal
- StaSta
- Steuereingang für den Abgleich (Teach-in Taste)Control input for the adjustment (Teach-in button)
- RaRa
- Anschluss für einen AbgleichwiderstandConnection for a balancing resistor
- OUTOUT
- Open-Collector-SchaltausgangOpen collector switching output
- BB
- Verstärkungsfaktor des MischersAmplification factor of the mixer
- U1U1
- in der Empfangsspule L1 induzierte Spannungin the receiving coil L1 induced voltage
- U3U3
- in der Empfangsspule L3 induzierte Spannungin the receiving coil L3 induced voltage
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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