DE102013216639A1 - Inductive proximity switch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen induktiver Näherungsschalter mit einem Schwingkreis mit einer Sensorspule 1 und einem Schwingkreiskondensator 2, der von einer Oszillatorschaltung 3 angeregt wird, und einer Auswerteeinheit 4 zur Steuerung der Oszillatorschaltung 3 und zur Erzeugung eines binären Schaltsignals, wobei die Oszillatoramplitude mit einem digitalen Potentiometer 5 eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Potentiometer 5 zwei parallel geschaltete Teilpotentiometer 5a und 5b aufweist,. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die digitalen Potentiometer 5a und 5b Bestandteil einer integrierten elektronischen Schaltung 6, die auch die Oszillatorschaltung 3 und die Auswerteeinheit 4 enthält.The invention relates to an inductive proximity switch with a resonant circuit with a sensor coil 1 and a resonant circuit capacitor 2, which is excited by an oscillator circuit 3, and an evaluation unit 4 for controlling the oscillator circuit 3 and for generating a binary switching signal, wherein the oscillator amplitude with a digital potentiometer. 5 is set, characterized in that the digital potentiometer 5 has two parallel-connected Teilpotentiometer 5a and 5b,. In an advantageous embodiment, the digital potentiometers 5a and 5b are part of an integrated electronic circuit 6, which also contains the oscillator circuit 3 and the evaluation unit 4.
Description
Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an inductive proximity switch according to the preamble of
Induktive Näherungsschalter sind seit langem bekannt und werden auch von der Anmelderin in großer Stückzahl hergestellt und vertrieben. Inductive proximity switches have long been known and are also produced and distributed by the applicant in large numbers.
Sie bestehen üblicherweise aus einem Schwingkreis mit einer Spule und einem Kondensator, der von einer Oszillatorschaltung angeregt wird, und einer Auswerteeinheit. Bei Annäherung eines metallischen bzw. elektrisch leitfähigen Gegenstandes (Schaltfahne) ändert sich der Bedämpfungszustand des Oszillators. Die Amplitude und/oder die Frequenz des Oszillators werden von der Auswerteeinheit erfasst, und bei Erreichen einer bestimmten Signalhöhe, die i. A. einem bestimmten Abstand der Schaltfahne entspricht, ein meist binäres Schaltsignal ausgegeben. They usually consist of a resonant circuit with a coil and a capacitor, which is excited by an oscillator circuit, and an evaluation unit. When approaching a metallic or electrically conductive object (switching flag), the damping state of the oscillator changes. The amplitude and / or the frequency of the oscillator are detected by the evaluation unit, and upon reaching a certain signal level, the i. A. corresponds to a certain distance of the switching flag, a mostly binary switching signal output.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Stromspiegeloszillator erwiesen, u. a. auch deshalb, weil er mit einem nicht mit zur Oszillatorkreis gehörigen Abgleichwiderstand einstellbar ist. Be particularly advantageous, the current mirror oscillator has proven u. a. also because it is adjustable with a compensation resistor not associated with the oscillator circuit.
Aus der
Für diese Geräte sind spezielle integrierte Schaltungen (ASICs) entwickelt worden. Um eine hohe Stückzahl zu erreichen, sollten diese integrierten Schaltungen in unterschiedlichen Gerätetypen mit den unterschiedlichsten Sensorspulen einsetzbar sein. Das erfordert wiederum einen möglichst großen Einstellbereich mit hoher Auflösung für den Abgleich der Sensoren, wobei auch noch die Toleranzen der Schalenkerne zu berücksichtigen sind. Special integrated circuits (ASICs) have been developed for these devices. In order to achieve a high number of pieces, these integrated circuits should be usable in different types of devices with a wide variety of sensor coils. This again requires the largest possible setting range with high resolution for the adjustment of the sensors, whereby also the tolerances of the shell cores are to be considered.
Wie sich gezeigt hat, reichen die herkömmlichen digitalen Potentiometer mit 8 Bit hierfür nicht aus. Weiterhin hat sich gezeigt, dass der Kennlinienverlauf entscheidend verbessert werden kann, wenn an Stelle der üblichen, nach Zweierpotenzen gestaffelten Widerstände, gleichartige Teilwiderstände eingesetzt werden. As it has been shown, the conventional 8-bit digital potentiometers are not sufficient for this purpose. Furthermore, it has been found that the characteristic curve can be decisively improved if, instead of the usual resistances staggered by powers of two, similar partial resistances are used.
Die Anzahl der verwendeten Einzelwiderstände und Schalttransistoren ist direkt proportional der Anzahl der realisierten Widerstandsschritte. Ein Potentiometer mit N Schritten (Auflösung ld (N) Bit) weist in der Regel N*x Bauteile auf. Ein Potentiometer mit 4 Schritten (2 Bit), weist demnach 4·x Bauteile auf. Neben dem Bedarf an Bauteilen nimmt natürlich auch der Einfluss parasitärer Effekte wie der Kapazität zu. Somit sind für ein digitales Potentiometer mit 8 Bit Auflösung an Stelle von 8 gestuften Widerständen 255 gleichartige Widerstände erforderlich. The number of individual resistors and switching transistors used is directly proportional to the number of resistance steps implemented. A potentiometer with N steps (resolution ld (N) bit) usually has N * x components. A 4-step (2-bit) potentiometer therefore has 4 x components. In addition to the demand for components, of course, the influence of parasitic effects such as capacity increases. Thus, for a digital potentiometer with 8 bit resolution, instead of 8 stepped resistors, 255 similar resistors are required.
Was für 8 Bit und vielleicht auch noch für 12 Bit in einer integrierten Schaltung möglich ist, ist spätestens bei 16 Bit mit über 65000 Widerständen nicht mehr sinnvoll. What is possible for 8 bits and maybe even for 12 bits in an integrated circuit is no longer sensible at the latest with 16 bits with more than 65000 resistors.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stand der Technik zu verbessern. Dabei soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, das o. g. Problem zumindest partiell zu lösen. The object of the invention is to improve the state of the art. In this case, a possibility should be shown that o. G. To solve the problem at least partially.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, an Stelle eines einzelnen digitalen Potentiometers mindestens zwei unterschiedlich abgestufte Potentiometer einzusetzen und diese parallel zu betreiben. The essential idea of the invention is to use at least two differently graduated potentiometers instead of a single digital potentiometer and to operate them in parallel.
Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der Widerstände lässt sich die Auflösung in Bit verdoppeln, ohne die Komplexität exponentiell zu erhöhen. Dabei können die Widerstände innerhalb eines Zweiges gleich oder unterschiedlich gestuft sein. Durch die im Ausführungsbeispiel gezeigte Wahl der Widerstände und die Reihenfolge der Ansteuerung lassen sich die differentielle Nichtlinearität der Kennlinie und deren Stetigkeit verbessern. By dimensioning the resistors according to the invention, the resolution can be doubled in bits without increasing the complexity exponentially. The resistances within a branch can be the same or different. The selection of the resistors and the sequence of the control shown in the exemplary embodiment make it possible to improve the differential nonlinearity of the characteristic curve and its continuity.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden digitalen Potentiometer gemeinsam mit der Oszillatorschaltung und der Auswerteschaltung in einem ASIC untergebracht. In an advantageous embodiment, the two digital potentiometers are housed together with the oscillator circuit and the evaluation circuit in an ASIC.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
Das digitale Potentiometer
Selbstverständlich können auch einzelne oder mehrere Bausteine aus dem ASIC herausgelöst und diskret aufgebaut werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Of course, individual or multiple modules can be removed from the ASIC and discretely built without departing from the spirit.
Die
Für die Herstellung einer integrierten Schaltung (ASIC) ist es vorteilhaft, nur gleichartige Widerstandsbausteine zu verwenden. Damit erzeugt man allerdings die bereits erwähnten doppelt belegten Schaltstufen. Deshalb sollten die Werte in den beiden Teilpotentiometern
Die Tabelle 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abstufung der Widerstände in den digitalen Potentiometern
In jedem der beiden Teilpotentiometer
Die nicht zur Einstellung des Potentiometers
Die Schaltreihenfolge für einen gleichmäßigen Kurvenverlauf ist aus der Spalte 2 ersichtlich. Die Spalte
Durch die Serien- oder Parallelschaltung des obigen Netzwerks mit weiteren digitalen Potentiometern oder herkömmlichen Widerständen lässt sich der Arbeitspunkt verschieben und / oder die Genauigkeit erhöhen. By serial or parallel connection of the above network with other digital potentiometers or conventional resistors can shift the operating point and / or increase the accuracy.
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sensorspule sensor coil
- 22
- Schwingkreiskondensator Resonant circuit capacitor
- 33
- Oszillatorschaltung oscillator circuit
- 44
- Auswerteeinheit evaluation
- 55
-
Digitales Potentiometer zum Abgleich, besteht aus den Teilpotentiometern
5a und5b Digital potentiometer for adjustment, consists of theTeilpotentiometern 5a and5b - 66
- Integrierte elektronischen Schaltung (ASIC) Integrated electronic circuit (ASIC)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4331555 A1 [0005] DE 4331555 A1 [0005]
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DE102015212412A1 (en) | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Ifm Electronic Gmbh | Electronically adjustable inductive proximity switch |
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DE4331555A1 (en) | 1992-09-30 | 1994-03-31 | Siemens Ag | Adjustable inductive proximity switch - uses learning mode to determine required switch function in normal operating mode |
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- 2013-08-22 DE DE102013216639.7A patent/DE102013216639B4/en active Active
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DE102015212412A1 (en) | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Ifm Electronic Gmbh | Electronically adjustable inductive proximity switch |
DE102015212412B4 (en) | 2015-07-02 | 2019-05-29 | Ifm Electronic Gmbh | Electronically adjustable inductive proximity switch |
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