DE102017128472A1

DE102017128472A1 - Inductive proximity switch and method of operating an inductive proximity switch

Info

Publication number: DE102017128472A1
Application number: DE102017128472.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Braunsmann; Thomas Kühn
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter, der folgende Komponenten aufweist: einen Schwingkreis mit einer Schwingkreisspule, einen Oszillatorverstärker und eine Ausgangsstufe, die mit dem Schwingkreis und/oder dem Oszillatorverstärker zusammenwirkt, zum Bereitstellen eines Ausgangssignals abhängig von einer Beeinflussung, insbesondere einer Dämpfung, des Schwingkreises durch ein nachzuweisendes Target. Der Näherungsschalter ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung vorhanden ist zum Messen einer Induktivität der Schwingkreisspule und dass eine Kompensationseinrichtung vorhanden ist, die mit der Messeinrichtung zusammenwirkt und dazu eingerichtet ist, den Schwingkreis, den Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe in Abhängigkeit einer gemessenen Induktivität der Schwingkreisspule einzustellen, um Veränderungen des Schwingkreises, die auf Änderungen der Induktivität zurückgehen, auszugleichen. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben eines induktiven Näherungsschalters.

The invention relates to an inductive proximity switch, comprising the following components: a resonant circuit with a resonant circuit coil, an oscillator amplifier and an output stage, which cooperates with the resonant circuit and / or the oscillator amplifier, for providing an output signal depending on an influence, in particular a damping, of the resonant circuit by a target to be detected. The proximity switch is inventively characterized in that a measuring device is provided for measuring an inductance of the resonant circuit coil and that a compensation device is provided which cooperates with the measuring device and is adapted to the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the output stage in response to a measured inductance to adjust the resonant circuit coil, to compensate for changes in the resonant circuit, which are due to changes in the inductance. The invention also relates to a method of operating an inductive proximity switch.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Gesichtspunkt einen induktiven Näherungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einem zweiten Gesichtspunkt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines induktiven Näherungsschalters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 24.The present invention relates in a first aspect to an inductive proximity switch according to the preamble of claim 1. In a second aspect, the invention relates to a method of operating an inductive proximity switch according to the preamble of claim 24.

Ein gattungsgemäßer induktiver Näherungsschalter ist beispielsweise beschrieben in DE 10 2013 202 573 B3 und weist folgende Komponenten auf: einen Schwingkreis mit einer Schwingkreisspule, einen Oszillatorverstärker und eine Ausgangsstufe, die mit dem Schwingkreis und/oder dem Oszillatorverstärker zusammenwirkt, zum Bereitstellen eines Ausgangssignals abhängig von einer Beeinflussung, insbesondere einer Dämpfung, des Schwingkreises durch ein nachzuweisendes Target.A generic inductive proximity switch is described for example in FIG DE 10 2013 202 573 B3 and comprises the following components: a resonant circuit with a resonant circuit coil, an oscillator amplifier and an output stage, which cooperates with the resonant circuit and / or the oscillator amplifier, for providing an output signal depending on an influence, in particular a damping, of the resonant circuit by a target to be detected.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines induktiven Näherungsschalters der oben beschriebenen Art ist ebenfalls in DE 10 2013 202 573 B3 beschrieben. Dabei wird aufgrund einer Beeinflussung, insbesondere einer Dämpfung, des Schwingkreises durch ein nachzuweisendes Target ein Ausgangssignal generiert und von einer Ausgangsstufe bereitgestellt.A generic method for operating an inductive proximity switch of the type described above is also in DE 10 2013 202 573 B3 described. In this case, an output signal is generated due to an influence, in particular an attenuation of the resonant circuit by a target to be detected and provided by an output stage.

Das Messprinzip eines induktiven Näherungsschalters besteht ganz allgemein zunächst darin, dass eine von einem Oszillator angetriebene Spule ein magnetisches Wechselfeld in einen Überwachungsbereich strahlt und dass eine Wechselwirkung zwischen diesem magnetischen Wechselfeld und einem nachzuweisenden Objekt, das auch als Target bezeichnet wird, gemessen wird. Ein Effekt, der dabei auftritt und zur Messung ausgewertet werden kann, ist, dass durch das magnetische Wechselfeld in einem metallischen Target Wirbelströme und damit Verluste entstehen, die dem Oszillator Energie entziehen.The measuring principle of an inductive proximity switch generally consists first of all in that a coil driven by an oscillator radiates an alternating magnetic field into a monitoring area and that an interaction between this alternating magnetic field and an object to be detected, which is also referred to as a target, is measured. An effect that occurs and can be evaluated for measurement, is that the magnetic alternating field in a metallic target eddy currents and thus losses occur that withdraw energy from the oscillator.

Bei dieser gängigsten Auswertemethode, die insbesondere bei dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter zum Einsatz kommen kann, wird die Dämpfung des Oszillators durch das herannahende Target ausgewertet. Dabei schaltet der Näherungsschalter bei einem bestimmten Abstand, dem sogenannten Schaltabstand, wenn die Dämpfung durch das sich annähernde Target so groß wird, dass die Schwingungsamplitude unter einen Schwellwert sinkt oder abreißt. Solch eine Auswertung kann mit vergleichsweise einfachen elektronischen Mitteln realisiert werden.In this most common evaluation method, which can be used in particular in the proximity switch according to the invention, the attenuation of the oscillator is evaluated by the approaching target. In this case, the proximity switch switches at a certain distance, the so-called switching distance, when the attenuation by the approaching target becomes so great that the oscillation amplitude drops below a threshold or tears off. Such an evaluation can be realized with comparatively simple electronic means.

Ein allgemeines Ziel ist bei induktiven Näherungsschaltern, dass der Schaltabstand möglichst groß und möglichst gut definiert sein soll.A general goal with inductive proximity switches is that the switching distance should be as large as possible and as well as possible.

Als Messgröße dient bei Näherungsschaltern im Allgemeinen eine Änderung der Resonanzimpedanz des Schwingkreises bei Annäherung eines zu überwachenden Targets an den Näherungsschalter. Die Resonanzimpedanz Rp ist dabei in guter Näherung gegeben durch Rp = L/(C*Rs), wobei L die Induktivität einer Schwingkreisspule, C die Kapazität des Schwingkreises und Rs der Wirkwiderstand der Schwingkreisspule bei der Resonanzfrequenz ist. Für die erzielbare Genauigkeit des Schaltabstands ist zu berücksichtigen, dass insbesondere der Wirkwiderstand Rs aber auch die Induktivität der Schwingkreisspule eine signifikante Temperaturabhängigkeit aufweisen. Eine Rolle spielt dabei auch, dass insbesondere Änderungen der Induktivität zum Teil nicht reproduzierbar und nicht reversibel sind und unter anderem von den verwendeten Vergussmaterialien und deren Vorgeschichte abhängen können. Das führt dazu, dass solche Effekte durch einen werksseitigen Abgleich des Näherungsschalters nicht korrigierbar sind. Die Größe der beobachteten Änderung der Resonanzimpedanz ist für den maximal erzielbaren Schaltabstand begrenzend, weil die Temperaturabhängigkeiten der relevanten physikalischen Eigenschaften der eingesetzten Komponenten zu erheblichen, nicht vernachlässigbaren Änderungen der Resonanzimpedanz führen. Aus diesem Grund sind bisher nur vergleichsweise kleine Schaltabstände realisierbar, wobei die Schaltabstände grundsätzlich von der Bauform abhängen.In the case of proximity switches, the measuring variable used is generally a change in the resonance impedance of the resonant circuit when the target to be monitored approaches the proximity switch. The resonance impedance Rp is given to a good approximation by Rp = L / (C * Rs), where L is the inductance of a resonant circuit coil, C is the capacitance of the resonant circuit and Rs is the effective resistance of the resonant circuit coil at the resonant frequency. For the achievable accuracy of the switching distance is to be considered that in particular the effective resistance Rs but also the inductance of the resonant circuit coil have a significant temperature dependence. It also plays a role that in particular changes in the inductance are partly not reproducible and not reversible and may depend inter alia on the potting materials used and their history. The result is that such effects can not be corrected by a factory adjustment of the proximity switch. The magnitude of the observed change in the resonance impedance is limiting for the maximum achievable switching distance, because the temperature dependencies of the relevant physical properties of the components used lead to significant, not negligible changes in the resonance impedance. For this reason, so far only comparatively small switching distances can be realized, the switching distances basically depend on the design.

Hierbei spielen Bauteiletoleranzen, insbesondere elektrische und mechanische Absoluttoleranzen sowie Fertigungstoleranzen, d.h. relative Toleranzen, eine Rolle. Abweichungen ergeben sich außerdem durch die Abhängigkeit elektrischer Parameter von den Fertigungstoleranzen, beispielsweise von Positionierungstoleranzen der Wicklung relativ zum Kern.In this case, component tolerances, in particular electrical and mechanical absolute tolerances as well as manufacturing tolerances, i. relative tolerances, a role. Deviations also result from the dependence of electrical parameters on the manufacturing tolerances, for example, positioning tolerances of the winding relative to the core.

Beachtet werden muss außerdem die Qualität der verwendeten Komponenten. Beispielsweise kann es aufgrund der Alterung von Bauteilen und Stoffen zu Driften elektrischer Parameter kommen. Schließlich können Alterungsprozesse auch eventuelle Verbindungen, beispielsweise Fügungen, verändern und verschlechtern, was wiederum zu Änderungen bzw. Driften der relevanten elektrischen Parameter führt.In addition, the quality of the components used must be considered. For example, due to the aging of components and materials, drifting of electrical parameters may occur. Finally, aging processes can also alter and worsen possible connections, for example, joints, which in turn leads to changes or drifts in the relevant electrical parameters.

Beispielsweise ändert sich bei der Bauform „M 18, shielded“ die Resonanzimpedanz bei Annäherung des Targets aus großer Entfernung nur noch um etwa 1 %, wenn zum Dreifachen des Normschaltabstands sn übergegangen wird. Demgegenüber beträgt bei dieser Bauform die Änderung bei Annäherung bis zum Normschaltabstand immerhin ca. 20 % der Resonanzimpedanz.For example, in the case of the "M 18 shielded" design, the resonance impedance changes as the target approaches from a great distance by only about 1%, if the transition is made to three times the standard switching distance sn. In contrast, in this design, the change in approach to the standard switching distance after all, about 20% of the resonance impedance.

Daraus folgt als Anforderung, dass der Wirkwiderstand und die Induktivität mit einer relativen Genauigkeit von besser als ein Promille gemessen werden müssen, wenn die Änderung des Normschaltabstands mit der Temperatur unter 10 Prozent gehalten werden soll.It follows as a requirement that the resistance and the inductance with a relative Accuracy of better than one thousandths must be measured if the change in the standard switching distance with the temperature should be kept below 10 percent.

Bei dem in DE 10 2013 202 573 B3 beschriebenen Näherungsschalter wird ein Lock-In-Verstärker verwendet, um den Kupferwiderstand des Spulensystems eines Oszillators zu messen. Der gemessene Spulenwiderstand wird dabei verwendet, um einen Schwellwert eines nachgeschalteten Komparators über die Temperatur zu beeinflussen, um dadurch eine Temperaturkompensation zu realisieren.At the in DE 10 2013 202 573 B3 described proximity switch, a lock-in amplifier is used to measure the copper resistance of the coil system of an oscillator. The measured coil resistance is used to influence a threshold value of a downstream comparator via the temperature, thereby realizing a temperature compensation.

Ein induktiver Näherungsschalter, bei dem mit einem thermisch gekoppelten Temperatursensor eine Temperaturkompensierung durchgeführt wird, ist in DE 39 31 892 A1 beschrieben.An inductive proximity switch in which temperature compensation is carried out with a thermally coupled temperature sensor is disclosed in US Pat DE 39 31 892 A1 described.

Eine sogenannte Temperatur-Eigenkompensation mit einem Bifilarspulensystem ist beschrieben in EP 70 796 A1 und EP 319 470 A1 .A so-called temperature self-compensation with a bifilar coil system is described in EP 70 796 A1 and EP 319 470 A1 ,

In EP 813 306 B1 ist ein System offenbart, bei dem eine zum Kupferwiderstand des Spulensystems proportionale Spannung erzeugt und diese Spannung verwendet wird, um über eine Anpassung der Schleifenverstärkung eines induktiven Oszillators den Abreißpunkt der Oszillatorschwingung im Wesentlichen temperaturunabhängig zu halten.In EP 813 306 B1 discloses a system in which a voltage proportional to the copper resistance of the coil system is generated and this voltage is used to maintain the tearing point of the oscillator oscillation substantially temperature-independent by adjusting the loop gain of an inductive oscillator.

In DE 41 42 680 A1 ist eine Anordnung beschrieben, bei der mithilfe eines Synchrongleichrichters eine Messung des Real- oder des Imaginärteils durchgeführt wird. Durch Wahl der richtigen Phasenlage kann entweder der Realteil oder der Imaginärteil einer Spulenimpedanz gemessen werden. Durch die Wahl einer geeigneten Phasenlage, also einer geeigneten Mischung von Real- und Imaginärteil, soll dadurch eine Temperaturkompensation möglich sein.In DE 41 42 680 A1 an arrangement is described in which using a synchronous rectifier, a measurement of the real or the imaginary part is performed. By choosing the correct phase position, either the real part or the imaginary part of a coil impedance can be measured. By choosing a suitable phase position, that is to say a suitable mixture of real and imaginary part, temperature compensation should be possible as a result.

Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, einen induktiven Näherungsschalter und ein Verfahren zum Betreiben eines induktiven Näherungsschalters anzugeben, bei denen eine verbesserte Kompensation von Temperatureffekten möglich ist. Diese Aufgabe wird durch den induktiven Näherungsschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 24 gelöst.As an object of the invention can be considered to provide an inductive proximity switch and a method for operating an inductive proximity switch, in which an improved compensation of temperature effects is possible. This object is achieved by the inductive proximity switch with the features of claim 1 and by the method having the features of claim 24.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Näherungsschalters und bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden, insbesondere im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen und den Figuren beschrieben.Advantageous embodiments of the proximity switch according to the invention and preferred variants of the method according to the invention are described below, in particular in conjunction with the dependent claims and the figures.

Der induktive Näherungsschalter der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass eine Messeinrichtung vorhanden ist zum Messen einer Induktivität der Schwingkreisspule und dass eine Kompensationseinrichtung vorhanden ist, die mit der Messeinrichtung zusammenwirkt und dazu eingerichtet ist, den Schwingkreis, den Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe in Abhängigkeit einer gemessenen Induktivität der Schwingkreisspule einzustellen, um Veränderungen des Schwingkreises, die auf Änderungen der Induktivität zurückgehen, auszugleichen.The inductive proximity switch of the type specified above is inventively further developed in that a measuring device is provided for measuring an inductance of the resonant circuit coil and that a compensation device is provided which cooperates with the measuring device and is adapted to the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the output stage to adjust in response to a measured inductance of the resonant circuit coil to compensate for changes in the resonant circuit, which are due to changes in the inductance.

Das Verfahren zum Betreiben eines induktiven Näherungsschalters der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Induktivität der Schwingkreisspule mit der Messeinrichtung gemessen wird und dass der Schwingkreis, der Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe in Abhängigkeit eines Werts der gemessenen Induktivität der Schwingkreisspule eingestellt wird, um, insbesondere temperaturbedingte, Veränderungen des Schwingkreises, die auf, insbesondere temperaturabhängige, Änderungen der Induktivität zurückgehen, auszugleichen.The method for operating an inductive proximity switch of the type specified above is inventively further developed in that the inductance of the oscillating circuit coil is measured with the measuring device and that the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the output stage is adjusted in dependence on a value of the measured inductance of the oscillating circuit coil, to, in particular temperature-induced, changes in the resonant circuit, which go back to, in particular temperature-dependent, changes in the inductance to compensate.

Die Veränderungen des Schwingkreises können insbesondere temperaturbedingt sein, also durch eine Veränderung der Temperatur verursacht sein. Die Änderungen der Induktivität können ebenfalls temperaturabhängig oder temperaturbedingt sein, also durch eine Veränderung der Temperatur verursacht sein.The changes in the resonant circuit may be temperature-dependent in particular, that is to say caused by a change in the temperature. The changes in the inductance can also be temperature-dependent or temperature-dependent, that is to say caused by a change in the temperature.

Ein induktiver Näherungsschalter im Sinn der vorliegenden Beschreibung ist ein Sensor, bei der eine von einem Oszillator angetriebene Spule, insbesondere eine Schwingkreisspule, ein magnetisches Wechselfeld in einen Überwachungsbereich strahlt. Eine Wechselwirkung zwischen diesem magnetischen Wechselfeld und einem nachzuweisenden Objekt im Überwachungsbereich, das auch als Target bezeichnet wird, dient als Messgröße. Dabei kann es sich insbesondere um eine Dämpfung des Schwingkreises durch das Target handeln.An inductive proximity switch in the sense of the present description is a sensor in which a coil driven by an oscillator, in particular a resonant circuit coil, radiates a magnetic alternating field into a monitoring area. An interaction between this alternating magnetic field and an object to be detected in the monitoring area, which is also referred to as a target, serves as a measured variable. This may in particular be an attenuation of the resonant circuit by the target.

Unter einem Schwingkreis wird im Rahmen dieser Beschreibung ein elektromagnetisch schwingfähiges System verstanden, welches mindestens eine Schwingkreisspule aufweist. Typischerweise beinhaltet ein Schwingkreis die Schwingkreisspule und eine Kapazität.In the context of this description, a resonant circuit is understood to be an electromagnetically oscillatable system which has at least one resonant circuit coil. Typically, a resonant circuit includes the resonant circuit coil and a capacitor.

Unter dem Begriff der Schwingkreisspule soll insbesondere eine Einzelspule aber generell auch ein Spulensystem aus einer Mehrzahl von Einzelspulen verstanden werden.The term resonant circuit coil should be understood to mean, in particular, a single coil but generally also a coil system comprising a plurality of individual coils.

Zum Aufrechterhalten einer Schwingung oder Oszillation des Schwingkreises dient der Oszillatorverstärker, bei dem es sich grundsätzlich um bekannte elektronische Komponenten handeln kann.To maintain a vibration or oscillation of the resonant circuit is the oscillator amplifier, which may in principle be known electronic components.

Als Ausgangsstufe wird diejenige elektronische Einrichtung bezeichnet, die letzten Endes ein Ausgangssignal analoger oder binärer Natur bereitstellt. Dieses Ausgangssignal kann aus dem Oszillatorverstärker oder dem Schwingkreis selbst abgeleitet sein. Die Ausgangsstufe ist hierzu in irgendeiner Weise elektrisch oder elektronisch mit dem Schwingkreis und/oder dem Oszillatorverstärker verbunden und wirkt mit den Letzteren in diesem Sinn zusammen. The output stage is that electronic device which ultimately provides an output signal of analog or binary nature. This output signal may be derived from the oscillator amplifier or the resonant circuit itself. The output stage is for this purpose connected in any way electrically or electronically with the resonant circuit and / or the oscillator amplifier and cooperates with the latter in this sense.

Das Ausgangssignal ist ein Signal, welches repräsentativ ist für das Ergebnis einer Messung des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters. Es wird mindestens an irgendeinem Ort innerhalb des induktiven Näherungsschalters bereitgestellt. Es muss nicht notwendig nach außen an einen Ausgang ausgegeben werden. Möglich ist auch, dass es intern weiterverarbeitet und in verarbeiteter Form nach außen weiter kommuniziert wird.The output signal is a signal which is representative of the result of a measurement of the inductive proximity switch according to the invention. It is provided at least at any location within the inductive proximity switch. It does not necessarily have to be output to an output to the outside. It is also possible that it is internally processed and further communicated in processed form to the outside.

Unter einer Beeinflussung des Schwingkreises durch ein nachzuweisendes Target wird jede Form der Einflussnahme eines Targets, insbesondere eines metallischen Targets, auf die Eigenschaften des Schwingkreises verstanden. Dabei kann es sich unter anderem um eine Verschiebung einer Frequenz des Schwingkreises, um eine Dämpfung des Schwingkreises und/oder um eine induktive Kopplung nach dem Transformatorprinzip handeln.Under an influence of the resonant circuit by a target to be detected is any form of influence of a target, in particular a metallic target, understood on the properties of the resonant circuit. These may include a shift of a frequency of the resonant circuit, an attenuation of the resonant circuit and / or an inductive coupling according to the transformer principle.

Unter einer Dämpfung des Schwingkreises wird das Entziehen von Energie von dem Schwingkreis durch ein, insbesondere metallisches, nachzuweisendes Target verstanden. Solch eine Dämpfung kann beispielsweise entstehen durch Wirbelströme, die in dem metallischen Target durch das magnetische Wechselfeld des induktiven Näherungsschalters induziert werden und die in dem Target ohmsche Verluste bewirken.An attenuation of the resonant circuit is understood to mean the extraction of energy from the resonant circuit by a target, in particular metallic, to be detected. Such attenuation can be caused, for example, by eddy currents which are induced in the metallic target by the magnetic alternating field of the inductive proximity switch and which cause ohmic losses in the target.

Unter dem Begriff einer Kompensationseinrichtung wird im Rahmen dieser Beschreibung eine Einrichtung, insbesondere eine digitale Steuerungseinrichtung, verstanden, welche von einer Messeinrichtung, beispielsweise einer Lock-In-Verstärker-Einrichtung, mit welcher sie wirkungsmäßig, insbesondere elektrisch oder elektronisch, verbunden ist, Messdaten erhält und diese in geeigneter und definierter Weise verarbeitet. Eine digitale Kompensationseinrichtung und eine digitale Lock-In-Verstärker-Einrichtung können auch eine bauliche Einheit, beispielsweise in einem Mikrocontroller oder einer vergleichbaren logischen und insbesondere programmierbaren Komponente, bilden.In the context of this description, the term "compensation device" is understood to mean a device, in particular a digital control device, which receives measurement data from a measuring device, for example a lock-in amplifier device with which it is operatively connected, in particular electrically or electronically and process them in a suitable and defined way. A digital compensation device and a digital lock-in amplifier device can also form a structural unit, for example in a microcontroller or a comparable logical and in particular programmable component.

Die Kompensationseinrichtung ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, den Schwingkreis, den Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe in Abhängigkeit einer gemessenen Induktivität der Schwingkreisspule einzustellen, um, insbesondere temperaturbedingte, Veränderungen des Schwingkreises auszugleichen, die auf, insbesondere temperaturabhängige, Änderungen der Induktivität zurückgehen.The compensation device according to the invention is adapted to adjust the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the output stage in response to a measured inductance of the resonant circuit coil to compensate, in particular temperature-induced, changes in the resonant circuit, which go back to, in particular temperature-dependent, changes in the inductance.

Eine Einstellung des Schwingkreises kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Güte des Schwingkreises mit Hilfe von einstellbaren Widerständen manipuliert wird.An adjustment of the resonant circuit can be effected, for example, by manipulating the quality of the resonant circuit with the aid of adjustable resistors.

Ausgleichen oder Kompensieren heißt insbesondere, den Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe abhängig von den gemessenen Daten so zu verändern, dass der Schaltabstand möglichst konstant bleibt.Compensation or compensation means in particular to change the oscillator amplifier and / or the output stage depending on the measured data so that the switching distance remains as constant as possible.

Als ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung kann angesehen werden, die Induktivität der Schwingkreisspule zu bestimmen beziehungsweise zu messen und die gemessene Induktivität bei der Kompensierung, die insbesondere eine Temperaturkompensierung sein kann, zu berücksichtigen.As an essential idea of the present invention can be considered to determine the inductance of the oscillating circuit coil and to take into account the measured inductance in the compensation, which may be in particular a temperature compensation.

Die Erfindung hat erkannt, dass die Induktivität L der Schwingkreisspule erhebliche Temperaturabhängigkeiten aufweisen, also erheblich mit der Temperatur driften kann. Ein Grund dafür kann beispielsweise der Einfluss einer thermischen Ausdehnung eines Gießharzes auf einen Ferritkern sein. Damit ist auch die typischerweise auszuwertende Amplitude eines LC-Oszillators den Temperaturschwankungen der Induktivität unterworfen. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Näherungsschalters ist nun, dass die Temperaturkompensation erheblich verbessert werden kann, weil auch etwaige Driften der Induktivität L über die Temperatur bei der Kompensation berücksichtigt werden.The invention has recognized that the inductance L of the resonant circuit coil can have considerable temperature dependencies, ie can drift considerably with the temperature. One reason for this may be, for example, the influence of thermal expansion of a casting resin on a ferrite core. Thus, the typically evaluated amplitude of an LC oscillator is subject to the temperature fluctuations of the inductance. A particular advantage of the proximity switch according to the invention is now that the temperature compensation can be significantly improved because any drift of the inductance L on the temperature during compensation are taken into account.

Im Vergleich zu DE 39 31 892 A1 ist ein thermisch gekoppelter Temperatursensor nicht notwendig, so dass sich die Unzulänglichkeiten der Ankopplung und Temperaturgradienten bei der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig auswirken können.Compared to DE 39 31 892 A1 For example, a thermally coupled temperature sensor is not necessary so that the inadequacies of coupling and temperature gradients can not be detrimental in the present invention.

Die Herstellung eines Bifilarspulensystems, wie es bei den in EP 70 796 A1 und EP 319 470 A1 beschriebenen Lösungen zum Einsatz kommt, ist aufwändig. Der induktive Näherungsschalter der vorliegenden Erfindung benötigt kein solches Bifilarspulensystem und kann vielmehr mit einem konventionellen Spulensystem mit zwei Anschlüssen aufgebaut werden.The production of a bifilar coil system, as it is the case in the EP 70 796 A1 and EP 319 470 A1 described solutions is used, is expensive. The inductive proximity switch of the present invention does not require such a bifilar coil system and rather can be constructed with a conventional two-terminal coil system.

Primär sollen mit der vorliegenden Erfindung die thermischen Änderungen der Induktivität kompensiert werden. Bei Kompensationsmethoden aus dem Stand der Technik, die beispielsweise mit Temperatursensoren arbeiten, wirken sich die Fertigungstoleranzen der Spuleninduktivität in der Regel auf die Temperaturkompensation aus. Insbesondere lassen sich nicht reproduzierbare Änderungen der Spuleninduktivität nicht kompensieren. Bei der mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Kompensationsmethode ist das hingegen kein Problem, da auch solche Einflüsse auf die Induktivität berücksichtigt werden können.Primarily to be compensated with the present invention, the thermal changes of the inductance. In compensation methods of the prior art, which operate for example with temperature sensors, the manufacturing tolerances of the coil inductance usually affect the Temperature compensation off. In particular, irreproducible changes in the coil inductance can not be compensated. On the other hand, in the compensation method proposed by the present invention, this is not a problem since such influences on the inductance can be taken into account.

Grundsätzlich kann bei der vorliegenden Erfindung auch eine beginnende Kernsättigung in niederfrequenten Magnetfeldern kompensiert werden.In principle, in the present invention, an incipient nuclear saturation in low-frequency magnetic fields can also be compensated.

Theoretisch würde bei der Kompensationsmethode des erfindungsgemäßen Näherungsschalters und des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Ferrit in der Nähe des Sensors, weil sich die Induktivität L erhöht, keine Entdämpfung des Schwingkreises verursachen, weil dieser Effekt bei beispielsweise 2 kHz genauso auftritt wie bei 200 kHz und daher kompensiert wird.Theoretically, in the compensation method of the proximity switch according to the invention and the method according to the invention, a ferrite in the vicinity of the sensor, because the inductance L increases, cause no decoupling of the resonant circuit, because this effect occurs at 2 kHz, for example, as well as at 200 kHz and therefore compensated ,

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters ist eine Stromquelle zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einem zeitlich veränderlichen Teststrom vorhanden und die Messeinrichtung ist zum Messen der Induktivität der Schwingkreisspule auf Grundlage eines von dem Teststrom bewirkten Spannungsabfalls eingerichtet.In a particularly preferred embodiment of the inductive proximity switch according to the invention, a current source for applying the resonant circuit with a time-varying test current is present and the measuring device is adapted to measure the inductance of the resonant circuit coil based on a voltage drop caused by the test current.

Entsprechend sind Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens von Vorteil, bei denen der Schwingkreis mit einem zeitlich veränderlichen Teststrom beaufschlagt wird und die Induktivität der Schwingkreisspule auf Grundlage eines von dem Teststrom bewirkten Spannungsabfalls mit der Messeinrichtung gemessen wird.Accordingly, variants of the method according to the invention are advantageous in which the resonant circuit is subjected to a time-varying test current and the inductance of the resonant circuit coil is measured on the basis of a voltage drop caused by the test current with the measuring device.

Die Verwendung eines Teststroms ermöglicht eine einfache und dabei genaue Bestimmung der Induktivität.The use of a test current allows a simple and accurate determination of the inductance.

Als Stromquelle zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einem zeitlich veränderlichen Teststrom können grundsätzlich bekannte Einrichtungen zum Einsatz kommen.As a current source for applying to the resonant circuit with a time-varying test current basically known devices can be used.

Grundsätzlich wird die Erfindung schon verwirklicht, wenn nur die Induktivität des Schwingkreises bestimmt wird und aufgrund des Messresultats eine Kompensation durchgeführt wird. Besonders vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters zeichnen sich aber dadurch aus, dass die Messeinrichtung außerdem eingerichtet ist zum Messen eines Wirkwiderstands der Schwingkreisspule auf Grundlage des von dem Teststrom bewirkten Spannungsabfalls und dass die Kompensationseinrichtung außerdem dazu eingerichtet ist, den Schwingkreis, den Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe in Abhängigkeit eines gemessenen Wirkwiderstands der Schwingkreisspule einzustellen, um Veränderungen des Schwingkreises, die auf Änderungen des Wirkwiderstandes der Schwingkreisspule, insbesondere bei der Schwingkreisfrequenz, zurückgehen, auszugleichen.In principle, the invention is already realized if only the inductance of the resonant circuit is determined and a compensation is performed on the basis of the measurement result. However, particularly advantageous variants of the inductive proximity switch according to the invention are characterized in that the measuring device is also designed to measure a resistance of the oscillating circuit coil on the basis of the voltage drop caused by the test current and that the compensation device is also adapted to the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or To adjust the output stage in response to a measured effective resistance of the resonant circuit coil to compensate for changes in the resonant circuit, which are due to changes in the effective resistance of the resonant circuit coil, in particular at the resonant circuit frequency.

Mit diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen korrespondieren Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich dadurch auszeichnen, dass der Wirkwiderstand der Schwingkreisspule mit der Messeinrichtung auf Grundlage eines von dem Teststrom bewirkten Spannungsabfalls gemessen wird und dass der Schwingkreis, der Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe in Abhängigkeit eines Werts des gemessenen Wirkwiderstands der Schwingkreisspule eingestellt werden, um, insbesondere temperaturbedingte, Veränderungen des Schwingkreises, die auf, insbesondere temperaturabhängige, Änderungen des Wirkwiderstands der Schwingkreisspule, insbesondere bei der Schwingkreisfrequenz, zurückgehen, auszugleichen.Variants of the method according to the invention corresponding to these exemplary embodiments correspond to the fact that the effective resistance of the resonant circuit coil with the measuring device is measured on the basis of a voltage drop caused by the test current and in that the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the output stage depend on a value of measured active resistance of the oscillating circuit coil can be adjusted to, in particular temperature-induced, changes in the resonant circuit, the, in particular temperature-dependent, changes in the effective resistance of the resonant circuit coil, in particular in the resonant circuit frequency, compensate.

Bei diesen Ausgestaltungen geht es im Wesentlichen darum, temperaturbedingte Änderungen des Schwingkreises, die auf temperaturbedingte Änderungen des Wirkwiderstandes zurückgehen, zu kompensieren. Grundsätzlich können aber auch Änderungen des Schwingkreises, die nicht temperaturbedingt sind und/oder auf nicht temperaturbedingte Änderungen des Wirkwiderstands zurückgehen, kompensiert oder ausgeglichen werden.In these embodiments, it is essential to compensate for temperature-induced changes in the resonant circuit, which are due to temperature-induced changes in the effective resistance. Basically, however, changes in the resonant circuit, which are not temperature-related and / or due to non-temperature-related changes in the effective resistance, can be compensated or compensated.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Anmeldung davon die Rede ist, dass ein Wirkwiderstand und/oder eine Induktivität der Schwingkreisspule auf Grundlage eines von dem Teststrom bewirkten Spannungsabfalls gemessen werden, so bedeutet das, dass Messgrößen bestimmt werden, die in einem eindeutigen funktionalen Zusammenhang mit dem Wirkwiderstand beziehungsweise der Induktivität steht. Messen in diesem Sinn bedeutet nicht notwendig, dass der Wirkwiderstand und/oder die Induktivität tatsächlich selbst bestimmt und als solche in irgendeinem Verfahrensschritt konkret an einem konkreten Ort in dem induktiven Näherungsschalter bereitgehalten werden.If, in the context of the present application, it is mentioned that an effective resistance and / or an inductance of the oscillating circuit coil are measured on the basis of a voltage drop caused by the test current, this means that measured variables are determined which have a clear functional relationship with the effective resistance or the inductance is. Measuring in this sense does not necessarily mean that the effective resistance and / or the inductance are actually determined by the user and as such are actually kept ready at a specific location in the inductive proximity switch in any method step.

Besondere Vorteile können erreicht werden, wenn sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil einer Schwingkreisimpedanz, die über einen Spannungsabfall gemessen wird, bestimmt wird. Der Wirkwiderstand der Schwingkreisspule kann dabei aus dem Realteil einer Schwingkreisimpedanz, über welcher ein Spannungsabfall gemessen wird, und die Induktivität der Schwingkreisspule kann aus dem Imaginärteil einer Schwingkreisimpedanz, über welcher ein Spannungsabfall gemessen wird, gewonnen werden.Particular advantages can be achieved if both the real part and the imaginary part of a resonant circuit impedance, which is measured via a voltage drop, is determined. The effective resistance of the resonant circuit coil can be obtained from the real part of a resonant circuit impedance, across which a voltage drop is measured, and the inductance of the resonant circuit coil can be obtained from the imaginary part of a resonant circuit impedance, via which a voltage drop is measured.

Bei besonders bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Messeinrichtung durch eine Lock-In-Verstärker-Einrichtung verwirklicht. Unter einer Lock-In-Verstärker-Einrichtung wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine Einrichtung verstanden, die die Funktionalität von mindestens einem Lock-In-Verstärker realisiert. Ein Lock-In-Verstärker ist eine Messeinrichtung, mit welcher ein verrauschtes Signal frequenzselektiv und phasenselektiv gleichgerichtet werden kann. Eine Lock-In-Verstärker-Einrichtung eignet sich deshalb besonders gut für das Messen von Signalen mit bekanntem Frequenzspektrum, insbesondere von periodischen Signalen, die stark verrauscht sind, und kann deshalb besonders vorteilhaft eingesetzt werden, um die Induktivität des Schwingkreises während eines laufenden Oszillatorbetriebs zu überwachen. In particularly preferred embodiments of the inductive proximity switch according to the invention and the method according to the invention, the measuring device is realized by a lock-in amplifier device. In the context of the present description, a lock-in amplifier device is understood to mean a device which realizes the functionality of at least one lock-in amplifier. A lock-in amplifier is a measuring device with which a noisy signal can be rectified in a frequency-selective and phase-selective manner. A lock-in amplifier device is therefore particularly well suited for measuring signals with a known frequency spectrum, in particular periodic signals that are very noisy, and can therefore be used to particular advantage to the inductance of the resonant circuit during a running oscillator operation monitor.

Diese Variante des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters ist außerdem besonders störfest im Hinblick auf höhere Harmonische der Messfrequenz. Im Vergleich zu einer bloßen Multiplikation mit einer Rechteckspannung, wie beispielsweise in DE 10 2013 202 573 B3 , vereinen diese Varianten des erfindungsgemäßen Näherungsschalters und des erfindungsgemäßen Verfahrens die Vorteile einer echten Lock-In-Messung, bei der eine Multiplikation sowohl mit einer Sinus- als auch mit einer Cosinusfunktion und anschließend jeweils Mittelungen durchgeführt werden. Das bedeutet, dass beispielsweise eine vom Imaginärteil der Schwingkreisimpedanz unabhängige Wirkwiderstands-Messung durchgeführt werden kann mit den Vorteilen des typischerweise hohen Störabstands einer Lock-In-Messung.This variant of the inductive proximity switch according to the invention is also particularly immune to interference with respect to higher harmonics of the measurement frequency. Compared to a mere multiplication with a square wave voltage, such as in DE 10 2013 202 573 B3 , These variants of the proximity switch according to the invention and the method according to the invention combine the advantages of a true lock-in measurement, in which a multiplication with both a sine and a cosine function and then averaging are carried out. This means that, for example, an independent of the imaginary part of the resonant circuit impedance resistance measurement can be performed with the benefits of typically high signal to noise ratio of a lock-in measurement.

Ein weiterer besonderer Vorteil dieser Variante der vorliegenden Erfindung besteht außerdem darin, dass für den Fall, dass der Teststrom höhere Fourierkomponenten enthält, mit der Lock-In-Verstärker-Einrichtung durch geeignete Wahl der Korrelationsfrequenz auch die durch diese höheren Fourierkomponenten hervorgerufenen Signalanteile gemessen werden können. Grundsätzlich können gleichzeitig verschiedene Fourierkomponenten oder Fourierkoeffizienten gemessen werden. Diese Eigenschaft der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ausgenutzt werden, um Plausibilitätsprüfungen durchzuführen oder die Störfestigkeit zu steigern.Another particular advantage of this variant of the present invention is also that, in the event that the test current contains higher Fourier components, the lock-in amplifier device can also be used to measure the signal components produced by these higher Fourier components by suitably selecting the correlation frequency , In principle, different Fourier components or Fourier coefficients can be measured simultaneously. This property of the present invention may, for example, be exploited to perform plausibility checks or to increase the immunity to interference.

Im Vergleich zu DE 41 42 680 A1 , wo die Messung für die Temperaturkompensation bei der Messfrequenz erfolgt, bei der auch das Target nachgewiesen wird, ist bei dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter und dem erfindungsgemäßen Verfahren eine getrennte und somit vom Target selbst unabhängige Messung des Wirkwiderstands und der Induktivität der Schwingkreisspule möglich. Grund hierfür ist, dass der für die Temperaturkompensation verwendete Teststrom bei der vorliegenden Erfindung so niederfrequent gewählt wird, dass die Messung des Targets selbst dadurch nur vernachlässigbar beeinflusst wird. Genauer gesagt werden durch den Teststrom nur vernachlässigbare Wirbelströme im Target induziert. Die Kompensation von Temperatureffekten ist bei der vorliegenden Erfindung deshalb sowohl einfacher als auch genauer.Compared to DE 41 42 680 A1 , where the measurement for the temperature compensation takes place at the measuring frequency at which the target is also detected, a separate and thus independent of the target measurement of the effective resistance and inductance of the oscillating circuit coil is possible in the proximity switch and the inventive method. The reason for this is that the test current used for the temperature compensation in the present invention is chosen so low frequency that the measurement of the target itself is thereby only negligibly affected. More specifically, only negligible eddy currents are induced in the target by the test current. The compensation of temperature effects is therefore both simpler and more accurate in the present invention.

Prinzipiell sind aber auch andere Messeinrichtungen möglich. Beispielsweise kann über den Zusammenhang $v = 1 / (2 π \sqrt{L C})$

eine Information über die Induktivität auch dadurch erhalten werden, dass die Schwingkreisfrequenz v überwacht oder gemessen wird.In principle, however, other measuring devices are possible. For example, about the context

v = 1 / (2 π \sqrt{L C})

Information about the inductance can also be obtained by monitoring or measuring the resonant circuit frequency v.

Weiterhin kann zum Bestimmen der Induktivität ein Teststrom in die Spule des Schwingkreises eingeprägt werden und das zeitliche Verhalten der Selbstinduktionsspannung kann nach Abschalten oder Einschalten des Teststroms gemessen werden. Die Information über die Induktivität erhält man dann über die Zeitkonstante τ = L/R eines RL-Kreises.Furthermore, to determine the inductance, a test current can be impressed into the coil of the resonant circuit and the time behavior of the self-induction voltage can be measured after switching off or switching on the test current. The information about the inductance is then obtained via the time constant τ = L / R of an RL circuit.

Schließlich kann eine Information über die Induktivität auch über einen Abgleich einer Wechselspannungsbrücke, insbesondere einer Maxwell-Wien-Brücke, gewonnen werden.Finally, information about the inductance can also be obtained via an adjustment of an AC voltage bridge, in particular a Maxwell-Wien bridge.

Grundsätzlich reicht es für die Verwirklichung der Erfindung aus, wenn sowohl der Wirkwiderstand als auch die Induktivität der Schwingkreisspule mithilfe der Messeinrichtung, insbesondere der Lock-In-Verstärker-Einrichtung, bestimmt werden. Weil die Messung eines von einem bestimmten Teststrom verursachten Spannungsabfalls aber empfindlich von der Größe des Teststroms selbst abhängt, kann die Genauigkeit der Temperaturkompensation noch gesteigert werden, bei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Näherungsschalters, bei denen die Messeinrichtung, insbesondere die Lock-In-Verstärker-Einrichtung, außerdem dazu eingerichtet ist, den Teststrom, mit dem der Schwingkreis beaufschlagt wird, zu bestimmen.Basically, it is sufficient for the realization of the invention, when both the effective resistance and the inductance of the resonant circuit coil using the measuring device, in particular the lock-in amplifier device, are determined. Because the measurement of a voltage drop caused by a certain test current depends sensitively on the size of the test current itself, the accuracy of the temperature compensation can be increased still further in embodiments of the proximity switch according to the invention, in which the measuring device, in particular the lock-in amplifier device, is also configured to determine the test current applied to the resonant circuit.

Die Bestimmung oder Messung des Teststroms kann mit grundsätzlich bekannten Mitteln erfolgen. Bei einer vom Aufbau her vergleichsweise einfachen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Näherungsschalters ist zum Messen des Teststroms ein Messwiderstand vorhanden und die Messeinrichtung, insbesondere die Lock-In-Verstärker-Einrichtung, ist eingerichtet zum Messen des Teststroms auf Grundlage eines Spannungsabfalls an dem Messwiderstand.The determination or measurement of the test current can be carried out by basically known means. In a structurally comparatively simple embodiment variant of the proximity switch according to the invention, a measuring resistor is present for measuring the test current and the measuring device, in particular the lock-in amplifier device, is designed to measure the test current based on a voltage drop across the measuring resistor.

Bei hohen Schaltabständen ändert sich die Resonanzimpedanz des Spulensystems typischerweise nur um wenige Prozent oder sogar nur um wenige Promille. Für eine hinreichend genaue Temperaturkompensation, wofür eine Messgenauigkeit für die Messung von Wirkwiderstand und Induktivität der Schwingkreisspule möglichst in einem Bereich von kleiner als 0,1% notwendig ist, müssen demgemäß die Amplitude und die Phase des Teststroms hinreichend genau bekannt sein. Bei einer Messung des Teststroms mit einem Lock-In-Verstärker können vorteilhaft Amplitude und Phase des Teststroms parallel zum Spannungsabfall über die Schwingkreisimpedanz gemessen werden. Dadurch können die Anforderungen an die Stabilität und die Reproduzierbarkeit des Teststroms deutlich gesenkt werden. Der Teststrom durch den Schwingkreis kann insbesondere als Spannungsabfall über einen Messwiderstand Ri gemessen werden.At high switching distances, the resonance impedance of the coil system typically only changes by a few percent or even only a few per thousand. For a sufficiently accurate temperature compensation, for which a measurement accuracy for the measurement of effective resistance and inductance of the resonant circuit coil is necessary in a range of less than 0.1%, accordingly, the amplitude and the phase of the test current must be known with sufficient accuracy. In a measurement of the test current with a lock-in amplifier can advantageously amplitude and phase of the test current to be measured in parallel to the voltage drop across the resonant circuit impedance. As a result, the requirements for the stability and the reproducibility of the test current can be significantly reduced. The test current through the resonant circuit can be measured in particular as a voltage drop across a measuring resistor Ri.

Für die Lock-In-Verstärker-Einrichtung kommt es grundsätzlich darauf an, dass die gewünschte Funktionalität mindestens eines Lock-In-Verstärkers bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die Lock-In-Verstärker-Einrichtung einen ersten Lock-In-Verstärker aufweisen, der zum Messen des Wirkwiderstands und der Induktivität der Schwingkreisspule dient, und die Lock-In-Verstärker-Einrichtung kann einen zweiten Lock-In-Verstärker aufweisen, der zum Messen des Teststroms durch den Schwingkreis dient.For the lock-in amplifier device, it is fundamentally important that the desired functionality of at least one lock-in amplifier is provided. For example, the lock-in amplifier device may include a first lock-in amplifier for measuring the effective resistance and the inductance of the oscillator coil, and the lock-in amplifier may comprise a second lock-in amplifier. which is used to measure the test current through the resonant circuit.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Näherungsschalters, die sich durch einen reduzierten Komponentenaufwand auszeichnet, weist die Lock-In-Verstärker-Einrichtung genau einen Lock-In-Verstärker auf zum abwechselnden Messen des Wirkwiderstands und/oder der Induktivität der Schwingkreisspule einerseits und des Teststroms andererseits.In a particularly preferred embodiment of the proximity switch according to the invention, which is characterized by a reduced component complexity, the lock-in amplifier device has exactly one lock-in amplifier for alternately measuring the effective resistance and / or the inductance of the resonant circuit coil on the one hand and the test current on the other hand.

Mit diesem Ausführungsbeispiel korrespondiert eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Lock-In-Verstärker-Einrichtung in einem Multiplexbetrieb betrieben wird, in dem abwechselnd der Wirkwiderstand und/oder die Induktivität einerseits und der Teststrom andererseits bestimmt werden.Corresponding to this embodiment, a variant of the method according to the invention, in which the lock-in amplifier device is operated in a multiplex operation in which alternately the effective resistance and / or the inductance on the one hand and the test current are determined on the other.

Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung verwirklicht werden mit analogen Lock-In-Verstärkern. Besonders bevorzugt weist die Lock-In-Verstärker-Einrichtung des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters aber mindestens einen digitalen Lock-In-Verstärker auf.Basically, the present invention can be implemented with analog lock-in amplifiers. However, the lock-in amplifier device of the inductive proximity switch according to the invention particularly preferably has at least one digital lock-in amplifier.

Prinzipiell kann die vorliegende Erfindung verwirklicht werden mit jeweils separat aufgebauter Messeinrichtung, insbesondere separater Lock-In-VerstärkerEinrichtung, Kompensationseinrichtung und/oder Ausgangsstufe. Ein besonders kompakter Aufbau kann erreicht werden bei Ausführungsvarianten, bei denen die Messeinrichtung, insbesondere die Lock-In-Verstärker-Einrichtung, die Kompensationseinrichtung und/oder die Ausgangsstufe, in einem Micro-Controller verwirklicht sind.In principle, the present invention can be implemented with separately constructed measuring device, in particular separate lock-in amplifier device, compensation device and / or output stage. A particularly compact design can be achieved in embodiments in which the measuring device, in particular the lock-in amplifier device, the compensation device and / or the output stage are realized in a micro-controller.

Als Stromquelle zum Bereitstellen des Teststroms können grundsätzlich bekannte Komponenten zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt ist die Stromquelle zum Bereitstellen des Teststroms eine steuerbare Stromquelle und zum Ansteuern dieser Stromquelle kann ein Funktionsgenerator vorhanden sein.Basically, known components can be used as the current source for providing the test current. Particularly preferably, the current source for providing the test current is a controllable current source and for driving this current source, a function generator may be present.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Näherungsschalters ist der Teststrom periodisch. Der Teststrom muss aber nicht zwingend periodisch sein, muss also nicht zwingend eine feste Grundfrequenz und diskrete Frequenzkomponenten aufweisen.In a particularly preferred embodiment of the proximity switch according to the invention, the test current is periodic. However, the test current does not necessarily have to be periodic, so it does not necessarily have to have a fixed fundamental frequency and discrete frequency components.

Prinzipiell kann der eingeprägte Teststrom auch nichtharmonische Frequenzanteile enthalten. Man spricht dann auch von einer Dual/Multifrequenz-Anregung. Auch eine determinierte Variation der Messfrequenz, also der Frequenz des Teststroms, oder möglicherweise auch eine statistische Verteilung (ein Stichwort ist hier „spread spectrum“) der Frequenzen des Teststroms ist möglich. Vorteile dieser Varianten mit variabler Frequenz des Teststroms sind, dass die Anfälligkeit der Messung gegenüber einer bei der Messfrequenz selbst eingekoppelten Störung verringert wird und dass die Messung auf ihre Plausibilität hin überprüft werden kann.In principle, the impressed test current may also contain nonharmonic frequency components. One speaks then of a dual / multi-frequency excitation. Also, a deterministic variation of the measurement frequency, ie the frequency of the test current, or possibly also a statistical distribution (a keyword here is "spread spectrum") of the frequencies of the test current is possible. Advantages of these variants with variable frequency of the test current are that the susceptibility of the measurement to a noise coupled in at the measurement frequency itself is reduced and that the measurement can be checked for plausibility.

Testmessungen haben ergeben, dass die Messung des ohmschen Widerstands der Schwingkreisspule umso weniger von einem Abstand eines Targets von dem Näherungsschalter abhängen, je geringer die Frequenz des Teststroms ist. Besonders vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Näherungsschalters zeichnen sich dadurch aus, dass die Grundfrequenz des Teststroms 100 Hz bis 5 kHz, bevorzugt 1 kHz bis 3 kHz und besonders bevorzugt 1,5 kHz bis 2,5 kHz beträgt. Bei solch niedrigen Frequenzen spielen Wechselstromverluste eine untergeordnete Rolle, so dass der ermittelte Wirkwiderstand im Wesentlichen dem ohmschen Widerstand der Spule entspricht.Test measurements have shown that the lower the frequency of the test current, the less the measurement of the ohmic resistance of the resonant circuit coil depends on the distance of a target from the proximity switch. Particularly advantageous variants of the proximity switch according to the invention are characterized in that the fundamental frequency of the test current is 100 Hz to 5 kHz, preferably 1 kHz to 3 kHz and more preferably 1.5 kHz to 2.5 kHz. At such low frequencies AC losses play a minor role, so that the determined effective resistance substantially corresponds to the ohmic resistance of the coil.

Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises kann größenordnungsmäßig beispielsweise bei Werten oberhalb von 100kHz liegen. Besonders bevorzugt ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises mindestens zehnmal größer als die Grundfrequenz des periodischen Teststroms.The resonant frequency of the resonant circuit can be of the order of magnitude, for example, at values above 100 kHz. Particularly preferably, the resonant frequency of the resonant circuit is at least ten times greater than the fundamental frequency of the periodic test current.

Da die Grundfrequenz des Teststroms deutlich geringer sein kann als die Schwingkreisfrequenz, kann sich der gemessene Wirkwiderstand vom effektiv bei der Schwingkreisfrequenz wirksamen Wirkwiderstand um einen geringen Wechselstromverlustanteil unterscheiden. Für eine optimale Temperaturkompensation muss diese Differenz ggf. berücksichtigt werden.Since the fundamental frequency of the test current can be significantly lower than the resonant circuit frequency, the measured effective resistance of effectively effective at the resonant circuit frequency effective resistance by a small Distinguish AC loss component. For optimum temperature compensation, this difference may need to be considered.

Der Teststrom bewirkt einen Spannungsabfall über einer Impedanz Z des Schwingkreises, die auch als Schwingkreisimpedanz Z bezeichnet wird. Nach einer Verstärkung und gegebenenfalls nach einer Signalanpassung kann dieser Spannungsabfall mit einer von einer Kreisfrequenz ω des Teststroms abhängigen komplexen Transferfunktion G(ω) als Spannung U1 (ω) erfasst werden. Die Impedanz Z(ω) des Schwingkreises ist abhängig von einer Kreisfrequenz ω des Teststroms des Schwingkreises und ergibt sich gemäß dem ohmschen Gesetz zu: $Z (ω) = \frac{U_{1} (ω)}{G_{1} (ω) I (ω)} \approx R_{s} (ω) + j ω L \approx R_{C u} + j ω L$

The test current causes a voltage drop across an impedance Z of the resonant circuit, which is also referred to as resonant circuit impedance Z. After amplification and optionally after signal matching, this voltage drop can be detected as voltage U1 (ω) with a complex transfer function G (ω) dependent on an angular frequency ω of the test current. The impedance Z (ω) of the resonant circuit is dependent on an angular frequency ω of the test current of the resonant circuit and results according to Ohm's law:

Z (ω) = \frac{U_{1} (ω)}{G_{1} (ω) I (ω)} \approx R_{s} (ω) + j ω L \approx R_{C u} + j ω L

Dabei wurde angenommen, dass die Messfrequenz ω hinreichend weit von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entfernt ist und die Kupferverluste, also die vom ohmschen Widerstand der Schwingkreisspule verursachten Verluste die Verluste des Spulensystems dominieren.It was assumed that the measurement frequency ω is sufficiently remote from the resonant frequency of the resonant circuit and the copper losses, ie the losses caused by the ohmic resistance of the resonant circuit coil, dominate the losses of the coil system.

U₁(t) ist eine periodische Funktion und lässt sich daher in eine Reihe entwickeln: $U_{1} (t) = \frac{a_{1,0}}{2} + \sum_{k = 1}^{\infty} ((a_{1, k} \cdot cos (k ω_{0t})) + (b_{1, k} \cdot sin (k ω_{0} t))) .$

U ₁ (t) is a periodic function and can therefore be developed into a series:

U_{1} (t) = \frac{a_{1.0}}{2} + Σ_{k = 1}^{\infty} ((a_{1, k} \cdot cos (k ω_{0t})) + (b_{1, k} \cdot sin (k ω_{0} t))),

Der Real- bzw. Imaginärteil von U₁(t) bei den Frequenzen kω₀ (k>1 und ganzzahlig) ist durch die geraden bzw. ungeraden Fourierkoeffizienten a1k bzw. b1k gegeben: $a 1 k = \frac{2}{T} \int_{0}^{T} (U_{1} (t) \cdot cos (k ω_{0} t)) dt$

b 1 k = \frac{2}{T} \int_{0}^{T} (U_{1} (t) \cdot sin (k ω_{0} t)) dt,

mit T = 2π/ω₀.The real or imaginary part of U ₁ (t) at the frequencies kω ₀ (k> 1 and integer) is given by the even and odd Fourier coefficients a1k and b1k, respectively:

a 1 k = \frac{2}{T} \int_{0}^{T} (U_{1} (t) \cdot cos (k ω_{0} t)) dt

b 1 k = \frac{2}{T} \int_{0}^{T} (U_{1} (t) \cdot sin (k ω_{0} t)) dt .

with T = 2π / ω ₀ .

Diese Fourierkoeffizienten können von dem, insbesondere digitalen, Lock-In-Verstärker für den Koeffizienten a1k über eine Multiplikation mit einer Cosinusfunktion und für den Koeffizienten b1k über eine Multiplikation mit einer Sinusfunktion und jeweils einer anschließenden Mittelung gemessen bzw. berechnet werden. Im Prinzip wird der Spannungsabfall gemessen und aus dessen zeitlichen Verlauf werden die Fourierkoeffizienten berechnet. In diesem Sinn handelt es sich um eine Messung der jeweiligen Fourierkoeffizienten.These Fourier coefficients can be measured or calculated by the, in particular digital, lock-in amplifier for the coefficient a1k via a multiplication with a cosine function and for the coefficient b1k via a multiplication with a sine function and in each case a subsequent averaging. In principle, the voltage drop is measured and from the time course of the Fourier coefficients are calculated. In this sense, it is a measurement of the respective Fourier coefficients.

Bei besonders bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters ist die Lock-In-Verstärker-Einrichtung dazu eingerichtet, zu einer Grundfrequenz des periodischen Teststroms mindestens einen, insbesondere den ersten, geraden Fourierkoeffizienten und mindestens einen, insbesondere den ersten, ungeraden Fourierkoeffizienten des Spannungsabfalls zu bestimmen, der von dem periodischen Teststrom über der Impedanz des Schwingkreises bewirkt wird.In particularly preferred variants of the inductive proximity switch according to the invention, the lock-in amplifier device is set up to determine at least one, in particular the first, even Fourier coefficient and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficient of the voltage drop at a fundamental frequency of the periodic test current. which is caused by the periodic test current across the impedance of the resonant circuit.

Verfahrensmäßig sind entsprechend Varianten von Vorteil, bei denen die Lock-In-Verstärker-Einrichtung zu einer Grundfrequenz eines periodischen Teststroms mindestens einen, insbesondere den ersten, geraden Fourierkoeffizienten und mindestens einen, insbesondere den ersten, ungeraden Fourierkoeffizienten des Spannungsabfalls, der von dem Teststrom über der Impedanz des Schwingkreises bewirkt wird, berechnet.According to the method variants are advantageous in which the lock-in amplifier device to a fundamental frequency of a periodic test current at least one, in particular the first, even Fourierkoeffizienten and at least one, in particular the first, odd Fourierkoeffizienten the voltage drop from the test current the impedance of the resonant circuit is calculated.

Im Hinblick auf das Bestimmen des Teststroms sind Verfahrensvarianten von Vorteil, bei denen zum Bestimmen des Teststroms ein Spannungsabfall, der von dem Teststrom über dem Messwiderstand bewirkt wird, der Lock-In-Verstärkereinrichtung zugeführt wird, bei denen die Lock-In-Verstärker-Einrichtung zu einer Grundfrequenz eines periodischen Teststroms mindestens einen, insbesondere den ersten, geraden Fourierkoeffizienten und mindestens einen, insbesondere den ersten, ungeraden Fourierkoeffizienten des Spannungsabfalls, der von dem Teststrom über dem Messwiderstand bewirkt wird, berechnet und wobei insbesondere aus den berechneten Fourierkoeffizienten der Teststrom bestimmt wird.With regard to determining the test current, method variants are advantageous in which, for determining the test current, a voltage drop, which is caused by the test current across the measuring resistor, is fed to the lock-in amplifier device, in which the lock-in amplifier device at least one, in particular the first, even Fourier coefficient and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficient of the voltage drop, which is caused by the test current across the measuring resistor, and in particular wherein the test current is determined from the calculated Fourier coefficients to a fundamental frequency of a periodic test current ,

Ganz entsprechend ist die Lock-In-Verstärker-Einrichtung bei weiteren bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters dazu eingerichtet, zu einer Grundfrequenz des periodischen Teststroms mindestens einen, insbesondere den ersten, geraden Fourierkoeffizienten und mindestens einen, insbesondere den ersten, ungeraden Fourierkoeffizienten des Spannungsabfalls zu bestimmen, der von dem periodischen Teststrom über dem Messwiderstand bewirkt wird. Auch hier bedeutet eine Bestimmung der Fourierkoeffizienten, dass diese aufgrund eines gemessenen Spannungsabfalls, genauer gesagt aufgrund eines zeitlichen Verlaufs einer gemessenen Spannung, berechnet werden.In a corresponding manner, the lock-in amplifier device in further preferred embodiments of the inductive proximity switch according to the invention is adapted to at least one fundamental frequency of the periodic test current, in particular the first, even Fourier coefficient and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficient of the voltage drop determined by the periodic test current across the sense resistor. Again, a determination of the Fourier coefficients means that they are calculated on the basis of a measured voltage drop, more precisely on the basis of a time characteristic of a measured voltage.

Grundsätzlich kann es ausreichend sein, wenn jeweils der erste gerade und der erste ungerade Fourierkoeffizient ausgewertet, also berechnet wird. Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung eines Lock-In-Verstärkers kann aber darin gesehen werden, dass prinzipiell alternativ oder ergänzend auch Fourierkoeffizienten bei höheren Harmonischen ausgewertet werden können. Dadurch kann die Störfestigkeit verbessert und Plausibilitätsprüfungen können durchgeführt werden.In principle, it may be sufficient if in each case the first even and the first odd Fourier coefficient are evaluated, ie calculated. However, a significant advantage when using a lock-in amplifier can be seen in that, in principle, alternatively or additionally, Fourier coefficients can also be evaluated at higher harmonics. This allows the Immunity improved and plausibility checks can be performed.

Aus Fourierkoeffizienten, die im oben erläuterten Verständnis des Begriffs „Messen“ gemessen wurden, können sodann die Induktivität L und gegebenenfalls der Wirkwiderstand Rs der Schwingkreisspule bei einer Messfrequenz kω₀ wie folgt berechnet werden, wobei ω₀ eine Grundfrequenz des periodischen Teststroms und k eine ganze Zahl ist. $L = \frac{\sqrt{a 1 k^{2} + b 1 k^{2}}}{G_{1,0} (k ω_{0}) I_{0} (k ω_{0}) k ω_{0}} sin [atan (a 1 k / b 1 k) - φ_{I} (k ω_{0}) - φ_{G 1} (k ω_{0})]$

R c u = \frac{\sqrt{a 1 k^{2} + b 1 k^{2}}}{G_{1,0} (k ω_{0}) I_{0} (k ω_{0})} cos [atan (b 1 k / a 1 k) - φ_{I} (k ω_{0}) - φ_{G_{1}} (k ω_{0})]

From Fourier coefficients, which were measured in the above-described understanding of the term "measuring", the inductance L and optionally the effective resistance Rs of the oscillating circuit coil at a measuring frequency kω ₀ can then be calculated as follows, where ω _{0 is} a fundamental frequency of the periodic test current and k is a whole Number is.

L = \frac{\sqrt{a 1 k^{2} + b 1 k^{2}}}{G_{1.0} (k ω_{0}) I_{0} (k ω_{0}) k ω_{0}} sin [atan (a 1 k / b 1 k) - φ_{I} (k ω_{0}) - φ_{G 1} (k ω_{0})]

R c u = \frac{\sqrt{a 1 k^{2} + b 1 k^{2}}}{G_{1.0} (k ω_{0}) I_{0} (k ω_{0})} cos [atan (b 1 k / a 1 k) - φ_{I} (k ω_{0}) - φ_{G_{1}} (k ω_{0})]

Dabei sind I₀(kw₀) und φ_I(kω₀)die notwendigerweise bekannte Amplitude und Phase des verwendeten Messstroms und G_1,0(kω₀) und φ_G1(kω₀) sind der Amplitudengang beziehungsweise die Phasendrehung der Signalanpassung.In this case, I ₀ (kw ₀ ) and φ _I (kω ₀ ) are the necessarily known amplitude and phase of the measuring current used and G _1.0 (kω ₀ ) and φ _G1 (kω ₀ ) are the amplitude response or the phase rotation of the signal matching.

Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens erlauben im Gegensatz zu den bekannten Lösungen eine getrennte Messung des Wirkwiderstands einerseits und der Induktivität des Spulensystems andererseits. Das bedeutet, dass sowohl Driften des Wirkwiderstands, also der Kupferleitfähigkeit, als auch Driften der Induktivität über die Temperatur zielgerichtet kompensiert werden können.Variants of the method according to the invention allow, in contrast to the known solutions, a separate measurement of the effective resistance on the one hand and the inductance of the coil system on the other. This means that both drifting of the effective resistance, ie the copper conductivity, as well as drifting of the inductance can be compensated in a targeted manner via the temperature.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters ist demgemäß die Lock-In-Verstärker-Einrichtung dazu eingerichtet, den Wirkwiderstand und die Induktivität der Schwingkreisspule zu bestimmen unter Verwendung der Fourierkoeffizienten, die aufgrund des gemessenen Spannungsabfalls an der Schwingkreisimpedanz und dem Messwiderstand bestimmt wurden.In particularly preferred embodiments of the inductive proximity switch according to the invention, the lock-in amplifier device is accordingly set up to determine the effective resistance and the inductance of the oscillating circuit coil using the Fourier coefficients, which were determined on the basis of the measured voltage drop across the resonant circuit impedance and the measuring resistor.

Die Kompensation von Drifteffekten, insbesondere von Temperatureffekten, kann noch weiter verbessert werden bei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters und des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen parallel zur Messung der Induktivität des Schwingkreises außerdem die Frequenz des Schwingkreises gemessen wird.The compensation of drift effects, in particular of temperature effects, can be further improved in embodiments of the inductive proximity switch according to the invention and the method according to the invention, in which also the frequency of the resonant circuit is measured parallel to the measurement of the inductance of the resonant circuit.

Besonders bevorzugt ist deshalb, wenn bei dem erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalter eine weitere Messeinrichtung zum Messen einer Frequenz des Schwingkreises vorhanden ist.It is therefore particularly preferred if in the inductive proximity switch according to the invention, a further measuring device for measuring a frequency of the resonant circuit is present.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft dadurch aus, dass außerdem eine Frequenz des Schwingkreises gemessen wird, dass die gemessene Frequenz des Schwingkreises im Hinblick auf eine Drift einer Kapazität des Schwingkreises ausgewertet wird und dass der Schwingkreis, der Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe in Abhängigkeit eines Werts der Kapazität des Schwingkreises eingestellt werden, um, insbesondere temperaturbedingte, Veränderungen des Schwingkreises, die auf, insbesondere temperaturabhängige, Änderungen der Kapazität des Schwingkreises zurückgehen, auszugleichen.An inventive method is characterized in this context particularly advantageous in that in addition a frequency of the resonant circuit is measured, that the measured frequency of the resonant circuit is evaluated in terms of drift of a capacitance of the resonant circuit and that the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the Output stage can be adjusted in response to a value of the capacitance of the resonant circuit to, in particular temperature-related, changes in the resonant circuit, which go back to, in particular temperature-dependent, changes in the capacitance of the resonant circuit to compensate.

Die weitere Information der Frequenz des Schwingkreises ermöglicht es, jedenfalls wenn kein Target vorhanden ist, Aussagen über vorhandene Änderungen oder Driften der Schwingkreiskapazität zu treffen.The further information of the frequency of the resonant circuit makes it possible, at least if no target is present to make statements about existing changes or drifts in the resonant circuit capacitance.

Entsprechend sind Verfahrensvarianten bevorzugt, die sich dadurch auszeichnen, dass aus mindestens einem, insbesondere dem ersten, geraden Fourierkoeffizienten und mindestens einem, insbesondere dem ersten, ungeraden Fourierkoeffizienten des Spannungsabfalls über der Impedanz des Schwingkreises unter Verwendung des gemessenen Teststroms der Wirkwiderstand und die Induktivität der Schwingkreisspule bestimmt werden.Accordingly, method variants are preferred, which are characterized in that from at least one, in particular the first, even Fourierkoeffizienten and at least one, in particular the first, odd Fourierkoeffizienten the voltage drop across the impedance of the resonant circuit using the measured test current of the effective resistance and the inductance of the resonant circuit coil be determined.

Auch hier bedeutet Bestimmen im Prinzip Berechnen, insbesondere nach den vorstehend angegebenen Formeln.Again, determining in principle means calculating, in particular according to the formulas given above.

Die Ausgangsstufe kann grundsätzlich bekannter Natur sein. Beispielsweise kann die Ausgangsstufe eine Transistorstufe, insbesondere eine Gegentaktstufe, aufweisen. Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Ausgangsstufe einen, insbesondere verstärkenden, Gleichrichter und einen Komparator auf. Der Komparator kann insbesondere eine einstellbare Schaltschwelle aufweisen.The output stage can basically be of known nature. For example, the output stage may comprise a transistor stage, in particular a push-pull stage. In particularly preferred embodiments, the output stage has a, in particular amplifying, rectifier and a comparator. The comparator can in particular have an adjustable switching threshold.

Grundsätzlich ist es zwar möglich, dass das Ausgangssignal ein mit dem Abstand kontinuierlich variierendes Signal ist. Besonders bevorzugt sind Varianten des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters, bei dem das Ausgangsignal ein binäres Signal ist.In principle, it is possible that the output signal is a continuously varying signal with the distance. Particularly preferred variants of the inductive proximity switch according to the invention, in which the output signal is a binary signal.

Die Kompensation selbst kann prinzipiell auf verschiedenen Wegen erfolgen. Beispielsweise kann eine Schleifenverstärkung des Oszillatorverstärkers angepasst werden. Eine andere Kompensationsmöglichkeit bei Oszillatoren, bei denen die Amplitude bei Bedämpfung nicht abrupt, sondern kontinuierlich einbricht, ist eine temperaturabhängige Anpassung einer über einen, insbesondere verstärkenden, Gleichrichter gemessenen Amplitude. Schließlich kann auch eine Schaltschwelle eines Komparators zur Kompensation oder zum Ausgleich von Temperatureffekten verändert werden.The compensation itself can be done in principle in different ways. For example, a loop gain of the oscillator amplifier can be adjusted. Another possibility of compensation for oscillators in which the amplitude does not abruptly but continuously breaks down during damping is a temperature-dependent adaptation of an amplitude measured via a, in particular amplifying, rectifier. Finally, a switching threshold of a Comparator to compensate for or compensate for temperature effects can be changed.

Besonders bevorzugt sind deshalb Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen beim Einstellen des Oszillatorverstärkers und/oder der Ausgangsstufe eine Schleifenverstärkung des Oszillatorverstärkers, eine Verstärkung eines Gleichrichters und/oder eine Schaltschwelle eines Komparators in Abhängigkeit eines gemessenen Wirkwiderstands und/oder einer gemessenen Induktivität eingestellt werden.Therefore, variants of the method according to the invention are particularly preferred in which, when adjusting the oscillator amplifier and / or the output stage, a loop gain of the oscillator amplifier, a gain of a rectifier and / or a switching threshold of a comparator are set as a function of a measured effective resistance and / or a measured inductance.

Dieses Verfahren kann zweckmäßig verwirklicht werden mit einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Näherungsschalters, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kompensationseinrichtung einen Speicher aufweist zum Speichern von Werten für den Wirkwiderstand und/oder die Induktivität der Schwingkreisspule sowie mindestens von Werten für eine Schleifenverstärkung des Oszillatorverstärkers, für eine Verstärkung eines Gleichrichters und/oder für eine Schaltschwelle eines Komparators, welche jeweils in Abhängigkeit eines gemessenen Wirkwiderstands und/oder einer gemessenen Induktivität einzustellen sind, und dass die Kompensationseinrichtung dazu eingerichtet ist, die gespeicherten Werte für die Verstärkung des Oszillatorverstärkers, für die Verstärkung des Gleichrichters und/oder für die Schaltschwelle des Komparators gemäß den in dem Speicher gespeicherten Zuordnungen einzustellen.This method can be realized expediently with a variant embodiment of the proximity switch according to the invention, which is characterized in that the compensation device has a memory for storing values for the effective resistance and / or the inductance of the oscillatory circuit coil and at least values for a loop gain of the oscillator amplifier, for a Amplification of a rectifier and / or for a switching threshold of a comparator, which in each case are to be set as a function of a measured effective resistance and / or a measured inductance, and in that the compensation device is adapted to store the stored values for the amplification of the oscillator amplifier, for the gain of the rectifier and / or for the switching threshold of the comparator according to the assignments stored in the memory.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass bei Vorliegen eines bestimmten gemessenen Werts der Induktivität oder bei einer bestimmten Kombination von gemessenen Werten der Induktivität und des Wirkwiderstands der Schwingkreisspule und/oder des Teststroms Abgleichwerte berechnet werden, auf deren Grundlage dann der Schwingkreis, der Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe eingestellt werden.In principle, however, it is also possible that, if a specific measured value of the inductance or for a specific combination of measured values of the inductance and the effective resistance of the oscillating circuit coil and / or the test current, adjustment values are calculated on the basis of which the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the output level can be adjusted.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Darin zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters und
2: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters.

Further advantages and features of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Show:

1 : A schematic representation of an inductive proximity switch according to the invention and
2 : An embodiment of a proximity switch according to the invention.

Äquivalente und gleichwirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen versehen.Equivalent and equivalent components in the figures are usually provided with the same reference numerals.

Ein erfindungsgemäßer Näherungsschalter 100 ist schematisch in 1 gezeigt. Dieser Näherungsschalter 100 dient zum Nachweisen eines insbesondere metallischen Targets T, welches sich, schematisch angedeutet, in einem Abstand d von dem Näherungsschalter 100 befindet.An inventive proximity switch 100 is schematic in 1 shown. This proximity switch 100 serves to detect a particular metallic target T , which, indicated schematically, at a distance d from the proximity switch 100 located.

Der Näherungsschalter 100 weist als wesentliche Bestandteile einen Schwingkreis 10 mit einer Schwingkreisspule 12, einen Oszillatorverstärker 20, eine Messeinrichtung 50, bei der es sich im gezeigten Beispiel um eine Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 handelt, und eine Kompensationseinrichtung 60 auf.The proximity switch 100 has as essential components a resonant circuit 10 with a resonant circuit coil 12 , an oscillator amplifier 20 , a measuring device 50 , which in the example shown is a lock-in amplifier device 50 acts, and a compensation device 60 on.

Bei der Schwingkreisspule 12 kann es sich prinzipiell auch um ein Spulensystem aus mehreren Einzelspulen handeln.At the oscillating circuit coil 12 In principle, it can also be a coil system of several individual coils.

Weiterhin ist eine Ausgangsstufe 30 vorhanden, die im gezeigten Beispiel mit dem Oszillatorverstärker 20 zusammenwirkt und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals 32 abhängig von einer Beeinflussung, insbesondere einer Dämpfung, des Schwingkreises 10 durch das nachzuweisende Target T dient.Furthermore, an output stage 30 present, in the example shown with the oscillator amplifier 20 interacts and provides an output signal 32 depending on an influence, in particular a damping, of the resonant circuit 10 through the target to be detected T serves.

Grundsätzlich ist auch möglich, dass die Ausgangsstufe 30 ergänzend oder alternativ mit dem Schwingkreis 10 verbunden ist und dass das Ausgangssignal 32 von einem physikalischen Zustand des Schwingkreises, beispielsweise einer Schwingungsamplitude, abgeleitet wird. Im gezeigten Beispiel wird das Ausgangssignal 32 an einem physikalischen Ausgang der Ausgangsstufe 30 bereitgestellt. Dieses ist aber zur Verwirklichung der Erfindung nicht nötig. Es reicht aus, wenn das Ausgangssignal 32 jedenfalls irgendwo in dem Näherungsschalter 100 bereitgestellt wird. Weiterhin ist in der dargestellten Variante zum Beaufschlagen des Schwingkreises 10 mit einem zeitlich veränderlichen Teststrom 72 eine Stromquelle 70 vorhanden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Stromquelle 70 verwirklicht durch eine einstellbare Stromquelle 51 und einen Funktionsgenerator 53. Der Funktionsgenerator 53 liefert über eine Leitung 57 ein Synchronisierungssignal an die Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50.In principle, it is also possible that the output stage 30 additionally or alternatively with the resonant circuit 10 is connected and that the output signal 32 is derived from a physical state of the resonant circuit, for example, a vibration amplitude. In the example shown, the output signal 32 at a physical output of the output stage 30 provided. However, this is not necessary for the realization of the invention. It is enough if the output signal 32 anyway somewhere in the proximity switch 100 provided. Furthermore, in the illustrated variant for applying the resonant circuit 10 with a time-varying test current 72 a power source 70 available. In the embodiment shown, this power source 70 realized by an adjustable current source 51 and a function generator 53 , The function generator 53 delivers over a line 57 a synchronization signal to the lock-in amplifier device 50 ,

Die Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 ist mit dem Schwingkreis 10 wirkungsmäßig verbunden, was in 1 schematisch durch eine Verbindungsleitung zwischen dem Schwingkreis 10 und der Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 veranschaulicht ist. Die Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 kann auch zum Messen eines Wirkwiderstands der Schwingkreisspule 12 auf Grundlage eines von dem Teststrom 72 bewirkten Spannungsabfalls an einer Impedanz Z des Schwingkreises 10 eingerichtet sein.The lock-in amplifier device 50 is with the resonant circuit 10 Effectively connected, what in 1 schematically by a connecting line between the resonant circuit 10 and the lock-in amplifier device 50 is illustrated. The lock-in amplifier device 50 can also be used to measure a resistance of the oscillating circuit coil 12 based on one of the test currents 72 caused a voltage drop at an impedance Z of the resonant circuit 10 be furnished.

Die Kompensationseinrichtung 60 wirkt mit der Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 zusammen und ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, entweder den Oszillatorverstärker 20 oder die Ausgangsstufe 30 oder beide variabel einzustellen in Abhängigkeit eines gemessenen Wirkwiderstands der Schwingkreisspule 12, um dadurch Veränderungen des Schwingkreises 10 mit der Temperatur, die auf temperaturabhängige Änderungen des Wirkwiderstands zurückgehen, auszugleichen.The compensation device 60 works with the lock-in amplifier device 50 together and is inventively configured to either the oscillator amplifier 20 or the output stage 30 or both adjustable depending on a measured effective resistance of the resonant circuit coil 12 thereby changing the resonant circuit 10 with the temperature due to temperature-dependent changes in the resistance to compensate.

Die Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 ist im gezeigten Beispiel verwirklicht durch einen digitalen Lock-In-Verstärker 56, der insbesondere in einer Baueinheit mit der Kompensationseinrichtung 60 und/oder der Ausgangsstufe 30, beispielsweise in einem Mikrocontroller, realisiert sein kann.The lock-in amplifier device 50 is realized in the example shown by a digital lock-in amplifier 56 in particular in a structural unit with the compensation device 60 and / or the output stage 30 , for example in a microcontroller, can be realized.

Die Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 ist erfindungsgemäß eingerichtet zum Messen einer Induktivität L der Schwingkreisspule 12. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt dies auf Grundlage des von dem Teststrom 72 bewirkten Spannungsabfalls an einem Messwiderstand Ri. Schließlich ist die Kompensationseinrichtung 60 zusätzlich dazu eingerichtet, entweder den Oszillatorverstärker 20 oder die Ausgangsstufe 30 oder beide einzustellen, um, insbesondere temperaturabhängige, Veränderungen des Schwingkreises 10, die auf insbesondere temperaturabhängige, Änderungen der Induktivität L zurückgehen, auszugleichen.The lock-in amplifier device 50 is arranged according to the invention for measuring an inductance L the oscillating circuit coil 12 , In the embodiment shown this is done on the basis of the test current 72 caused a voltage drop across a measuring resistor Ri , Finally, the compensation device 60 additionally set up, either the oscillator amplifier 20 or the output stage 30 or both to adjust, in particular temperature-dependent, changes in the resonant circuit 10 , which depends in particular on temperature-dependent, changes in the inductance L go back, balance.

Dieser Ausgleich in Abhängigkeit von gemessenen Werten für den Wirkwiderstand und der Induktivität L der Schwingkreisspule 12 erfolgt besonders bevorzugt so, dass ein Schaltabstand, also der Abstand, bei dem der induktive Näherungsschalter 100 bei Annäherung des Targets T von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert umschaltet, in einem zu spezifizierenden Temperaturbereich möglichst konstant bleibt. Beispielsweise kann gefordert werden, dass der Schaltabstand in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C oder -25 °C bis +75 °C nicht mehr als 10 % driftet.This compensation as a function of measured values for the effective resistance and the inductance L the oscillating circuit coil 12 is particularly preferably so that a switching distance, ie the distance at which the inductive proximity switch 100 when approaching the target T switches from a first value to a second value, remains as constant as possible in a temperature range to be specified. For example, it may be required that the sensing distance does not drift more than 10% in a temperature range of -40 ° C to +85 ° C or -25 ° C to +75 ° C.

Diese Einstellung kann im Hinblick auf den Oszillatorverstärker 20 über die Leitung 67 beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Schleifenverstärkung V des Oszillatorverstärkers 20 je nach gemessenem Wirkwiderstand und/oder je nach gemessener Induktivität L der Schwingkreisspule 12 verändert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Kompensationseinrichtung 60 über die Leitung 65 auch Parameter der Ausgangsstufe 30, beispielsweise Verstärkungen und/oder Schwellwerte, in Abhängigkeit eines gemessenen Wirkwiderstand und/oder einer gemessenen Induktivität L der Schwingkreisspule 12 gezielt verändern.This setting may be with regard to the oscillator amplifier 20 over the line 67 for example, be done by a loop gain V of the oscillator amplifier 20 depending on the measured resistance and / or depending on the measured inductance L the oscillating circuit coil 12 is changed. Alternatively or additionally, the compensation device 60 over the line 65 also parameters of the output stage 30 , For example, gains and / or thresholds, depending on a measured effective resistance and / or a measured inductance L the oscillating circuit coil 12 change specifically.

Hierzu kann die Kompensationseinrichtung 60, etwa in einem Mikrocontroller oder einer vergleichbaren logischen Einrichtung, einen Speicher 62 aufweisen zum Speichern von Werten für den Wirkwiderstand und/oder die Induktivität L der Schwingkreisspule 12. Zu diesen gespeicherten Werten für einen gemessenen Wirkwiderstand und einer gemessenen Induktivität L können in dem Speicher 62 zugehörige Parameter abgelegt sein, die bei dem Oszillatorverstärker 20 und/oder der Ausgangsstufe 30 einzustellen sind, wenn die entsprechenden Werte für den Wirkwiderstand und die Induktivität L gemessen werden, damit letzten Endes die gewünschte Temperaturkompensation erreicht wird. Bei den genannten Parametern kann es sich um Werte für eine Schleifenverstärkung des Oszillatorverstärkers 20, Werte für eine Verstärkung Vg eines Gleichrichters 36 (siehe hierzu 2) und/oder Werte für eine Schaltschwelle S eines Komparators 34 (siehe hierzu 2) handeln, welche jeweils in Abhängigkeit eines gemessenen Wirkwiderstands und einer gemessenen Induktivität L einzustellen sind. Die Kompensationseinrichtung 60 kann nun dazu eingerichtet sein, die gespeicherten Werte für die Verstärkung V des Oszillatorverstärkers 20, für die Verstärkung Vg eines Gleichrichters 36 und/oder für die Schaltschwelle des Komparators 34 gemäß den in dem Speicher 62 gespeicherten Zuordnungen einzustellen.For this purpose, the compensation device 60 For example, in a microcontroller or similar logical device, a memory 62 for storing values for the effective resistance and / or the inductance L the oscillating circuit coil 12 , These stored values for a measured effective resistance and a measured inductance L can in the store 62 associated parameters stored in the oscillator amplifier 20 and / or the output stage 30 are set, if the corresponding values for the resistance and the inductance L be measured, so that ultimately the desired temperature compensation is achieved. The parameters mentioned may be values for a loop gain of the oscillator amplifier 20 , Values for a reinforcement Vg a rectifier 36 (see also 2 ) and / or values for a switching threshold S a comparator 34 (see also 2 ), which in each case depending on a measured effective resistance and a measured inductance L are to be adjusted. The compensation device 60 can now be set to the stored values for the gain V of the oscillator amplifier 20 , for the reinforcement Vg a rectifier 36 and / or for the switching threshold of the comparator 34 according to the in the memory 62 set assignments.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass bei Vorliegen eines bestimmten gemessenen Werts der Induktivität L oder bei einer bestimmten Kombination von gemessenen Werten der Induktivität und des Wirkwiderstands der Schwingkreisspule und/oder des Teststroms Abgleichwerte berechnet werden, auf deren Grundlage dann der Schwingkreis, der Oszillatorverstärker und/oder die Ausgangsstufe eingestellt werden.In principle, it is also possible that in the presence of a certain measured value of the inductance L or at a certain combination of measured values of inductance and resistance of the resonant circuit coil and / or the test current, balancing values are calculated on the basis of which the resonant circuit, the oscillator amplifier and / or the output stage are adjusted.

Beispielsweise kann Grundlage von den beim Abgleich bei Raumtemperatur gespeicherten Werten von Rs und L ein neuer Abgleichwert für eine aktuell vorliegende Kombination von L und Rs berechnet werden.For example, based on the values of Rs and L stored in the adjustment at room temperature, a new adjustment value for a currently present combination of L and Rs can be calculated.

Ein konkreteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters 100 wird im Folgenden mit Bezug auf 2 erläutert. Die wesentlichen Komponenten sind hier wiederum ein Schwingkreis 10, ein Oszillatorverstärker 20, eine Lock-In-Verstärker-Einrichtung als Messeinrichtung 50, eine Stromquelle 70 zum Bereitstellen eines zeitlich veränderlichen Teststroms 72, eine Kompensationseinrichtung 60 und eine Ausgangsstufe 30.A more concrete embodiment of an inductive proximity switch according to the invention 100 will be referred to below with reference to 2 explained. The essential components are again a resonant circuit 10 , an oscillator amplifier 20 , a lock-in amplifier device as a measuring device 50 , a power source 70 for providing a time-varying test current 72 , a compensation device 60 and an output stage 30 ,

Der Schwingkreis 10 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Schwingkreisspule 12 mit einer Induktivität L, einem Kondensator 14 mit einer Kapazität C und einer resistiven Komponente 16 mit einem Wirkwiderstand Rs. Die Darstellung des Schwingkreises 10 in 2 ist schematisch im Sinn eines Ersatzschaltbilds zu verstehen. Das bedeutet, dass prinzipiell mehrere Kondensatoren zur Gesamtkapazität C, mehrere Einzelspulen zur Gesamtinduktivität L und mehrere Widerstände zum Gesamtwiderstand Rs beitragen können. In guter Näherung kann man aber in der Regel davon ausgehen, dass der Gesamtwiderstand Rs im Wesentlichen durch den Kupferwiderstand Rcu der Schwingkreisspule 12 gegeben ist.The resonant circuit 10 consists in the embodiment shown of a resonant circuit coil 12 with an inductance L , a capacitor 14 with a capacitance C and a resistive component 16 with a resistance Rs , The representation of the resonant circuit 10 in 2 is to be understood schematically in the sense of an equivalent circuit diagram. This means that in principle several capacitors to the total capacitance C, several individual coils to the total inductance L and several resistors to total resistance Rs can contribute. In a good approximation one can, however, generally assume that the total resistance Rs essentially by the copper resistance Rcu the oscillating circuit coil 12 given is.

Der Oszillatorverstärker 20 ist mit dem Schwingkreis 10 über einen Knoten zwischen dem Kondensator 14 und der Schwingkreisspule 12 verbunden und weist einen Verstärker 21 und einen Widerstand 22 in einem Rückkoppelkreis auf.The oscillator amplifier 20 is with the resonant circuit 10 via a node between the capacitor 14 and the resonant circuit coil 12 connected and has an amplifier 21 and a resistance 22 in a feedback loop.

Die Ausgangsstufe 30 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel einen verstärkenden Gleichrichter 36 und einen Komparator 34 auf. Ein Eingang des verstärkenden Gleichrichters 36 ist mit einem Ausgang des Verstärkers 21 verbunden. Ein Ausgang des verstärkenden Gleichrichters 36 ist mit einem Eingang des Komparators 34 verbunden. An einem Ausgang des Komparators 34 befindet sich schließlich eine Transistorstufe, über die das Ausgangssignal 32 bereitgestellt wird.The output stage 30 has in the embodiment shown a reinforcing rectifier 36 and a comparator 34 on. An input of the amplifying rectifier 36 is with an output of the amplifier 21 connected. An output of the amplifying rectifier 36 is with an input of the comparator 34 connected. At an output of the comparator 34 Finally there is a transistor stage, via which the output signal 32 provided.

Die Lock-In-Verstärker-Einrichtung 50 weist in dem in 2 gezeigten Beispiel zwei separate Lock-In-Verstärker auf, einen ersten Lock-In-Verstärker 52, der zum Messen des Wirkwiderstands und der Induktivität L der Schwingkreisspule 12 dient, und einen zweiten Lock-In-Verstärker 54 zum Messen des Teststroms 72.The lock-in amplifier device 50 points in the in 2 shown two separate lock-in amplifier, a first lock-in amplifier 52 , which measures the resistance and the inductance L the oscillating circuit coil 12 serves, and a second lock-in amplifier 54 for measuring the test current 72 ,

Die Stromquelle 70 zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Teststroms 72 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine steuerbare Stromquelle 51 auf, die von einem Funktionsgenerator 53 angesteuert wird. Der Funktionsgenerator 53 kann beispielsweise ein periodisches Signal mit einer niederfrequenten Grundfrequenz liefern. Niederfrequent bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der in den Schwingkreis 10 eingeprägte Teststrom die Resonanz des Schwingkreises 10, dessen Resonanzfrequenz typischerweise bei Frequenzen oberhalb von 100 kHz liegt, nicht wesentlich anregt. Die Grundfrequenz des Teststroms liegt typischerweise in der Größenordnung von etwa 100 Hz bis zu wenigen kHz. Das periodische Signal muss aber nicht notwendig ein Sinussignal sein, d.h. der zeitlich veränderliche Teststrom 72 kann signifikante Anteile von höheren Harmonischen enthalten. Beispielsweise kann der Strom eine Rechteckform, eine Dreieckform oder auch eine Form aufweisen, die als verschliffene Rechteckform bezeichnet wird. Unter Letzterer ist eine Rechteckform zu verstehen, bei der die Ecken der Rechtecke abgeflacht oder abgerundet sind.The power source 70 for providing the time-varying test current 72 has a controllable current source in the embodiment shown 51 on top of that by a function generator 53 is controlled. The function generator 53 For example, it can provide a periodic signal with a low-frequency fundamental frequency. Low frequency in this context means that in the resonant circuit 10 impressed test current the resonance of the resonant circuit 10 whose resonant frequency is typically at frequencies above 100 kHz does not significantly excite. The fundamental frequency of the test current is typically on the order of about 100 Hz to a few kHz. However, the periodic signal does not necessarily have to be a sinusoidal signal, ie the time-varying test current 72 may contain significant proportions of higher harmonics. For example, the stream may have a rectangular shape, a triangular shape or even a shape, which is referred to as a sanded rectangular shape. The latter is a rectangular shape in which the corners of the rectangles are flattened or rounded.

Der zeitlich veränderliche Teststrom 72 wird dem Schwingkreis 10 über den Knoten zwischen der Schwingkreisspule 12 und dem Kondensator 14, an welchem auch der Oszillatorverstärker 20 angeschlossen ist, zugeführt. Der Funktionsgenerator 53 liefert außerdem über eine Leitung 57 ein Synchronisierungssignal an den ersten Lock-In-Verstärker 52 und den zweiten Lock-In-Verstärker 54.The time-varying test current 72 becomes the resonant circuit 10 over the node between the resonant circuit coil 12 and the capacitor 14 , on which also the oscillator amplifier 20 is connected, supplied. The function generator 53 also provides over a line 57 a synchronization signal to the first lock-in amplifier 52 and the second lock-in amplifier 54 ,

Ein am Schaltungsknoten zwischen der Schwingkreisspule 12 und dem Kondensator 14 anliegendes Potenzial wird über eine erste Signalkonditioniereinrichtung 92, die als wesentliche Bestandteile einen Bandpassfilter 93 und einen Verstärker 94 aufweist, an einen Eingang des ersten Lock-In-Verstärkers 52 gegeben. Der Bandpassfilter 93 dient zum Blockieren der eigentlichen Oszillatorschwingung, deren Frequenz größenordnungsmäßig im Bereich 100 kHz bis 200 kHz liegen kann. Bei Sensoren mit metallischer Stirnfläche wäre beispielsweise auch eine Oszillatorfrequenz von 10 kHz möglich. Prinzipiell kann die Frequenz des Oszillators auch größer sein als 200 kHz. Das Blockieren muss nicht beliebig gut erfolgen, sondern nur so weit, dass die Amplitude des dem ersten Lock-In-Verstärker 52 zugeführten Signals einen dort vorhandenen Analog-Digitalwandler nicht übersteuert. Durchgelassen werden soll nur ein mit einer Frequenz oder den Frequenzen des zeitlich variablen Teststroms 72 variierender Anteil. Diese Frequenz kann beziehungsweise diese Frequenzen können im Bereich von wenigen kHz liegen.On at the circuit node between the resonant circuit coil 12 and the capacitor 14 Potential applied is via a first signal conditioning device 92 , which as essential components a bandpass filter 93 and an amplifier 94 to an input of the first lock-in amplifier 52 given. The bandpass filter 93 serves to block the actual oscillator oscillation whose frequency can be on the order of magnitude in the range 100 kHz to 200 kHz. For sensors with metallic face, for example, an oscillator frequency of 10 kHz would be possible. In principle, the frequency of the oscillator can be greater than 200 kHz. The blocking need not be done arbitrarily well, but only so far as the amplitude of the first lock-in amplifier 52 signal supplied there does not overdrive an existing analog-to-digital converter. Only one with one frequency or the frequencies of the time-variable test current should be transmitted 72 varying proportion. This frequency can or these frequencies can be in the range of a few kHz.

Der Schaltungsknoten zwischen der resistiven Komponente 16 und dem Kondensator 14 wird mithilfe eines Operationsverstärkers 74 auf ein definiertes Potenzial gehoben, dessen Wert gegeben ist durch einen aus den Widerständen 75 und 76 gebildeten Spannungsteiler. Beispielsweise kann dieses definierte Potenzial 600 mV sein. Damit oszilliert die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 74 etwa zwischen 500 mV und 600 mV. Dadurch wird gewährleistet, dass der Messbereich des Analog-Digital-Wandlers in dem zweiten Lock-In-Verstärker 54 nicht unterschritten wird. Zwischen dem Schaltungsknoten zwischen der resistiven Komponente 16 und dem Kondensator 14 und einem Ausgang des Operationsverstärkers 74 befindet sich ein Messwiderstand Ri, der zum Messen des zeitlich veränderlichen Teststroms 72 dient. Ein am Ausgang des Operationsverstärkers 74 anliegendes Potenzial wird über eine zweite Signalkonditionierungseinrichtung 95, die, wie die erste Signalkonditionierungseinrichtung 92, als wesentliche Bestandteile einen Bandpassfilter 96 und einen Verstärker 95 aufweist, an einen Eingang des zweiten Lock-In-Verstärkers 54 gegeben. Der Bandpassfilter dient wiederum zum Blockieren der eigentlichen Oszillatorschwingung und zum Durchlassen der Frequenz oder Frequenzen des zeitlich variablen Teststroms 72.The circuit node between the resistive component 16 and the capacitor 14 is using an operational amplifier 74 raised to a defined potential whose value is given by one of the resistors 75 and 76 formed voltage divider. For example, this defined potential can be 600 mV. This oscillates the voltage at the output of the operational amplifier 74 approximately between 500 mV and 600 mV. This ensures that the measuring range of the analog-to-digital converter in the second lock-in amplifier 54 not fallen below. Between the circuit node between the resistive component 16 and the capacitor 14 and an output of the operational amplifier 74 there is a measuring resistor Ri , which is used to measure the time-varying test current 72 serves. One at the output of the operational amplifier 74 applied potential is via a second signal conditioning device 95 which, like the first signal conditioning device 92 , as essential components a band-pass filter 96 and an amplifier 95 to an input of the second lock-in amplifier 54 given. The bandpass filter in turn serves to block the actual oscillator oscillation and to pass the frequency or frequencies of the time-varying test current 72 ,

Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung bestimmt der erste Lock-In-Verstärker 52 nun, wie oben erläutert, auf Grundlage der Spannung, die seinem Eingang über die erste Signalkonditioniereinrichtung 92 zugeführt wird, zu einer Grundfrequenz des periodischen Teststroms 72 mindestens einen geraden Fourierkoeffizienten, insbesondere den ersten geraden Fourierkoeffizienten a1k, und mindestens einen ungeraden Fourierkoeffizienten, insbesondere den ersten ungeraden Fourierkoeffizienten b1k, des Spannungsabfalls, der von dem periodischen Teststrom 72 über der Schwingkreisimpedanz Z bewirkt wird. Der erste Lock-In-Verstärker 52 kann ein digitaler Lock-In-Verstärker sein, sodass, wenn hier von Bestimmen die Rede ist, damit gemeint ist, dass der erste Lock-In-Verstärker 52 die entsprechenden Fourierkoeffizienten aufgrund der seinem Eingang zugeführten Spannung berechnet. Diese Fourierkoeffizienten, insbesondere die Fourierkoeffizienten a1k und b1k, werden sodann über Verbindungsleitungen, die in 2 schematisch gezeigt sind, der Kompensationseinrichtung 60 zugeführt. In der Kompensationseinrichtung 60 können aus den Fourierkoeffizienten prinzipiell der Wirkwiderstand und die Induktivität L der Schwingkreisspule 12 berechnet werden.In a preferred variant of the invention, the first lock-in amplifier determines 52 now, as explained above, based on the voltage that its input over the first signal conditioning 92 is supplied to a fundamental frequency of the periodic test current 72 at least one even Fourier coefficient, in particular the first even Fourier coefficient a1k , and at least one odd Fourier coefficient, in particular the first odd Fourier coefficient B1K , the voltage drop resulting from the periodic test current 72 above the resonant circuit impedance Z is effected. The first lock-in amplifier 52 may be a digital lock-in amplifier, so when it comes to determining, it means that the first lock-in amplifier 52 calculates the corresponding Fourier coefficients based on the voltage applied to its input. These Fourier coefficients, in particular the Fourier coefficients a1k and B1K , are then connected via connecting lines in 2 are shown schematically, the compensation device 60 fed. In the compensation device 60 In principle, the effective resistance and the inductance can be calculated from the Fourier coefficients L the oscillating circuit coil 12 be calculated.

Besonders bevorzugt bestimmt weiterhin der zweite Lock-In-Verstärker 54 auf Grundlage der Spannung, die seinem Eingang über die zweite Signalkonditioniereinrichtung 95 zugeführt wird, zu einer Grundfrequenz des periodischen Teststroms 72 mindestens einen geraden Fourierkoeffizienten, insbesondere den ersten geraden Fourierkoeffizienten ak2 und mindestens einen ungeraden Fourierkoeffizienten, insbesondere den ersten ungeraden Fourierkoeffizienten bk2 des Spannungsabfalls, der von dem periodischen Teststrom 72 über dem Messwiderstand Ri bewirkt wird. The second lock-in amplifier also particularly preferably determines the second lock-in amplifier 54 based on the voltage applied to its input via the second signal conditioning device 95 is supplied to a fundamental frequency of the periodic test current 72 at least one even Fourier coefficient, in particular the first even Fourier coefficient ak2 and at least one odd Fourier coefficient, in particular the first odd Fourier coefficient bk2 the voltage drop resulting from the periodic test current 72 above the measuring resistor Ri is effected.

Auch der zweite Lock-In-Verstärker 54 kann ein digitaler Lock-In-Verstärker sein, sodass, wenn hier von Bestimmen die Rede ist, damit gemeint ist, dass der zweite Lock-In-Verstärker 54 die entsprechenden Fourierkoeffizienten aufgrund der seinem Eingang zugeführten Spannung berechnet. Diese Fourierkoeffizienten, insbesondere die Fourierkoeffizienten a2k und b2k, werden ebenfalls über Verbindungsleitungen, die in 2 schematisch gezeigt sind, der Kompensationseinrichtung 60 zugeführt. In der Kompensationseinrichtung 60 kann aus den Fourierkoeffizienten prinzipiell der zeitlich variable Teststrom 72 berechnet werden. Besonders bevorzugt wird der so gemessene Teststrom 72 bei der Berechnung des Wirkwiderstands und der Induktivität L der Schwingkreisspule 12 mit berücksichtigt. Die Genauigkeit der Messung der Induktivität L und des Wirkwiderstands der Schwingkreisspule 12 und damit die Temperaturkompensation insgesamt kann durch die Messung des Teststroms 72 deutlich verbessert werden.Also the second lock-in amplifier 54 may be a digital lock-in amplifier, so when it comes to determining, it means that the second lock-in amplifier 54 calculates the corresponding Fourier coefficients based on the voltage applied to its input. These Fourier coefficients, in particular the Fourier coefficients a2k and b2k , are also connected via connecting lines in 2 are shown schematically, the compensation device 60 fed. In the compensation device 60 In principle, the time-varying test current can be calculated from the Fourier coefficients 72 be calculated. Particularly preferred is the thus measured test current 72 in the calculation of the effective resistance and the inductance L the oscillating circuit coil 12 taken into account. The accuracy of the inductance measurement L and the effective resistance of the oscillating circuit coil 12 and therefore the total temperature compensation can be achieved by measuring the test current 72 be significantly improved.

Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der erste Lock-In-Verstärker 52 und der zweite Lock-In-Verstärker 54 durch ein und denselben digitalen Lock-In-Verstärker verwirklicht sind, die in einem Multiplexbetrieb, d.h. in rascher Abfolge abwechselnd, betrieben werden.Basically, it is also possible that the first lock-in amplifier 52 and the second lock-in amplifier 54 are implemented by one and the same digital lock-in amplifier, which are operated in a multiplex operation, ie in rapid succession alternately.

Die Kompensationseinrichtung 60 beinhaltet wiederum einen Speicher 62, in dem Werte für den Wirkwiderstand und die Induktivität L der Schwingkreisspule 12 abgelegt sind. Zugehörig zu diesen Werten oder Wertepaaren können im Speicher 62 jeweils Parametereinstellungen gespeichert sein, die im Einzelnen bei bestimmten Wertepaaren für den Wirkwiderstand und die Induktivität L der Schwingkreisspule 12 bei dem Oszillatorverstärker, bei dem verstärkenden Gleichrichters 36 und dem Komparator 34 einzustellen sind. Konkret kann beispielsweise über eine Leitung 65 eine Schleifenverstärkung V des Oszillatorverstärkers 20 eingestellt werden, über eine Leitung 64 kann eine Verstärkung Vg des verstärkenden Gleichrichters 36 und über eine Leitung 63 schließlich kann eine Schwelle des Komparators 34 geeignet eingestellt werden.The compensation device 60 again contains a memory 62 , in which values for the resistance and the inductance L the oscillating circuit coil 12 are stored. Belonging to these values or value pairs may be in memory 62 In each case parameter settings are stored, which in detail for certain value pairs for the effective resistance and the inductance L the oscillating circuit coil 12 at the oscillator amplifier, at the amplifying rectifier 36 and the comparator 34 are to be adjusted. Specifically, for example, via a line 65 a loop gain V of the oscillator amplifier 20 be set, via a wire 64 can be a reinforcement Vg of the amplifying rectifier 36 and over a line 63 Finally, a threshold of the comparator 34 be adjusted appropriately.

Wie oben beschrieben, können die einzustellenden Werte auch auf Grundlage von gemessenen Werten der Induktivität L, des Wirkwiderstands und/oder des Teststroms berechnet werden.As described above, the values to be set may also be based on measured values of inductance L , the effective resistance and / or the test current are calculated.

Prinzipiell kann die Logik oder die Zielvorgabe der Einstellung beliebig gewählt werden. Eine besonders häufige und zweckmäßige Zielvorgabe besteht darin, dass sich ein Schaltabstand, d.h. der Abstand, bei dem der Näherungsschalter 100 bei Annäherung eines Tages T umschaltet, sich möglichst wenig mit der Temperatur ändert.In principle, the logic or the target of the setting can be selected as desired. A particularly frequent and expedient target is that a switching distance, ie the distance at which the proximity switch 100 at approach of a day T switches as little as possible with the temperature changes.

Mit der vorliegenden Erfindung werden ein neuer induktiver Näherungsschalter und ein neues Verfahren zum Betreiben von induktiven Näherungsschaltern bereitgestellt. Weil erfindungsgemäß die Induktivität einer Schwingkreisspule, insbesondere zusätzlich zu deren Wirkwiderstand, mit einer Messeinrichtung, insbesondere mit einem Lock-In-Verstärker, gemessen und bei der Kompensierung von Temperatureffekten berücksichtigt wird, können mit der Erfindung deutliche Verbesserungen der Kompensierung von Temperaturvariationen erreicht werden. Die Genauigkeit der Auswertung kann noch erheblich gesteigert werden, wenn zusätzlich noch ein zeitlich variabler Teststrom, der zum Messen von Wirkwiderstand und Induktivität der Schwingkreisspule verwendet wird, selbst noch, insbesondere mit einem Lock-In-Verstärker, gemessen wird.The present invention provides a new inductive proximity switch and method for operating inductive proximity switches. Because according to the invention, the inductance of a resonant circuit coil, in particular in addition to their effective resistance, with a measuring device, in particular with a lock-in amplifier, measured and taken into account in the compensation of temperature effects, significant improvements of the compensation of temperature variations can be achieved with the invention. The accuracy of the evaluation can be significantly increased if in addition a time-variable test current, which is used to measure resistance and inductance of the resonant circuit coil, even, in particular with a lock-in amplifier, is measured.

BezugszeichenlisteREFERENCE LIST

1010: Schwingkreisresonant circuit
1212: SchwingkreisspuleResonant circuit coil
1414: Kondensator des Schwingkreises 10 Capacitor of the resonant circuit 10
16 16: Wirkwiderstand des Schwingkreises 10 Effective resistance of the resonant circuit 10
2020: Oszillatorverstärkeroscillator amplifier
2121: Verstärkeramplifier
2222: Widerstand im Rückkopplungskreis des Verstärker 21 Resistance in the feedback loop of the amplifier 21
3030: Ausgangsstufeoutput stage
3232: Ausgangssignaloutput
3434: Komparatorcomparator
3636: verstärkender Gleichrichteramplifying rectifier
5050: Lock-In-Verstärker-EinrichtungLock-in amplifier device
5151: steuerbare Stromquellecontrollable power source
5252: erster Lock-In-Verstärkerfirst lock-in amplifier
5353: Funktionsgeneratorfunction generator
5454: zweiter Lock-In-Verstärkersecond lock-in amplifier
5656: digitaler Lock-In-Verstärkerdigital lock-in amplifier
5757: Synchronisierungsleitungsynchronization line
6060: Kompensationseinrichtungcompensator
6262: SpeicherStorage
6363: Leitung von der Kompensationseinrichtung 60 zum Gleichrichter 36 Line from the compensation device 60 to the rectifier 36
6464: Leitung von der Kompensationseinrichtung 60 zum Komparator 34 Line from the compensation device 60 to the comparator 34
6565: Leitung von der Kompensationseinrichtung 60 zum Oszillatorverstärker 20 Line from the compensation device 60 to the oscillator amplifier 20
6767: Leitung von der Kompensationseinrichtung 60 zur Ausgangsstufe 30 Line from the compensation device 60 to the output stage 30
7070: Stromquellepower source
7272: Teststromtest current
7474: Operationsverstärkeroperational amplifiers
7575: Widerstand für SpannungsteilerResistor for voltage divider
7676: Widerstand für SpannungsteilerResistor for voltage divider
8080: Mikro-ControllerMicrocontroller
9292: erste Signalkonditioniereinrichtungfirst signal conditioning device
9393: BandpassfilterBandpass filter
9494: Verstärkeramplifier
9595: zweite Signalkonditioniereinrichtungsecond signal conditioning device
9696: BandpassfilterBandpass filter
9797: Verstärkeramplifier
100100: Induktiver NäherungsschalterInductive proximity switch
dd: Abstand des Targets T vom induktiven Näherungsschalter 100 Distance of the target T from the inductive proximity switch 100
G₁(ω)G ₁ (ω): Transferfunktion des Spannungsabfalls an Schwingkreisimpedanz Z Transfer function of the voltage drop at the resonant circuit impedance Z
G₂(ω)G ₂ (ω): Transferfunktion des Spannungsabfalls an Messwiderstand Ri Transfer function of the voltage drop across the measuring resistor Ri
LL: Induktivität der SchwingkreisspuleInductance of the oscillating circuit coil
RiRi: Messwiderstandmeasuring resistor
RcuRcu: ohmscher Widerstand der Schwingkreisspule 12 ohmic resistance of the oscillating circuit coil 12
RsRs: Wirkwiderstandeffective resistance
SS: Schaltschwelle des Komparators 34 Switching threshold of the comparator 34
TT: nachzuweisendes TargetTarget to be detected
VV: Schleifenverstärkung des Oszillatorverstärkers 20 Loop gain of the oscillator amplifier 20
VgVg: Verstärkung des Gleichrichters 36 Reinforcement of the rectifier 36
ZZ: SchwingkreisimpedanzResonant circuit impedance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013202573 B3 [0002, 0003, 0012, 0051]
DE 3931892 A1 [0013, 0036]
EP 70796 A1 [0014, 0037]
EP 319470 A1 [0014, 0037]
EP 813306 B1 [0015]
DE 4142680 A1 [0016, 0053]

Claims

An inductive proximity switch comprising a resonant circuit (10) having a resonant circuit coil (12), an oscillator amplifier (20) and an output stage (30) cooperating with the resonant circuit (10) and / or the oscillator amplifier (20) to provide an output signal (32) depending on an influencing, in particular a damping, of the oscillating circuit (10) by a target (T) to be detected, characterized in that a measuring device (50) is provided for measuring an inductance (L) of the oscillating circuit coil (12) and a compensating device (60) is provided which interacts with the measuring device (50) and is adapted to the resonant circuit (10), the oscillator amplifier (20) and / or the output stage (30) in dependence on a measured inductance (L) of the resonant circuit coil (12) to adjust, in particular temperature-induced, changes of the resonant circuit (10), the, in particular temperature-dependent, changes in the Inductance (L) go back, balance.

Inductive proximity switch to Claim 1 characterized in that a current source (70) is provided for energizing the resonant circuit (10) with a time varying test current (72) and that the measuring means (50) for measuring the inductance (L) of the resonant circuit coil (12) is based on one of the test current (72) caused voltage drop is established.

Inductive proximity switch to Claim 2 , characterized in that the inductance (L) of the resonant circuit coil (12) from the imaginary part of a resonant circuit impedance (Z), over which a voltage drop is measured, is obtained.

Inductive proximity switch to Claim 2 or 3 characterized in that the measuring device (50) is further adapted to measure a resistance of the oscillating circuit coil (12) on the basis of the voltage drop caused by the test current (72) and in that the compensating device (60) is also adapted to operate the oscillating circuit (10) to adjust the oscillator amplifier (20) and / or the output stage (30) in response to a measured effective resistance of the oscillating circuit coil (12) to compensate, in particular temperature-related, changes in the resonant circuit (10), which are due to, in particular temperature-dependent, changes in the effective resistance ,

Inductive proximity switch according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the measuring device (50) is a lock-in amplifier device.

Inductive proximity switch to Claim 4 or 5 , characterized in that the effective resistance of the resonant circuit coil (12) from the real part of a resonant circuit impedance (Z) over which a voltage drop is measured, is obtained.

Inductive proximity switch according to one of Claims 2 to 6 , characterized in that the measuring device (50) is also adapted to determine the test current (72), with which the resonant circuit (10) is acted upon.

Inductive proximity switch according to one of Claims 2 to 7 characterized in that for measuring the test current (72) there is a sensing resistor (Ri) and that the measuring means (50) is arranged to measure the test current (72) based on a voltage drop across the sensing resistor (Ri).

Inductive proximity switch according to one of Claims 5 to 8th characterized in that the lock-in amplifier means (50) comprises a first lock-in amplifier (52) for measuring the effective resistance and the inductance (L) of the resonant circuit coil (12), and that the lock In amplifier means (50) comprises a second lock-in amplifier (54) which serves to measure the test current (72) through the resonant circuit (10).

Inductive proximity switch according to one of Claims 5 to 9 , characterized in that the lock-in amplifier device (50) has exactly one lock-in amplifier (56) for alternately measuring the effective resistance and the inductance (L) of the resonant circuit coil (12) on the one hand and the test current (72) on the other hand.

Inductive proximity switch according to one of Claims 5 to 10 , characterized in that the lock-in amplifier means (50) comprises at least one digital lock-in amplifier.

Inductive proximity switch according to one of Claims 1 to 11 , characterized in that the measuring device (50), the compensation device (60) and / or the output stage (30), in a micro-controller (80) are realized.

Inductive proximity switch according to one of Claims 2 to 12 , characterized in that the current source (70) for providing the test current (72) is a controllable current source (51) and in that a function generator (53) is present for activating the controllable current source (51).

Inductive proximity switch according to one of Claims 2 to 13 , characterized in that the test current (72) is periodic.

Inductive proximity switch according to one of Claims 2 to 14 , characterized in that the fundamental frequency of the test current (72) 100 Hz to 5 kHz, preferably 1 kHz to 3 kHz and more preferably 1.5 kHz to 2.5 kHz.

Inductive proximity switch to Claim 14 or 15 , characterized in that the resonant frequency of the resonant circuit (12) is at least ten times greater than the fundamental frequency of the periodic test current (72).

Inductive proximity switch according to one of Claims 2 to 16 , characterized in that the lock-in amplifier means (50) is adapted to a fundamental frequency of the periodic test current (72) at least one, in particular the first, even Fourierkoeffizienten and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficient of the voltage drop determined by the periodic test current (72) across the impedance (Z) of the resonant circuit (12).

Inductive proximity switch according to one of Claims 2 to 17 , characterized in that the lock-in amplifier means (50) is adapted to a fundamental frequency of the periodic test current (72) at least one, in particular the first, even Fourierkoeffizienten and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficient of the voltage drop determined by the periodic test current (72) across the sense resistor (Ri).

Inductive proximity switch according to one of Claims 17 or 18 characterized in that the lock-in amplifier means (50) is arranged to determine the effective resistance and inductance (L) of the resonant circuit coil (12) using the Fourier coefficients determined by the measured voltage drop across the resonant circuit impedance and Measuring resistance were determined.

Inductive proximity switch according to one of Claims 1 to 19 , characterized in that a further measuring device for measuring a frequency of the resonant circuit (10) is present.

Inductive proximity switch according to one of Claims 1 to 20 , characterized in that the output stage (30) has a, in particular amplifying, rectifier (36) and / or a comparator (34).

Inductive proximity switch according to one of Claims 1 to 21 , characterized in that the output signal (32) is a binary signal.

Inductive proximity switch according to one of Claims 1 to 22 characterized in that the compensation device (60) has a memory (62) for storing values for the effective resistance and / or the inductance (L) of the resonant circuit coil (12) and at least values for a loop gain (V) of the oscillator amplifier (20 ), for a gain (Vg) of a rectifier (36) and / or for a switching threshold (S) of a comparator (34), which in each case depending on a measured effective resistance and / or a measured inductance (L) are set, and that Compensation device (60) is adapted to the stored values for the gain (V) of the oscillator amplifier (20), for the gain (Vg) of the rectifier (36) and / or for the switching threshold (S) of the comparator (34) according to in the memory (62) stored assignments.

Method for operating an inductive proximity switch (100) according to one of Claims 1 to 23 , wherein due to an influence, in particular an attenuation, of the oscillating circuit (10) by a target (T) to be detected, an output signal (32) is generated and provided by an output stage (30), characterized in that the inductance (L) of the resonant circuit coil ( 12) is measured with the measuring device (50) and in that the oscillating circuit (10), the oscillator amplifier (20) and / or the output stage (30) is adjusted as a function of a value of the measured inductance (L) of the oscillating circuit coil (12) , in particular temperature-induced, changes of the resonant circuit (10), which go back to, in particular temperature-dependent, changes in the inductance (L) to compensate.

Method according to Claim 24 , characterized in that the resonant circuit (10) with a time-varying test current (72) is applied and that the inductance (L) of the oscillating circuit coil (12) on the basis of one of the test current (72) caused voltage drop with the measuring device (50) measured becomes.

Method according to Claim 25 . characterized in that the effective resistance of the oscillating circuit coil (12) with the measuring device (50) is measured on the basis of a voltage drop caused by the test current (72) and in that the resonant circuit (10), the oscillator amplifier (20) and / or the output stage (30 ) are adjusted as a function of a value of the measured effective resistance of the oscillating circuit coil (12) in order to compensate, in particular temperature-induced, changes in the oscillatory circuit (10) which are due to changes in the effective resistance, in particular temperature-dependent,

Method according to one of Claims 24 to 26 , characterized in that the measuring device (50) is a lock-in amplifier device (50).

Method according to Claim 27 Characterized in that the lock-in amplifier means (50) to a fundamental frequency of a periodic test current (72) at least one, in particular the first straight Fourier coefficients and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficients (B1K) of the voltage drop ( U (t)), which is caused by the test current (72) on the impedance of the resonant circuit (10) calculated.

Method according to Claim 27 or 28 characterized in that, for determining the test current (72), a voltage drop caused by the test current (72) across the sense resistor (Ri) is applied to the lock-in amplifier (50) comprising the lock-in amplifiers Means (50) for a fundamental frequency of a periodic test current (72) at least one, in particular the first, even Fourier coefficient (a1k) and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficient (b1k) of the voltage drop from the test current (72) via the measuring resistor (Ri) is effected, and in particular that the test current (72) is determined from the calculated Fourier coefficients.

Method according to one of Claims 27 to 29 , characterized in that from at least one, in particular the first, even Fourier coefficient (a1k) and at least one, in particular the first, odd Fourier coefficient (b1k) of the voltage drop across the impedance of the resonant circuit using the measured test current (72), the effective resistance and the Inductance (L) of the oscillating circuit coil (12) can be determined.

Method according to one of Claims 24 to 30 , characterized in that in addition a frequency of the resonant circuit (10) is measured, that the measured frequency of the resonant circuit (10) with respect to a drift of a capacitance (C) of the resonant circuit (10) is evaluated and that the resonant circuit (10), the oscillator amplifier (20) and / or the output stage (30) are adjusted as a function of a value of the capacitance (C) of the oscillating circuit (10) in order, in particular, to change the temperature of the oscillating circuit (10), in particular to changes in temperature Capacity (C) of the resonant circuit (10) go back to balance.

Method according to one of Claims 24 to 31 , characterized in that the measuring device, in particular the lock-in amplifier device (50), is operated in a multiplex operation in which alternately the effective resistance and / or the inductance (L) on the one hand and the test current (72) are determined on the other hand ,

Method according to one of Claims 24 to 32 , characterized in that in setting the oscillator amplifier (20) and / or the output stage (30) a loop gain (V) of the oscillator amplifier (20), a gain (Vg) of a rectifier (36) and / or a switching threshold of a comparator ( 34) depending on a measured effective resistance and / or a measured inductance (L) can be adjusted.