Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Ortung metallischer oder magnetischer Objekte gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a sensor for locating metallic or magnetic objects according to claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Im Stand der Technik ist aus WO 2010/133328 A1 ein Sensor zur Ortung metallischer oder magnetischer Objekte bekannt, wobei zwei Sendespulen und eine Empfangsspule vorgesehen sind. Die Sendespulen und die Empfangsspule sind induktiv miteinander gekoppelt und zur Wechselwirkungsentkopplung teilweise überlappend angeordnet. Zudem ist eine Regelschaltung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die Empfangsspannung in der Empfangsspule zum Verschwinden zu bringen. Eine erste Sendespule ist mit einer ersten Empfangsspule in einer ersten Ebene angeordnet. Eine zweite Sendespule ist mit einer zweiten Empfangsspule in einer zweiten Ebene angeordnet. Die Sende- und Empfangsspulen der ersten Ebene sind gegenüber der Sende- und Empfangsspulen der zweiten Ebene um einen Winkel verdreht. Zudem sind die gemeinsamen Mittelachsen der jeweils in einer Ebene angeordneten Paare von Sende- und Empfangsspulen zueinander verschoben.In the prior art is off WO 2010/133328 A1 a sensor for locating metallic or magnetic objects known, wherein two transmitting coils and a receiving coil are provided. The transmitting coils and the receiving coil are inductively coupled together and partially overlapping arranged for interaction decoupling. In addition, a control circuit is provided which is adapted to bring the receiving voltage in the receiver coil to disappear. A first transmitting coil is arranged with a first receiving coil in a first plane. A second transmitting coil is arranged with a second receiving coil in a second plane. The transmitting and receiving coils of the first level are rotated relative to the transmitting and receiving coils of the second level by an angle. In addition, the common center axes of the respective pairs of transmitting and receiving coils arranged in a plane are shifted relative to each other.
Aus DE 10 2011 085 876 A1 ist ein Sensor zur Ortung metallischer oder magnetischer Objekte mit Sendespulen und einer Empfangsspule bekannt, wobei die Empfangsspule als zwei Empfangsteilspulen gebildet ist, wobei die erste Sendespule und die erste Empfangsteilspule in einer Ebene angeordnet sind, wobei eine erste Gerade in einem Mittelpunkt eine zweite Gerade senkrecht schneidet, wobei die erste Sendespule spiegelsymmetrisch zur ersten Geraden angeordnet ist. Diese Symmetrie bezogen auf die zweite Achse weist auch die erste Empfangsteilspule auf. Der erste Mittelpunkt und der zweite Mittelpunkt sind auf einer Mittenachse angeordnet, wobei die Mittenachse senkrecht zu den zwei Ebenen steht. Die erste Gerade und die erste weitere Gerade sind um einen Winkel verdreht zueinander angeordnet.Out DE 10 2011 085 876 A1 a sensor for locating metallic or magnetic objects with transmitting coils and a receiving coil is known, wherein the receiving coil is formed as two receiving sub-coils, wherein the first transmitting coil and the first receiving sub-coil are arranged in a plane, wherein a first straight line at a center a second straight line cuts, wherein the first transmitting coil is arranged mirror-symmetrically to the first straight line. This symmetry with respect to the second axis also has the first receiving sub-coil. The first midpoint and the second midpoint are located on a center axis with the center axis perpendicular to the two planes. The first straight line and the first further straight line are arranged rotated by an angle to each other.
Aus DE 10 2009 021 804 A1 ist ein Metalldetektor mit symmetrischen Sende- und Empfangselektroden bekannt. Diese Spulen sind gegenüber der Empfangsspule verdreht. Die Sendespulen können insbesondere bei großen Fertigungstoleranzen durch unterschiedliche Bestromung so gesteuert werden, dass ein Auslöschungspunkt verschoben werden kann.Out DE 10 2009 021 804 A1 a metal detector with symmetrical transmitting and receiving electrodes is known. These coils are twisted relative to the receiver coil. The transmission coils can be controlled in particular for large manufacturing tolerances by different energization so that an extinction point can be moved.
Aus DE 44 23 661 A1 ist ein Metalldetektor mit verschiedenen Sende- und Empfangsspulenanordnungen bekannt. Die Sendespulen sind symmetrisch aufgebaut und die Empfangsspulen sind gegenüber den Sendespulen verdreht angeordnet. Auch sind die unterschiedlichen Sendespulen unterschiedlich aufgebaut. Die Empfangsspulenanordnung weist in Bezug auf die Sendespulenanordnung eine Orthogonalspulenanordnung auf.Out DE 44 23 661 A1 For example, a metal detector with various transmit and receive coil arrangements is known. The transmitting coils are constructed symmetrically and the receiving coils are arranged rotated relative to the transmitting coils. Also, the different transmission coils are constructed differently. The receiving coil arrangement has an orthogonal coil arrangement with respect to the transmitting coil arrangement.
Aus US 4 810 966 A ist eine Spulenanordnung mit symmetrischen Sende- und Empfangsspulen bekannt, die gegeneinander um 90° gedreht sind.Out US 4,810,966 A is a coil assembly with symmetrical transmitting and receiving coils known, which are rotated against each other by 90 °.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Sensor zur Ortung metallischer und magnetischer Objekte bereitzustellen.The object of the invention is to provide an improved sensor for locating metallic and magnetic objects.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Sensor gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The object of the invention is achieved by the sensor according to claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Ein Vorteil des Sensors gegenüber dem bekannten Stand der Technik besteht darin, dass keine Verschiebung der Mittelachsen der Spulenanordnungen der verschiedenen Ebenen notwendig ist, die zu einer Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses führt.An advantage of the sensor over the known prior art is that no displacement of the center axes of the coil arrangements of the different levels is necessary, which leads to a deterioration of the signal-to-noise ratio.
Ein weiterer Vorteil besteht im Ausgleich von Fertigungstoleranzen durch eine Variation der Induktivität der Sendespulen, d. h. die Sendespulen erzeugen bei gleichem Strom unterschiedliche elektromagnetische Felder. Dadurch werden Fertigungstoleranzen und zeitliche und abhängig von Umgebungsbedingungen sich ändernde elektrische Eigenschaften von Schaltern, Lötbrücken usw. ausgeglichen. Im Stand der Technik erfordert ein analoger Ausgleich von Fertigungstoleranzen eine zusätzliche Verschiebung der Mittelachsen, was nicht möglich ist, wenn die Spulen als Printspulen auf einer Vorder- und Rückseite einer einzelnen Leiterplatte angeordnet sind.Another advantage is the compensation of manufacturing tolerances by a variation of the inductance of the transmitting coils, d. H. the transmit coils generate different electromagnetic fields at the same current. As a result, manufacturing tolerances and temporal and depending on environmental conditions changing electrical properties of switches, solder bridges, etc. are compensated. In the prior art, an analog compensation of manufacturing tolerances requires an additional shift of the center axes, which is not possible if the coils are arranged as print coils on a front and back of a single circuit board.
In einer Ausführungsform unterscheiden sich die Wicklungen der Sendespulen in der Länge der elektrischen Leitungen. Dadurch können auf einfache Weise unterschiedliche Induktivitäten erzeugt werden, die zudem präzise festgelegt sind.In one embodiment, the windings of the transmitting coils differ in the length of the electrical lines. As a result, different inductances can be generated in a simple manner, which are also precisely defined.
In einer Ausführungsform unterscheiden sich die Sendesspulen in der Anzahl der Wicklungen.In one embodiment, the transmit coils differ in the number of turns.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein mittlerer Durchmesser der Wicklungen der ersten Sendespule unterschiedlich zum mittleren Durchmesser der Wicklungen der zweiten Sendespule.In a further embodiment, a mean diameter of the windings of the first transmitting coil is different from the mean diameter of the windings of the second transmitting coil.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Wicklungen der ersten Sendespule, insbesondere teilkreisförmige und/oder gerade Abschnitte der Wicklungen, andere Abstände zueinander auf im Vergleich zu Wicklungen der zweiten Sendespule.In a further embodiment, the windings of the first transmitting coil, in particular part-circular and / or straight portions of the windings, other distances from one another compared to windings of the second transmitting coil.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:
1 eine erste Sendespule mit einer Empfangsteilspule, 1 a first transmitting coil with a receiving sub-coil,
2 eine zweite Sendespule mit einer zweiten Empfangsteilspule, 2 a second transmitting coil having a second receiving sub-coil,
3 die Anordnung der Sende- und Empfangsteilspulen übereinander in zwei Ebenen, 3 the arrangement of the transmitting and receiving sub-coils one above the other in two levels,
4 eine weitere erste Sendespule und eine weitere erste Empfangsteilspule, 4 a further first transmitting coil and a further first receiving partial coil,
5 eine weitere zweite Sendespule und eine weitere zweite Empfangsteilspule, 5 a further second transmitting coil and a further second receiving partial coil,
6 die Anordnung der weiteren Sende- und Empfangsteilspulen der 4 und 5 übereinander, und 6 the arrangement of the other transmitting and receiving sub-coils of 4 and 5 on top of each other, and
7 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Bestromung der Sendespulen und zum Auswerten des Empfangssignals der Empfangsspule. 7 a schematic representation of a circuit arrangement for energizing the transmitting coil and for evaluating the received signal of the receiving coil.
Ein Grundprinzip des Sensors besteht darin, mithilfe von Sendespulen elektromagnetische Felder zu erzeugen und eine Störung der elektromagnetischen Felder durch magnetische oder metallische Objekte mithilfe einer Empfangsspule zu detektieren. In der Empfangsspule wird durch die von den Sendespulen erzeugten elektromagnetischen Felder aufgrund der Maxwell'schen Gleichungen eine Empfangsspannung erzeugt. Wird der Sensor in die Nähe eines magnetischen oder metallischen Objektes bewegt, so verändern sich die elektromagnetischen Felder. Dies bewirkt wiederum eine Änderung der Empfangsspannung. Die Änderung der Empfangsspannung wird mithilfe einer Sensorelektronik erfasst und ausgewertet. Die Abstimmung der Empfangsspule und der Sendespulen ist relativ aufwendig und kann z. B. durch Fertigungsungenauigkeiten der Elemente der Empfangsspule sehr beeinträchtigt werden.A basic principle of the sensor is to generate electromagnetic fields by means of transmitting coils and to detect a disturbance of the electromagnetic fields by magnetic or metallic objects by means of a receiving coil. In the receiving coil, a received voltage is generated by the electromagnetic fields generated by the transmitting coils due to Maxwell's equations. If the sensor is moved in the vicinity of a magnetic or metallic object, the electromagnetic fields change. This in turn causes a change in the received voltage. The change in the received voltage is detected and evaluated using sensor electronics. The vote of the receiving coil and the transmitting coil is relatively expensive and can, for. B. are very affected by manufacturing inaccuracies of the elements of the receiving coil.
Für eine Verbesserung der Robustheit des Sensors gegenüber Fertigungstoleranzen ist es von Vorteil, die Induktivität der zwei Sendespulen unterschiedlich auszubilden, so dass die Sendespulen bei gleichem Strom unterschiedliche elektromagnetische Felder erzeugen. Dazu können die Sendespulen z. B. eine unterschiedliche Anzahl von Wicklungen aufweisen. Zudem können die Wicklungen der Sendespulen unterschiedlich lange elektrische Leitungen aufweisen. Für die Induktivität zählt die Länge der elektrischen Leitungen der Wicklung einer Sendespule. Die Unterschiede in der Induktivität betragen beispielsweise 0,1% oder mehr der Induktivität der Sendespule mit der größeren Induktivität.To improve the robustness of the sensor compared to manufacturing tolerances, it is advantageous to form the inductance of the two transmitting coils differently, so that the transmitting coils generate different electromagnetic fields at the same current. For this purpose, the transmission coils z. B. have a different number of windings. In addition, the windings of the transmitting coils may have different lengths of electrical lines. For the inductance, the length of the electrical wires counts the winding of a transmitting coil. The differences in the inductance are, for example, 0.1% or more of the inductance of the transmitting coil with the larger inductance.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Sendespule 1, deren Wicklungen in einer D-Form ausgebildet sind und die in einer ersten Ebene des Sensors angeordnet ist. Die erste Sendespule 1 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitten 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 bildet fast einen vollen Halbkreis. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt weist einen radialen ersten Mittelpunkt 6 auf. Durch den ersten Mittelpunkt 6 ist eine erste Gerade 14 eingezeichnet, die in der ersten Ebene verläuft. Senkrecht zur ersten Geraden 14 ist eine zweite Gerade 24 eingezeichnet, die ebenfalls in der ersten Ebene verläuft. Die geraden Abschnitte 13 der ersten Sendespule 1 sind senkrecht zur ersten Geraden 14 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 der ersten Sendespule 1 sind spiegelsymmetrisch zur ersten Geraden 14 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte sind entlang der ersten Geraden 14 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert. Die Längen der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 nehmen von außen nach innen beispielsweise um jeweils den gleichen Wert ab. 1 shows a schematic representation of a first transmission coil 1 whose windings are formed in a D-shape and which is arranged in a first plane of the sensor. The first transmission coil 1 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 makes almost a full semicircle. The outermost arcuate section has a radial first center 6 on. Through the first center 6 is a first straight line 14 drawn in the first level. Perpendicular to the first straight 14 is a second straight line 24 drawn, which also runs in the first level. The straight sections 13 the first transmission coil 1 are perpendicular to the first straight line 14 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 12 the first transmission coil 1 are mirror-symmetrical to the first straight line 14 arranged. Radial centers of the circular arc sections are along the first straight line 14 arranged. The radii of the individual circular arc sections 12 For example, they differ by the same value. The lengths of the individual circular arc sections 12 From the outside to the inside, for example, they each decrease by the same value.
In der Ebene der ersten Sendespule 1 ist eine erste Empfangsteilspule 2 angeordnet, deren Wicklungen ebenfalls in einer D-Form ausgebildet sind. Die erste Empfangsteilspule 2 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitten 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 bildet fast einen vollen Halbkreis. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 weist als Kreismittelpunkt den ersten Mittelpunkt 6 auf. Die geraden Abschnitte 13 sind senkrecht zur ersten Geraden 14 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 der ersten Empfangsteilspule 2 sind spiegelsymmetrisch zur ersten Geraden 14 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte 12 sind entlang der ersten Geraden 14 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert. Die Längen der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 nehmen von außen nach innen beispielsweise um jeweils den gleichen Wert ab.In the plane of the first transmission coil 1 is a first receiving sub-coil 2 arranged, whose windings are also formed in a D-shape. The first receiving sub-coil 2 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 makes almost a full semicircle. The outermost arcuate section 12 has the center of the circle as the first center 6 on. The straight sections 13 are perpendicular to the first straight line 14 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 12 the first receiving sub-coil 2 are mirror-symmetrical to the first straight line 14 arranged. Radial centers of the circular arc sections 12 are along the first straight 14 arranged. The radii of the individual circular arc sections 12 For example, they differ by the same value. The lengths of the individual circular arc sections 12 From the outside to the inside, for example, they each decrease by the same value.
Die erste Sendespule 1 und die erste Empfangsspule 2 sind im Wesentlichen spiegelsymmetrisch gegenüberliegend zur zweiten Geraden 24 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Empfangsteilspule 2 nahezu identisch zur ersten Sendespule 1 ausgebildet. Die erste Sendespule 1 weist die gleiche Anzahl von Wicklungen und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 weisen die gleichen Radien wie die Wicklungen der ersten Empfangsteilspule 2 auf.The first transmission coil 1 and the first receiver coil 2 are essentially in mirror symmetry opposite to the second straight line 24 arranged. In the illustrated embodiment, the first receiving sub-coil 2 almost identical to the first transmission coil 1 educated. The first transmission coil 1 has the same number of windings and the circular arc sections 12 have the same radii as the windings of the first receiving sub-coil 2 on.
Die erste Sendespule 1 weist erste Anschlüsse 8, 18 auf. Die erste Empfangsteilspule 2 weist einen zweiten Anschluss 9 und eine Durchkontaktierung 19 zu einer zweiten Ebene auf. Über die ersten Anschlüsse 8, 18 wird die erste Sendespule mit einem Sendestrom versorgt. Über den zweiten Anschluss 9 wird ein Empfangssignal an der ersten Empfangsteilspule 2 abgegriffen.The first transmission coil 1 has first connections 8th . 18 on. The first receiving sub-coil 2 has a second port 9 and a via 19 to a second level. About the first connections 8th . 18 the first transmission coil is supplied with a transmission current. About the second connection 9 becomes a received signal at the first receiving sub-coil 2 tapped.
2 zeigt eine zweite Sendespule 3, die in einer zweiten Ebene des Sensors angeordnet ist, deren Wicklungen ebenfalls in einer D-Form ausgebildet sind. Die zweite Sendespule 3 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitten 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 bildet fast einen vollen Halbkreis. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 weist einen radialen zweiten Mittelpunkt 7 auf. Durch den zweiten Mittelpunkt 7 ist eine erste weitere Gerade 25 eingezeichnet, die in der zweiten Ebene angeordnet ist. Senkrecht zur ersten weiteren Geraden 24 ist eine zweite weitere Gerade 26 eingezeichnet, die in der zweiten Ebene angeordnet ist. Die geraden Abschnitte 13 sind senkrecht zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 der zweiten Sendespule 3 sind spiegelsymmetrisch zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte sind entlang der ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert. Die Längen der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 nehmen von außen nach innen beispielsweise um jeweils den gleichen Wert ab. 2 shows a second transmission coil 3 disposed in a second plane of the sensor whose windings are also formed in a D-shape. The second transmission coil 3 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 makes almost a full semicircle. The outermost arcuate section 12 has a radial second center 7 on. Through the second center 7 is a first more straight line 25 drawn, which is arranged in the second level. Perpendicular to the first further straight line 24 is a second more straight line 26 drawn, which is arranged in the second level. The straight sections 13 are perpendicular to the first further straight line 25 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 12 the second transmission coil 3 are mirror-symmetrical to the first further straight line 25 arranged. Radial centers of the circular arc-shaped sections are along the first further straight line 25 arranged. The radii of the individual circular arc sections 12 For example, they differ by the same value. The lengths of the individual circular arc sections 12 From the outside to the inside, for example, they each decrease by the same value.
In der Ebene der zweiten Sendespule 3 ist eine zweite Empfangsteilspule 4 angeordnet, deren Wicklungen ebenfalls in einer D-Form ausgebildet sind. Die zweite Empfangsteilspule 4 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitten 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 bildet fast einen vollen Halbkreis. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 der zweiten Empfangsteilspule 4 weist als Kreismittelpunkt den zweiten Mittelpunkt 7 auf. Die geraden Abschnitte 13 sind senkrecht zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 der zweiten Empfangsteilspule 4 sind spiegelsymmetrisch zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte sind entlang der ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 14 unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert. Die Längen der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 nehmen von außen nach innen beispielsweise um jeweils den gleichen Wert ab. Die zweite Sendespule 3 und die zweite Empfangsteilspule 4 sind in Bezug auf die zweite weitere Gerade 26 spiegelsymmetrisch auf gegenüber liegenden Seiten angeordnet.In the plane of the second transmission coil 3 is a second receiving sub-coil 4 arranged, whose windings are also formed in a D-shape. The second receiving sub-coil 4 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 makes almost a full semicircle. The outermost arcuate section 12 the second receiving sub-coil 4 has the second center as the center of the circle 7 on. The straight sections 13 are perpendicular to the first further straight line 25 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 12 the second receiving sub-coil 4 are mirror-symmetrical to the first further straight line 25 arranged. Radial centers of the circular arc-shaped sections are along the first further straight line 25 arranged. The radii of the individual circular arc sections 14 For example, they differ by the same value. The lengths of the individual circular arc sections 12 From the outside to the inside, for example, they each decrease by the same value. The second transmission coil 3 and the second receiving sub-coil 4 are in relation to the second more straight line 26 arranged mirror-symmetrically on opposite sides.
Die zweite Sendespule 3 weist dritte Anschlüsse 10, 20 auf, über die ein Sendestrom der zweiten Sendespule 3 zugeführt wird. Zudem steht die zweite Empfangsspule 4 über die Durchkontaktierung 19 mit der ersten Empfangsteilspule 2 in Verbindung. Die zweite Empfangsteilspule 4 weist einen vierten Anschluss 11 auf, über den ein von der ersten und der zweiten Empfangsteilspule 4 erfasstes Empfangssignal abgegriffen werden kann.The second transmission coil 3 has third connections 10 . 20 on, over which a transmission current of the second transmitting coil 3 is supplied. In addition, there is the second receiver coil 4 via the via 19 with the first receiving sub-coil 2 in connection. The second receiving sub-coil 4 has a fourth port 11 on, via the one of the first and the second receiving sub-coil 4 detected received signal can be tapped.
Die zweite Empfangsteilspule 4 ist identisch zur ersten Empfangsteilspule 2 ausgebildet. Die zweite Sendespule 3 ist unterschiedlich zur ersten Sendespule 1 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zweite Sendespule 3 eine zusätzliche innere Wicklung mit einem zusätzlichen inneren kreisbogenförmigen Abschnitt 12 und einem geraden Abschnitt 13 auf. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt der zweiten Sendespule 3 weist den gleichen Radius wie der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 der ersten Sendespule 1 auf. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch die zweite Sendespule 3 eine zusätzliche äußere Wicklung aufweisen.The second receiving sub-coil 4 is identical to the first receiving sub-coil 2 educated. The second transmission coil 3 is different from the first transmission coil 1 educated. In the illustrated embodiment, the second transmitting coil 3 an additional inner winding with an additional inner circular arc section 12 and a straight section 13 on. The outermost arcuate section of the second transmitter coil 3 has the same radius as the outermost arcuate section 12 the first transmission coil 1 on. Depending on the chosen design, the second transmitter coil can also be used 3 have an additional outer winding.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Anordnung der zwei Sendespulen 1, 3 und der zwei Empfangsteilspulen 3, 4 der 1 und 2 gemäß einer Anordnung in einem Sensor, in dem die zwei Ebenen übereinander angeordnet sind. Dabei sind z. B. die erste Sendespule 1 und die erste Empfangsteilspule 2 auf einer ersten Seite und die zweite Sendespule 3 und die zweite Empfangsteilspule 4 auf einer zweiten Seite einer Leiterplatte angeordnet. Die erste und die zweite Empfangsteilspule 2, 4 sind zu einer Empfangsspule verbunden. Die Sende- und Empfangsteilspulen sind in der Weise angeordnet, dass der erste und der zweite Mittelpunkt 6, 7 zusammen fallen. Die Sende- und Empfangsteilspule der zwei Ebenen sind gegeneinander verdreht, so dass die erste Gerade 14 und die erste weitere Gerade 25 einen Winkel zueinander aufweisen. In dem dargestellten Beispiel beträgt der Winkel ungefähr 45°. Typische Winkel für Spulen mit 40 Windungen, 4 cm Durchmesser und Abstand der Ebenen von 1,5 mm liegen im Bereich zwischen 65° und 70°. 3 shows a schematic representation of the arrangement of the two transmitting coils 1 . 3 and the two receiving sub-coils 3 . 4 of the 1 and 2 according to an arrangement in a sensor in which the two planes are arranged one above the other. Here are z. B. the first transmitting coil 1 and the first receiving sub-coil 2 on a first side and the second transmitting coil 3 and the second receiving sub-coil 4 arranged on a second side of a circuit board. The first and the second receiving sub-coil 2 . 4 are connected to a receiving coil. The transmitting and receiving sub-coils are arranged in such a way that the first and the second center 6 . 7 fall together. The transmitting and receiving sub-coil of the two levels are rotated against each other, so that the first straight line 14 and the first more straight 25 have an angle to each other. In the illustrated example, the angle is about 45 °. Typical angles for coils with 40 turns, 4 cm diameter and spacing of the planes of 1.5 mm are in the range between 65 ° and 70 °.
Die zweite Sendespule 3 weist in dem dargestellten Beispiel eine größere Anzahl von Wicklungszahlen als die erste Sendespule 1 auf, wobei die Wicklungszahl der zweiten Sendespule 3 um einen ganzzahligen Wert oder um einen gebrochenzahligen Wert größer ist.The second transmission coil 3 in the example shown has a greater number of winding numbers than the first transmitting coil 1 on, wherein the winding number of the second transmitting coil 3 is an integer value or a fractional value greater.
Abhängig von der Ausführungsform kann auch die Anzahl der Wicklungen der ersten Sendespule 1 größer als die Anzahl der Wicklungen der zweiten Sendespule 3 sein. Die erste und die zweite Empfangsteilspule 2, 4 sind vorzugsweise identisch ausgebildet, d. h. sie haben die gleiche Wicklungszahl und die gleichen Radien für die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12.Depending on the embodiment, the number of windings of the first transmission coil 1 greater than the number of windings of the second transmitter coil 3 be. The first and the second receiving sub-coil 2 . 4 are preferably identical, ie they have the same number of turns and the same radii for the circular arc-shaped first sections 12 ,
4 zeigt eine erste Ebene einer weitere Ausführungsform eines Sensors, wobei die erste Sendespule 1 Wicklungen aufweist, die in einer D-Form angeordnet sind. Die erste Sendespule 1 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitte 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 weist als Kreismittelpunkt einen ersten Mittelpunkt 6 auf. Durch den ersten Mittelpunkt 6 ist eine erste Gerade 14 in der ersten Ebene eingezeichnet. Senkrecht zur ersten Geraden 14 ist eine zweite Gerade 24 in der ersten Ebene eingezeichnet. Die geraden Abschnitte 13 sind senkrecht zur ersten Geraden 14 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 der ersten Sendespule 1 sind spiegelsymmetrisch zur ersten Geraden 14 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte 12 sind entlang der ersten Geraden 14 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert. 4 shows a first level of another embodiment of a sensor, wherein the first transmitting coil 1 Has windings which are arranged in a D-shape. The first transmission coil 1 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 has as a circle center a first center 6 on. Through the first center 6 is a first straight line 14 drawn in the first level. Perpendicular to the first straight 14 is a second straight line 24 drawn in the first level. The straight sections 13 are perpendicular to the first straight line 14 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 12 the first transmission coil 1 are mirror-symmetrical to the first straight line 14 arranged. Radial centers of the circular arc sections 12 are along the first straight 14 arranged. The radii of the individual circular arc-shaped sections differ, for example, by the same value in each case.
In der ersten Ebene der ersten Sendespule 1 ist eine erste Empfangsteilspule 2 angeordnet, deren Wicklungen ebenfalls in einer D-Form ausgebildet sind. Die erste Empfangsteilspule 2 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitten 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 weist als Kreismittelpunkt den radialen ersten Mittelpunkt 6 auf. Die geraden Abschnitte 13 sind senkrecht zur ersten Geraden 14 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 14 der ersten Empfangsteilspule 2 sind spiegelsymmetrisch zur ersten Geraden 14 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte sind entlang der ersten Geraden 14 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert. Die erste Sendespule 1 und die erste Empfangsteilspule 2 sind spiegelsymmetrisch gegenüberliegend zur zweiten Geraden 24 angeordnet.In the first level of the first transmission coil 1 is a first receiving sub-coil 2 arranged, whose windings are also formed in a D-shape. The first receiving sub-coil 2 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 has as a circle center the radial first center 6 on. The straight sections 13 are perpendicular to the first straight line 14 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 14 the first receiving sub-coil 2 are mirror-symmetrical to the first straight line 14 arranged. Radial centers of the circular arc sections are along the first straight line 14 arranged. The radii of the individual circular arc sections 12 For example, they differ by the same value. The first transmission coil 1 and the first receiving sub-coil 2 are mirror-symmetric opposite to the second straight line 24 arranged.
Die erste Empfangsteilspule 2 weist die gleiche Anzahl von Wicklungen wie die erste Sendespule 1 auf und die Radien der kreisbogenförmigen Abschnitt 12 sind gleich groß.The first receiving sub-coil 2 has the same number of windings as the first transmission coil 1 on and the radii of the circular arc section 12 are the same size.
5 zeigt eine zweite Ebene der weiteren Ausführungsform des Sensors mit einer zweiten Sendespule 3 und einer zweiten Empfangsteilspule 4. Die zweite Sendespule 3 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitten 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 weist als Kreismittelpunkt einen zweiten Mittelpunkt 7 auf. Durch den zweiten Mittelpunkt 7 ist eine erste weitere Gerade 25 in der zweiten Ebene eingezeichnet. Senkrecht zur ersten weiteren Geraden 24 ist eine zweite weitere Gerade 26 in der zweiten Ebene eingezeichnet. Die geraden Abschnitte 13 sind senkrecht zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 der zweiten Sendespule 3 sind spiegelsymmetrisch zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte sind entlang der ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 12 unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert. 5 shows a second level of the further embodiment of the sensor with a second transmitting coil 3 and a second receiving sub-coil 4 , The second transmission coil 3 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 has a second center as the center of the circle 7 on. Through the second center 7 is a first more straight line 25 drawn in the second level. Perpendicular to the first further straight line 24 is a second more straight line 26 drawn in the second level. The straight sections 13 are perpendicular to the first further straight line 25 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 12 the second transmission coil 3 are mirror-symmetrical to the first further straight line 25 arranged. Radial centers of the circular arc-shaped sections are along the first further straight line 25 arranged. The radii of the individual circular arc sections 12 For example, they differ by the same value.
In der zweiten Ebene der zweiten Sendespule 3 ist eine zweite Empfangsteilspule 4 angeordnet, deren Wicklungen ebenfalls in einer D-Form ausgebildet sind. Die zweite Empfangsteilspule 4 weist Wicklungen mit kreisbogenförmigen Abschnitten 12 auf, die mit geraden Abschnitten 13 in Verbindung stehen. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 weist als Kreismittelpunkt den zweiten Mittelpunkt 7 auf. Die geraden Abschnitte 13 sind senkrecht zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die geraden Abschnitte 13 und die kreisbogenförmigen Abschnitte 12 sind spiegelsymmetrisch zur ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Radiale Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Abschnitte sind entlang der ersten weiteren Geraden 25 angeordnet. Die Radien der einzelnen kreisbogenförmigen Abschnitte 14 unterscheiden sich beispielsweise um jeweils den gleichen Wert.In the second level of the second transmitter coil 3 is a second receiving sub-coil 4 arranged, whose windings are also formed in a D-shape. The second receiving sub-coil 4 has windings with circular arc sections 12 on, with straight sections 13 keep in touch. The circular arc-shaped first sections 12 are arranged symmetrically to each other. The outermost arcuate section 12 has the second center as the center of the circle 7 on. The straight sections 13 are perpendicular to the first further straight line 25 arranged. The straight sections 13 and the circular arc sections 12 are mirror-symmetrical to the first further straight line 25 arranged. Radial centers of the circular arc-shaped sections are along the first further straight line 25 arranged. The radii of the individual circular arc sections 14 For example, they differ by the same value.
Die zweite Sendespule 3 weist dritte Anschlüsse 10, 20 auf, über die ein Sendestrom der zweiten Sendespule 3 zugeführt wird. Die zweite Empfangsteilspule 4 weist einen vierten Anschluss 11 auf, über den ein von der zweiten Empfangsteilspule 4 erfasstes Empfangssignal abgegriffen werden kann. Zudem steht die zweite Empfangsteilspule 4 über die Durchkontaktierung 19 mit der ersten Empfangsteilspule 2 in Verbindung und bildet mit dieser eine Empfangsspule. Die erste und die zweite Empfangsteilspule 2,4 sind identisch ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die erste und die zweite Empfangsteilspule auch unterschiedliche Induktivitäten aufweisen.The second transmission coil 3 has third connections 10 . 20 on, over which a transmission current of the second transmitting coil 3 is supplied. The second receiving sub-coil 4 has a fourth port 11 on, over the one of the second receiving sub-coil 4 detected received signal can be tapped. In addition, the second receiving sub-coil is available 4 via the via 19 with the first receiving sub-coil 2 in conjunction and forms with this a receiving coil. The first and the second receiving sub-coil 2 . 4 are identical. Depending on the selected embodiment, the first and the second receiving sub-coil may also have different inductances.
Die zweite Sendespule 3 weist mehr Wicklungen als die erste Sendespule 1 auf. Der mittlere Durchmesser der Wicklungen der ersten Sendespule 1 ist größer als der mittlere Durchmesser der zweiten Sendespule 3. Damit weist die erste Sendespule eine andere Länge an elektrischen Leitungen als die zweite Sendespule 3 auf. In dem dargestellten Beispiel ist die Länge der elektrischen Leitung der Wicklungen der zweiten Sendespule 3 größer als die Länge der elektrischen Leitung der Wicklungen der ersten Sendespule 1.The second transmission coil 3 has more windings than the first transmission coil 1 on. The mean diameter of the windings of the first transmitter coil 1 is greater than the average diameter of the second transmitter coil 3 , Thus, the first transmitting coil has a different length of electrical lines than the second transmitting coil 3 on. In the illustrated example, the length of the electrical line of the windings of the second transmitting coil 3 greater than the length of the electrical line of the windings of the first transmitting coil 1 ,
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zweite Sendespule 3 einen weiteren inneren kreisbogenförmigen Abschnitt 12 auf, der einen kleineren Radius als der innerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 der ersten Sendespule 1 aufweist. Der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt der ersten Sendespule 1 weist einen größeren Radius wie der äußerste kreisbogenförmige Abschnitt 12 der zweiten Sendespule 3 auf. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch die erste Sendespule 1 eine längere elektrische Leitung als die zweite Sendespule 3 aufweisen. Die zweite Sendespule 3 und die zweite Empfangsteilspule 4 sind in Bezug auf die zweite weitere Gerade 26 auf gegenüber liegenden Seiten angeordnet. Die kreisbogenförmigen ersten Abschnitte 12 der zweiten Sendespule 3 und der zweiten Empfangsteilspule 4 sind symmetrisch zu dem zweiten Mittelpunkt 7 angeordnet.In the illustrated embodiment, the second transmitting coil 3 another inner circular arc section 12 on, which has a smaller radius than the innermost arcuate section 12 the first transmission coil 1 having. The outermost arcuate section of the first transmission coil 1 has a larger radius than the outermost arcuate section 12 the second transmission coil 3 on. Depending on the selected design, the first transmission coil can also be used 1 a longer electrical line than the second transmitting coil 3 exhibit. The second transmission coil 3 and the second receiving sub-coil 4 are in relation to the second more straight line 26 arranged on opposite sides. The circular arc-shaped first sections 12 the second transmission coil 3 and the second receiving sub-coil 4 are symmetrical to the second center 7 arranged.
6 zeigt die Anordnung der ersten und der zweiten Ebene des Sensors mit der ersten Sendespule 1 und der ersten Empfangsteilspule 2 und mit der zweiten Sendespule 3 und mit der zweiten Empfangsteilspule 4 der 4 und 5. Dabei sind die erste Sendespule 1 und die erste Empfangsteilspule 2, z. B. auf einer ersten Seite und die zweite Sendespule 3 und die zweite Empfangsteilspule 4 auf einer zweiten Seite einer Leiterplatte angeordnet. Die erste und die zweite Empfangsteilspule 2, 4 sind zu einer Gesamtspule verbunden. Die Sende- und Empfangsteilspulen sind in der Weise angeordnet, dass der erste und der zweite Mittelpunkt 6, 7 zusammen fallen. Jedoch ist die Anordnung, wie aus den 4 und 5 deutlich erkennbar, gegeneinander verdreht, d. h. die erste Gerade 14 und die erste weitere Gerade 25 sind um einen festgelegten Winkel, insbesondere um 65°–70° gegeneinander verdreht. 6 shows the arrangement of the first and the second level of the sensor with the first transmitting coil 1 and the first receiving sub-coil 2 and with the second transmitting coil 3 and with the second receiving sub-coil 4 of the 4 and 5 , Here are the first transmission coil 1 and the first receiving sub-coil 2 , z. B. on a first side and the second transmission coil 3 and the second receiving sub-coil 4 arranged on a second side of a circuit board. The first and the second receiving sub-coil 2 . 4 are connected to a total coil. The transmitting and receiving sub-coils are arranged in such a way that the first and the second center 6 . 7 fall together. However, the arrangement is as out of the 4 and 5 clearly recognizable, twisted against each other, ie the first straight line 14 and the first more straight 25 are rotated by a predetermined angle, in particular by 65 ° -70 ° to each other.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können sich die erste und die zweite Sendespule eines Sensors sowohl in der Wicklungszahl als auch im mittleren Radius der kreisbogenförmigen Abschnitte 12 unterscheiden.Depending on the selected embodiment, the first and the second transmitting coil of a sensor can be both in the number of turns and in the middle radius of the circular arc-shaped sections 12 differ.
7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltung 1, 5 zum Bestromen der Sendespulen 1, 3 und zur Auswertung des Empfangssignals der Empfangsteilspule 2, 4. Die Schaltung 15 weist einen Bestromungseinheit 16 zur Bestromung der Sendespulen 1, 3 und eine Auswerteeinheit 17 zum Auswerten des Spannungssignals der Empfangsteilspulen 2, 4 auf. Die Bestromungseinheit 16 und die Auswerteeinheit 17 können über eine Steuerleitung 21 verbunden sein. Damit kann beispielsweise die Größe der über die Empfangsteilspulen 2, 4 erfassten Spannungen an die Bestromungseinheit 16 weitergeleitet werden. Weiter kann damit beispielsweise die Phase eines der Sendeströme oder beider Sendeströme an die Auswerteeinheit 17 weitergeleitet werden. Die Bestromungseinheit 16 ist beispielsweise in der Weise ausgebildet, dass die Amplituden und/oder Phasen der Ströme der Sendespulen vorgegeben sind und unabhängig von dem Empfangssignal der Empfangsteilspulen 2, 4 sind. Die Auswerteeinheit 17 ist beispielsweise in der Weise ausgebildet, das an den Empfangsteilspulen 2, 4 empfangene Signal sowohl nach Amplitude als auch nach Phase auszuwerten. 7 shows a schematic representation of a circuit 1 . 5 for energizing the transmitter coils 1 . 3 and for the evaluation of the received signal of the receiving sub-coil 2 . 4 , The circuit 15 has a power supply unit 16 for energizing the transmitter coils 1 . 3 and an evaluation unit 17 for evaluating the voltage signal of the receiving sub-coils 2 . 4 on. The energizing unit 16 and the evaluation unit 17 can via a control line 21 be connected. Thus, for example, the size of the receiving sub-coils 2 . 4 detected voltages to the power unit 16 to get redirected. Further, for example, the phase of one of the transmission currents or both transmission currents to the evaluation unit 17 to get redirected. The energizing unit 16 is formed for example in such a way that the amplitudes and / or phases of the currents of the transmitting coils are predetermined and independent of the received signal of the receiving sub-coils 2 . 4 are. The evaluation unit 17 is formed, for example, in the manner that at the receiving sub-coils 2 . 4 received signal to evaluate both amplitude and phase.
Abhängig vom Empfangssignal kann ein metallisches oder magnetisches Objekt im Bereich des Sensors von einer Überwachungseinheit erkannt werden.Depending on the received signal, a metallic or magnetic object in the region of the sensor can be detected by a monitoring unit.
Die beschriebene Anordnung eignet sich insbesondere für eine Ausbildung der Sende- und Empfangsteilspulen in den zwei Ebenen, wobei die zwei Ebenen auf einer Vorder- und einer Rückseite einer einzelnen Leiterplatte angeordnet sind. Die Spulen können dabei in Form von Printspulen ausgebildet sein, wobei die elektrischen Leitungen der Spulen auf die Leiterplatte aufgedruckt sind.The arrangement described is particularly suitable for forming the transmitting and receiving sub-coils in the two planes, wherein the two planes are arranged on a front and a rear side of a single printed circuit board. The coils may be formed in the form of print coils, wherein the electrical wires of the coils are printed on the circuit board.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Sendespulen und die Empfangsteilspulen auch andere Formen als die D-Form aufweisen, insbesondere als Kreisspulen ausgebildet sein.Depending on the selected embodiment, the transmitting coils and the receiving sub-coils may also have other shapes than the D-shape, in particular be designed as circular coils.
