DE102010044220B4

DE102010044220B4 - Inductive proximity switch

Info

Publication number: DE102010044220B4
Application number: DE201010044220
Authority: DE
Inventors: Jaromir Palata
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-11-23
Also published as: DE102010044220A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen nach dem Impulsverfahren arbeitenden induktiven Näherungsschalter mit einer Sendespule (S) einer Drossel (D) und einer Auswerteschaltung (A). Die Drossel (D) ist Bestandteil eines Aufwärtswandlers, der einen Speicherkondensator (C) zur Versorgung der Sendespule (S) deutlich über die interne Betriebsspannung auflädt. Dazu wird der jeweils vorherige Sendeimpuls der Sendestufe zur Bestromung der Drossel genutzt. Mit der Selbstinduktion der Drossel (D) wird der Speicherkondensator (C) aufgeladen. Voraussetzung ist, dass die Sendespule (S) eine deutlich geringere Induktivität aufweist als die Drossel (D). Im ersten Schritt wird der Speicherkondensator (C) über die niederohmige Sendespule (S) entladen. Danach bestromt die Sendestufe (P) die Drossel (D). Beim Abschalten der Sendestufe (P) wird der Speicherkondensator (C) über die Selbstinduktion der Drossel (D) geladen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Drosselstrom über einen Messwiderstand (M) gemessen und bei Erreichen eines bestimmten Wertes abgeschaltet. Besonders günstig ist die Verwendung eines Komparators mit stabilisierter Referenzspannung, um den Einfluss der Betriebsspannung auf den Schaftabstand zu verhindern. Die Anordnung wird so zum Aufwärtswandler und versorgt sich selbst mit der benötigten Betriebsspannung von bis zu 100 Volt. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters beansprucht.The invention relates to an inductive proximity switch operating according to the pulse method with a transmitter coil (S), a choke (D) and an evaluation circuit (A). The choke (D) is part of a step-up converter, which charges a storage capacitor (C) for supplying the transmitter coil (S) significantly above the internal operating voltage. For this purpose, the previous transmission pulse of the transmission stage is used to energize the choke. With the self-induction of the choke (D), the storage capacitor (C) is charged. The prerequisite is that the transmitter coil (S) has a significantly lower inductance than the choke (D). In the first step, the storage capacitor (C) is discharged via the low-resistance transmitter coil (S). Then the transmitter stage (P) energizes the choke (D). When the transmission stage (P) is switched off, the storage capacitor (C) is charged via the self-induction of the choke (D). In a particularly advantageous embodiment, the choke current is measured via a measuring resistor (M) and switched off when a certain value is reached. The use of a comparator with a stabilized reference voltage is particularly favorable in order to prevent the influence of the operating voltage on the shaft spacing. The arrangement thus becomes a step-up converter and supplies itself with the required operating voltage of up to 100 volts. Furthermore, a method for operating the inductive proximity switch according to the invention is claimed.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter nach dem Impulsverfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to an inductive proximity switch according to the pulse method according to the features of the preamble of patent claim 1.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters beansprucht.Furthermore, a method for operating the inductive proximity switch according to the invention claimed.

Induktive Näherungsschalter werden als berührungslos arbeitende elektronische Schaltgeräte vor allem in der Automatisierungstechnik eingesetzt.Inductive proximity switches are used as non-contact electronic switching devices, especially in automation technology.

Sie enthalten eine Sendespule, die ein von einem metallischen Auslöser beeinflussbares Magnetfeld erzeugt. Die Beeinflussung des Magnetfeldes durch den metallischen Auslöser wird ausgewertet und bei Überschreiten eines Schwellwerts eine elektronische Schaltstufe angesteuert.They contain a transmitting coil which generates a magnetic field which can be influenced by a metallic trigger. The influence of the magnetic field by the metallic release is evaluated and, when a threshold value is exceeded, an electronic switching stage is activated.

Schaltgeräte dieser Art werden in den verschiedensten Ausführungen unter anderem auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.Switching devices of this type are manufactured and distributed in various designs, inter alia, by the Applicant.

Hierbei kann sowohl die Ansteuerung der Sendespule als auch die Bewertung des Einflusses des metallischen Auslösers auf unterschiedliche Art erfolgen.In this case, both the control of the transmitting coil and the evaluation of the influence of the metallic trigger can be done in different ways.

In vielen Fällen ist die Sendespule Bestandteil eines Oszillators, der durch den metallischen Auslöser verstimmt wird. Ausgewertet wird die Amplitude und/oder die Frequenzänderung.In many cases, the transmitter coil is part of an oscillator, which is detuned by the metallic shutter release. The amplitude and / or the frequency change is evaluated.

Neben der wert verbreiteten sinusförmigen Ansteuerung der Sendespule und der Bewertung von Frequenz- und oder Amplitudenänderungen ist die Ansteuerung mit kurzen Sendeimpulsen bekannt. Die Sendespule ist in diesem Fall nicht Bestandteil eines Oszillators, sondern sie wird mit kräftigen, meist rechteckförmigen Spannungs- bzw. Stromimpulsen beaufschlagt. Der durch die im metallischen Auslöser hervorgerufenen Wirbelströme ausgelöste Echoimpuls wird ausgewertet. Diese Auswertung kann sowohl direkt an der Sendespule als auch separat an einer magnetisch gekoppelten Empfangsspule erfolgen.In addition to the widespread sinusoidal control of the transmitter coil and the evaluation of frequency and or amplitude changes, the control with short transmission pulses is known. The transmitter coil is in this case not part of an oscillator, but it is subjected to powerful, usually rectangular voltage or current pulses. The echo pulse triggered by the eddy currents produced in the metallic trigger is evaluated. This evaluation can be carried out either directly on the transmitting coil or separately on a magnetically coupled receiving coil.

Empfangs- und Sendespule bilden in diesem Fall einen durch die Wirbelströme im metallischen Auslöser beeinflussten Transformator.Receiving and transmitting coil in this case form a influenced by the eddy currents in the metallic shutter transformer.

Der wohl einfachste Aufbau wird in der DE 3525070 A1 gezeigt. Hier wird eine Spule periodisch für kurze vorgegebene Zeitintervalle über einen elektronischen Schalter mit einer Stromquelle verbunden. Das Signal über der Spule wird gleichgerichtet, verstärkt und nach einer Analog-Digital-Wandlung in einem μC ausgewertet.Probably the simplest construction will be in the DE 3525070 A1 shown. Here, a coil is periodically connected to a power source via an electronic switch for short predetermined time intervals. The signal across the coil is rectified, amplified and evaluated after an analog-to-digital conversion in a μC.

Da das Abklingen des Sendepulses abgewartet werden muss, ist zwischen Gleichrichter und ND-Wandler ein Abtastschalter angeordnet. So wird die A/D-Wandlung um eine vorgegebene Zeitspanne gegenüber dem Sendepuls verzögert. Die Anordnung ist allerdings als Magnetfeldsensor konzipiert, so dass magnetische Störfelder nicht von einem Messsignal zu unterscheiden sind. Sie ist allerdings auch zum Nachweis eines metallischen Auslösers geeignet.Since the decay of the transmission pulse has to wait, a sampling switch is arranged between the rectifier and the ND converter. Thus, the A / D conversion is delayed by a predetermined period of time relative to the transmission pulse. However, the arrangement is designed as a magnetic field sensor, so that magnetic interference fields are indistinguishable from a measurement signal. However, it is also suitable for the detection of a metallic trigger.

Die Reichweite von induktiven Näherungsschaltern ist begrenzt, da ein geschlossener Schwingkreis bzw. ein geschlossener Spulenstromkreis naturgemäß nur wenig Energie abstrahlt. Die Wechselwirkung mit dem metallischen Auslöser (Target) ist auf das Nahfeld beschränkt. Sie nimmt etwa mit der 3 bis 3,5-fachen Potenz des Schaltabstandes ab.The range of inductive proximity switches is limited because a closed resonant circuit or a closed coil circuit naturally emits only little energy. The interaction with the metallic trigger (target) is limited to the near field. It decreases with about 3 to 3.5 times the power of the switching distance.

Als nachteilig wird die mit den herkömmlichen Messprinzipien erzielbare geringe Reichweite angesehen, wie sie z. B. in der Norm IEC/EN 60947-5-2 angegeben sind. Obwohl es in der Vergangenheit verschiedene Verbesserungsansätze gegeben hat, besteht der Wunsch nach einer weiteren Erhöhung der Reichweite.A disadvantage is the achievable with the conventional measurement principles low range is considered as z. As specified in the standard IEC / EN 60947-5-2. Although there have been various approaches to improvement in the past, there is a desire for a further increase in reach.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Reichweite von dem nach dem Impulsverfahren arbeitenden induktiven Näherungsschaltern zu steigern.The object of the invention is to increase the range of the working according to the pulse method inductive proximity switches.

Dazu soll der Sendeimpuls in seiner Amplitude erheblich verstärkt werden.For this purpose, the transmission pulse should be considerably amplified in its amplitude.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht dann, den Sendestrom in der Spule möglichst schnell zusammenbrechen zu lassen, um das Wirbelstrom-Echo besser von der Abschaltflanke des Sendestromes zu trennen.Another object of the invention is then to let the transmission current in the coil collapse as quickly as possible in order to separate the eddy current echo better from the cut-off edge of the transmission current.

So kann die Beeinflussung des Sensorsignals durch die Abschaltflanke des Sendeimpulses verringert und der nutzbare Abtastzeitraum für des Sensorsignal verlängert werden.Thus, the influence of the sensor signal can be reduced by the Abschaltflanke of the transmitted pulse and the usable sampling period for the sensor signal can be extended.

Weiterhin soll der Abtastzeitpunkt einstellbar sein, um eine Optimierung beispielsweise zur Erkennung oder zur Unterscheidung des Targetmaterials zu ermöglichen.Furthermore, the sampling time should be adjustable in order to allow optimization, for example, for the detection or differentiation of the target material.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung This object is achieved according to the features of patent claim 1. The subclaims relate to the advantageous embodiment of the invention

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die für den Sendepuls benötigte Betriebsspannung mit Hilfe einer von der Sendestufe bestromten Drossel und einem Speicherkondensator im Impulsgeber selbst zu erzeugen.The essential idea of the invention is to use the operating voltage required for the transmission pulse with the aid of a current supplied by the transmission stage Throttle and a storage capacitor in the pulse generator itself generate.

Dazu wird der jeweils vorherige Sendeimpuls der Sendestufe zur Bestromung der Drossel genutzt. Mit der Selbstinduktion der Drossel wird der Speicherkondensator aufgeladen. Voraussetzung ist, dass die Sendespule eine deutlich geringere Induktivität besitzt als die Drossel.For this purpose, the respective previous transmission pulse of the transmission stage is used to energize the throttle. With the self-induction of the throttle, the storage capacitor is charged. The prerequisite is that the transmitting coil has a significantly lower inductance than the choke.

Im ersten Schritt wird der Speicherkondensator über die niederohmige Sendespule entladen. Danach bestromt die Sendestufe die Drossel. Beim Abschalten der Sendestufe wird der Speicherkondensator über die Selbstinduktion der Drossel erneut geladen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Drosselstrom über einem Messwiderstand gemessen und bei Erreichen eines bestimmten Wertes abgeschaltet. Besonders günstig ist die Verwendung eines Komparators mit stabilisierter Referenzspannung, beispielsweise einer Z-Diode. Die Anordnung wird so zum Aufwärtswandler und versorgt sich selbst mit der benötigten Betriebsspannung von bis zu 100 Volt.In the first step, the storage capacitor is discharged via the low-resistance transmitting coil. Thereafter, the transmission stage energizes the throttle. When switching off the transmission stage, the storage capacitor is charged again via the self-induction of the throttle. In a particularly advantageous embodiment, the inductor current is measured via a measuring resistor and switched off when a certain value is reached. Particularly favorable is the use of a comparator with stabilized reference voltage, for example a Zener diode. The arrangement thus becomes the boost converter and supplies itself with the required operating voltage of up to 100 volts.

Die Stromversorgung der übrigen Schaltung bleibt davon praktisch unbeeinflusst. Besonders vorteilhaft ist die oben genannte Messung des Drosselstromes, weil nur der tatsächlich benötigte Strom verbraucht wird und der Sendeimpuls damit betriebsspannungsunabhängig wird. Wegen der niedrigen Windungszahl der Sendespule wird der Speicherkondensator schnell entladen. Bei kleiner Induktivität klingt der Sendestrom schnell ab. Die Feldstärke, d. h. die „Amperewindungen” wenden für kurze Zeit mit einem großen Impulsstrom erreicht. Weiterhin ermöglicht die benötigte vergleichsweise geringe Induktivität den Einsatz von geätzten Multilayer-Spulen oder auch Luftspulen ohne Ferritkern. Wirtschaftlich vorteilhaft ist die doppelte Nutzung der Sendestufe.The power supply of the rest of the circuit remains virtually unaffected. Particularly advantageous is the above-mentioned measurement of the inductor current, because only the actually required current is consumed and the transmission pulse is thus operating voltage independent. Because of the low number of turns of the transmitter coil, the storage capacitor is discharged quickly. With low inductance, the transmission current sounds quickly. The field strength, d. H. The "ampere turns" turn for a short time with a large pulse current reached. Furthermore, the required comparatively low inductance allows the use of etched multilayer coils or air coils without ferrite core. Economically advantageous is the double use of the transmission stage.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawing.

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufwärtswandler zur Erzeugung des Sendeimpulses für einen induktiven Näherungsschalter nach dem Impulsverfahren.The 1 shows an up-converter according to the invention for generating the transmission pulse for an inductive proximity switch according to the pulse method.

Die 2 zeigt alle wesentlichen Baugruppen eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters.The 2 shows all the essential components of an inductive proximity switch according to the invention.

In der 1 wird ein erfindungsgemäßer Aufwärtswandler zur Erzeugung des Sendeimpulses gezeigt. Die Drossel D, der Speicherkondensator C und die Sendestufe P bilden einen Aufwärtswandler, der den Speicherkondensator C auf eine weit über der Betriebsspannung liegende Spannung von ca. 100 Volt auflädt. Anschließend wird der Speicherkondensator C über die Sendespule S entladen. Die Sendespule S dient auch zum Empfang des Wirbelstrom-Echos. Der Echoimpuls wird über eine Schutzschaltung einer hier nicht dargestellten Abtasteinheit zugeführt.In the 1 An inventive up-converter for generating the transmit pulse is shown. The inductor D, the storage capacitor C and the transmission stage P form an up-converter, which charges the storage capacitor C to a voltage of approximately 100 volts which is well above the operating voltage. Subsequently, the storage capacitor C is discharged via the transmitting coil S. The transmitting coil S also serves to receive the eddy current echo. The echo pulse is supplied via a protection circuit of a scanning unit, not shown here.

In der 2 werden die wesentlichen Baugruppen eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters detailliert erläutert.In the 2 the essential components of an inductive proximity switch according to the invention are explained in detail.

Der mit einem Schmitt-Trigger Inverter des Typs 74HC14 bestückte Taktgeber 1 erzeugt ein symmetrisches Rechtecksignal der Periodenlänge τ = 0,555·(R1·C1). Damit wird die Länge der Sendepausen, aber auch der Stromverbrauch und die maximale Schaltfrequenz des Gerätes bestimmt.The clock equipped with a Schmitt trigger type 74HC14 inverter 1 generates a symmetric square wave signal of period length τ = 0.555 · (R1 · C1). This determines the length of the transmission pauses, but also the power consumption and the maximum switching frequency of the device.

Nach Anlegen der Betriebsspannung setzt der Taktgenerator 1 das D-Flip-Flop 2. Die mit vier parallel geschalteten Schmitt-Trigger Invertern bestückte Treiberstufe 3 steuert den MOSFET in der Sendestufe P niederohmig an.After application of the operating voltage of the clock generator 1 the D flip flop 2 , The driver stage equipped with four parallel Schmitt trigger inverters 3 controls the MOSFET in the transmission stage P low impedance.

Bei eingeschalteter Sendestufe P fließt ein wegen der Drossel D linear ansteigender Strom über den Strommesswiderstand M. Wenn der Spannungsabfall am Strommesswiderstand M die durch Spannungsteilung über der Z-Diode 4 gewonnene Referenz-Spannung überschreitet, wird das D-Flip-Flop 2 vom Komparator 5 zurückgesetzt. Auf die Zenerdiode 4 kann auch verzichtet werden. In diesem Fall hängt die Komparatorschwelle von der Betriebsspannung ab. Die vier parallel geschalteten Schmitt-Trigger Inverter der Treiberstufe 3 sorgen für die schnelle Umladung der Gate-Source-Kapazität des MOSFET der Sendestufe P. Die schnelle Sperrung der Sendestufe P bewirkt eine abrupte Unterbrechung des in der Drossel D fließenden Stromes. Die mit der Stromabschaltung verbundene Selbstinduktion der Drossel erzeugt eine hohe positive Spannung. Diese lädt den Speicherkondensator C über die Dioden D1 und D2 auf die Spannung HV auf. Die Diode D1 verhindert die Entladung des Speicherkondensators C auf Betriebsspannung.When the transmission stage P is switched on because of the inductor D linearly increasing current flows through the current measuring resistor M. When the voltage drop across the current measuring resistor M by the voltage division across the Zener diode 4 is recovered, the D-flip-flop 2 from the comparator 5 reset. On the zener diode 4 can also be dispensed with. In this case, the comparator threshold depends on the operating voltage. The four parallel Schmitt trigger inverters of the driver stage 3 ensure the rapid transfer of the gate-source capacitance of the MOSFET of the transmission stage P. The fast blocking of the transmission stage P causes an abrupt interruption of the current flowing in the reactor D current. The inductor self-inductance associated with the power cut generates a high positive voltage. This charges the storage capacitor C via the diodes D1 and D2 to the voltage HV. The diode D1 prevents the discharge of the storage capacitor C to operating voltage.

Beim nächsten Taktimpuls steht nun im Speicherkondensator C eine deutlich über der Betriebsspannung liegende Spannung HV zur Verfügung.The next clock pulse is now in the storage capacitor C a voltage well above the operating voltage HV available.

Beim Einschalten der Sendestufe P wird die positive Seite des aufgeladenen Speicherkondensators C über den MOSFET der Sendestufe P niederohmig geerdet. Die negative Seite ist über die Diode D3 und die niederohmige Sendespule S ebenfalls mit Masse verbunden. Der auf die Spannung HV geladene Speicherkondensator C wird nun über die Sendespule S entladen. Wegen deren geringen Windungszahl fließt kurzzeitig ein starker Strom durch die Sendespule S. Die Diode D3 verhindert die Bildung eines unerwünschten LC-Schwingkreises aus dem Speicherkondensator C und der Sendespule S.When switching on the transmission stage P, the positive side of the charged storage capacitor C is grounded low impedance via the MOSFET of the transmission stage P. The negative side is also connected via the diode D3 and the low-resistance transmitting coil S to ground. The charged to the voltage HV storage capacitor C is now discharged via the transmitting coil S. Due to their low number of turns, a strong current flows through for a short time the transmitting coil S. The diode D3 prevents the formation of an undesirable LC resonant circuit of the storage capacitor C and the transmitting coil S.

So entsteht in jeder Periode des Taktgenerators 1 nur ein einziger schmaler und sauberer, aber stromstarker Sendeimpuls ohne Nachschwingen. Dieser Sendeimpuls ist kurz und stromstark, weil die im vorherigem Takt erzeugte Spannung HV hoch ist und die Sendespule S eine wesentlich kleinere Induktivität als die Drossel D besitzt. Wegen der geringen Induktivität der Sendespule S klingt der Sendestrom schnell ab. Sowie der Speicherkondensator C entladen ist, beginnt der oben beschriebene Ladevorgang erneut. Die Schaltung ist gut für geätzte Multilayer-Spulen geeignet, weil diese Spulen stabil und induktivitätsarm sind.So arises in each period of the clock generator 1 only a single narrow and clean, but high-power transmission pulse without ringing. This transmission pulse is short and high current, because the voltage generated in the previous clock voltage HV is high and the transmitting coil S has a much smaller inductance than the throttle D. Because of the low inductance of the transmitting coil S, the transmission current sounds quickly. As the storage capacitor C is discharged, the charging process described above starts again. The circuit is well suited for etched multilayer coils because these coils are stable and low in inductance.

Das schnelle Abklingen dieses Sendeimpulses ermöglicht einen frühzeitigen und ungestörten Empfang des Wirbelstrom-Echos vom Target T durch die Sendespule S.The rapid decay of this transmission pulse allows early and undisturbed reception of the eddy current echo from the target T through the transmitting coil S.

Der Abtastzeitpunkt für das Wirbelstrom-Echo wird von der aus einem Monoflop bestehenden variablen Verzögerungseinheit 6 bestimmt. Die Verzögerungszeit ist mit einer pulsweitenmodulierten Stromquelle einstellbar. Das kann von einer hier nicht dargestellten Steuereinheit, beispielsweise einem Mikrocontroller (μC), oder auch von einem Bediener mit Hilfe einer geeigneten Eingabevorrichtung erfolgen.The sampling time for the eddy current echo is determined by the monoflop variable delay unit 6 certainly. The delay time can be set with a pulse width modulated current source. This can be done by a control unit, not shown here, for example a microcontroller (.mu.C), or else by an operator with the aid of a suitable input device.

Die Sendespule S dient wie bereits erwähnt auch zum Empfang des Wirbelstrom-Echos. Das Empfangssignal gelangt über die Schutzschaltung 7 und den Operationsverstärker 8 zum Komparator 9. Im Komparator 9 wird das verstärkte Empfangssignal permanent mit einer von außen vorgegebenen Referenz verglichen. Diese Referenz legt den Schaltabstand fest und kann als pulsweitenmoduliertes Signal von einer nicht dargestellten Steuereinheit, beispielsweise einem Mikrocontroller (μC), oder auch von einem Bediener eingegeben werden.As already mentioned, the transmitting coil S also serves to receive the eddy current echo. The received signal passes through the protection circuit 7 and the operational amplifier 8th to the comparator 9 , In the comparator 9 the amplified received signal is permanently compared with an external reference. This reference determines the switching distance and can be entered as a pulse width modulated signal from a control unit, not shown, for example, a microcontroller (μC), or even by an operator.

Die Abtastung erfolgt mit dem D-Flip-Flop 10. Zeitbestimmend ist die positive Flanke des von der variablen Verzögerungseinheit 6 kommenden Rechtecksignals. Bei dieser Flanke übernimmt das D-Flip-Flop 10 die Information vom Komparator 9. Falls die Komparatorschwelle zum Abtastzeitpunkt überschritten ist, bedeutet das „Target vorhanden”.The sampling is done with the D flip-flop 10 , Time-determining is the positive edge of the variable delay unit 6 coming square wave signal. At this edge, the D flip-flop takes over 10 the information from the comparator 9 , If the comparator threshold is exceeded at the sampling time, the "target present" means.

Bei gesetztem D-Flip-Flop 10 wird der MOSFET in der Endstufe 11 leitend. Bei zu niederohmiger Last wird das D-Flip-Flop 10 von der Kurzschlussschutzschaltung 12 zurückgesetzt, bevor die Endstufe 11 im Schaltausgang beschädigt werden kann. Eine RC-Kombination bestimmt die Verzögerungszeit, nach der das D-Flip-Flop 10 vom Komparator 9 wieder gesetzt werden kann. Ist der Kurzschluss oder die Überlast beseitigt, arbeitet das Gerät normal weiter. Andernfalls wird das D-Flip-Flop 10 sofort wieder gesperrt. Das D-Flip-Flop 10 dient also gleichzeitig als Abtaster und getakteter Kurzschlussschutz. Auch das ist ein nennenswerter wirtschaftlicher Vorteil.With set D-flip-flop 10 becomes the MOSFET in the final stage 11 conductive. When the load is too low, the D flip-flop becomes 10 from the short-circuit protection circuit 12 reset before the power amp 11 can be damaged in the switching output. An RC combination determines the delay time after which the D flip-flop 10 from the comparator 9 can be set again. If the short circuit or overload is removed, the device continues to operate normally. Otherwise, the D flip-flop becomes 10 immediately locked again. The D flip flop 10 So also serves as a sampler and clocked short-circuit protection. That, too, is a significant economic advantage.

Vorteilhaft ist die große Amplitude des Sendeimpulses und sein schnelles Abklingen. Die Strommessung stabilisiert nur den Aufwärtswandler. Die Spannung im Speicherkondensator ist sehr hoch (100 V oder mehr), so dass die Temperaturdrift der drei Dioden keinen nennenswerten Einfluss mehr auf das Messergebnis hat. Die Amplitude des Sendeimpulses ist bei Verwendung der Zenerdiode nicht mehr von der Betriebsspannung abhängig.Advantageous is the large amplitude of the transmitted pulse and its rapid decay. The current measurement only stabilizes the boost converter. The voltage in the storage capacitor is very high (100 V or more), so that the temperature drift of the three diodes has no significant influence on the measurement result. The amplitude of the transmitted pulse is no longer dependent on the operating voltage when using the zener diode.

Der Abtaster arbeitet mit sehr geringer Fensterbreite und kann erfindungsgemäß mit Hilfe der Verzögerungsschaltung auf der Zeitachse verschoben werden, um das Wirbelstrom-Echo an einer möglichst günstigen Stelle abzutasten.The scanner operates with very small window width and can be moved according to the invention with the aid of the delay circuit on the time axis in order to scan the eddy current echo at a position as favorable as possible.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sowohl der Abtastzeitpunkt als auch die Schaltschwelle mit einem pulsweitenmodulierten Rechtecksignal gesteuert werden kann.Another advantage of the invention is that both the sampling time and the switching threshold can be controlled with a pulse width modulated square wave signal.

Obwohl die Sendeimpulse vorzugsweise im Amperebereich liegen, ist der Stromverbrauch vergleichsweise gering. Er liegt im mA-Bereich und kann, wenn es die benötigte Schaltfrequenz erlaubt, durch Verlängerung der Periode des Taktgenerators so weit gesenkt werden, dass die Schaltung auch für Zweileiter-Geräte geeignet ist.Although the transmission pulses are preferably in the ampere range, the power consumption is comparatively low. It is in the mA range and can, if it allows the required switching frequency, be reduced by extending the period of the clock generator so far that the circuit is also suitable for two-wire devices.

Selbstverständlich kann das Wirbelstrom-Echo auch mit einer separaten Empfangsspule oder mit einem Differentialtransformator ausgewertet werden.Of course, the eddy current echo can also be evaluated with a separate receiver coil or with a differential transformer.

Besonders vorteilhaft ist die Verbindung mit der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentschrift DE 10 2010 041 288 B3 . Hier sei auf die in den 1 und 2 dargestellten Schaltungen verwiesen, wo eine zusätzliche Abtastung in den Sendepausen unmittelbar vor dem Sendeimpuls beschrieben wird.Particularly advantageous is the connection with the originating from the applicant German patent DE 10 2010 041 288 B3 , Here is on the in the 1 and 2 referenced circuits, where an additional sample is described in the transmission pauses immediately before the transmission pulse.

Der erfindungsgemäße induktiver Näherungsschalter weist eine Sendespule, eine Sendestufe, eine Drossel, einen Speicherkondensator und eine Auswerteschaltung auf. Die Drossel, die Sendestufe und der Speicherkondensator sind Bestandteil eines Aufwärtswandlers, der die Sendespule mit erhöhter Betriebsspannung versorgt.The inductive proximity switch according to the invention has a transmitting coil, a transmitting stage, a choke, a storage capacitor and an evaluation circuit. The choke, the transmission stage and the storage capacitor are part of an up-converter, which supplies the transmitting coil with increased operating voltage.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Drossel mit einem Strommesswiderstand verbunden, der ein Signal zur Stromabschaltung erzeugt.In an advantageous embodiment, the throttle is connected to a current measuring resistor, which generates a signal for power cutoff.

Hierbei ist der erste Anschluss der Drossel über den Messwiderstand mit der Betriebsspannung verbunden und der zweite Anschluss der Drossel über eine erste Diode sowohl mit einem ersten Anschluss der Sendestufe und der positiv geladenen Seite des Speicherkondensators verbunden, ein zweiter Anschluss der Sendestufe ist mit Masse verbunden und die negativ geladene Seite des Speicherkondensators mit einer zweiten und einer dritten Diode verbunden, die Kathode einer der beiden Dioden ist direkt mit Masse und die Anode der anderen Diode über die Sendespule mit Masse verbunden.Here, the first terminal of the throttle is connected via the measuring resistor to the operating voltage and the second terminal of the throttle connected via a first diode both to a first terminal of the transmitting stage and the positively charged side of the storage capacitor, a second terminal of the transmitting stage is connected to ground and the negatively charged side of the storage capacitor connected to a second and a third diode, the cathode of one of the two diodes is connected directly to ground and the anode of the other diode via the transmitting coil to ground.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters beansprucht, wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Speicherkondensator durch Abschalten der Drossel auf eine wesentlich über der Betriebsspannung liegende Spannung aufgeladen wird und in einem zweiten Verfahrenschritt der Speicherkondensator über die eine wesentlich geringere Induktivität als die Drossel aufweisende Sendespule entladen wird und in einem dritten Verfahrensschritt die Drossel erneut bestromt wird.Furthermore, a method for operating the inductive proximity switch according to the invention claimed, wherein in a first process step, the storage capacitor is charged by switching off the throttle to a voltage substantially above the operating voltage and in a second process step, the storage capacitor on a much lower inductance than the throttle having Transmitting coil is discharged and in a third step, the throttle is energized again.

Hierbei sorgt der selbe Steuerimpuls mit seiner Einschaltflanke für die Entladung und durch seine Abschaltflanke für die erneute Aufladung des Speicherkondensators. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wir der Drosselstrom gemessen und bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes abgeschaltet.In this case, the same control pulse with its switch-on edge for the discharge and its Abschaltflanke provides for the recharging of the storage capacitor. In an advantageous embodiment, we measured the inductor current and switched off when reaching a predetermined value.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Taktgeneratorclock generator
22: D-Flip-Flop zur SendersteuerungD flip-flop for transmitter control
33: Treiberstufe für den SenderDriver stage for the transmitter
44: Zenerdiode in der StrommessschaltungZener diode in the current measuring circuit
55: Komparator zur StrombegrenzungComparator for current limitation
66: Variable VerzögerungseinheitVariable delay unit
77: Schutzschaltung für den EmpfängerProtection circuit for the receiver
88th: Verstärker für das EmpfangssignalAmplifier for the received signal
99: Komparator zur SchaltpunkteinstellungComparator for switching point adjustment
1010: D-Flip-Flop zur AbtastungD flip-flop for sampling
1111: Endstufe, SchaltausgangPower amplifier, switching output
1212: KurzschlussschutzschaltungShort-circuit protection circuit
AA: Auswerteschaltungevaluation
CC: Speicherkondensatorstorage capacitor
DD: Drosselthrottle
MM: StrommesswiderstandCurrent sense resistor
PP: Sendestufetransmitting stage
SS: Sendespule (Empfangsspule)Transmitting coil (receiving coil)
TT: Target, metallischer AuslöserTarget, metallic trigger

Claims

Inductive proximity switch according to the pulse method with a transmitting coil (S), a transmitting stage (P), which serves to generate a current pulse, a storage capacitor (C), and an evaluation circuit (A), characterized in that a throttle (D) is present, with the storage capacitor (C) and the transmission stage (P) are connected to a boost converter.

Inductive proximity switch according to claim 1, characterized in that the throttle (D) is connected to a current measuring resistor (M) whose measured value generates a signal for power cut-off.

Inductive proximity switch according to claim 2, wherein the first terminal of the inductor (D) via the current measuring resistor (M) is connected to the operating voltage and the second terminal of the inductor (D) via a first diode with both a first terminal of the transmission stage (P) and is connected to the first terminal of the storage capacitor (C), a second terminal of the transmission stage (P) is connected to ground, the second terminal of the storage capacitor (C) is connected to a second and a third diode, one of the two diodes directly and the another is connected to ground via the transmitting coil (S).

Method for operating an inductive proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that in a first method step the storage capacitor (C) is charged by switching off the choke (D) to a voltage substantially above the operating voltage and in a second method step the storage capacitor ( C) is discharged via the transmitting coil (S) with a significantly lower inductance than the throttle (D) and in a third method step, the throttle (D) is energized again.

A method according to claim 4, characterized in that the same control pulse with a first edge, the discharge of the storage capacitor (C) via the transmitting coil (S) and with a second edge, the recharging of the storage capacitor (C) via the throttle (D) triggers.