DE1176212B

DE1176212B - Contactless signaling device

Info

Publication number: DE1176212B
Application number: DES73693A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Georg Enke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-27
Filing date: 1961-04-27
Publication date: 1964-08-20

Description

Kontaktloser Signalgeber Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontaktlosen Signalgabe. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, eine aus Kapazitäten aufgebaute, abgeglichene, mit Hochfrequenz gespeiste Brücke durch die Erdkapazität des Menschen zu verstimmen und so in einem Brückendiagonalzweig ein Ausgangssignal zu erhalten.Contactless signal transmitter The invention relates to a device for contactless signaling. For this purpose it is already known to have one out of capacities built, balanced, high frequency fed bridge through the earth capacitance of the human being and thus an output signal in a bridge diagonal branch to obtain.

Es ist weiterhin bei Einbruchssicherungssignalen bekannt, im Anodenkreis einer Elektronenröhre einen Schwingkreis anzuordnen und den Strom der Schwingkreisspule über ein Kondensatoren enthaltendes Impedanznetzwerk auf den Steuereingang der Elektronenröhre rückzukoppeln. Bei Annäherung von Gegenständen an diese Kondensatoren wird deren für die Rückkopplung wirksamer Kapazitätswert verändert und dadurch der Einsatz der Schwingung bewirkt, wovon dann ein Signal für die Betätigung eines entsprechenden Stellgliedes abgeleitet wird.It is also known for anti-intrusion signals, in the anode circuit an electron tube to arrange an oscillating circuit and the current of the oscillating circuit coil via an impedance network containing capacitors to the control input of the electron tube feed back. When objects approach these capacitors, their for the feedback effective capacitance value changed and thereby the use the vibration causes, of which then a signal for the actuation of a corresponding Actuator is derived.

Die Erfindung zeigt einen besonders vorteilhaften Weg, wie auf der Grundlage dieses Prinzips bisher übliche Druckknopf- oder Drucktastenanordnungen durch kontaktlose Anordnungen zur Übermittlung beliebig vieler diskreter Signale ersetzt werden können. Sie geht dabei, wie im Falle der vorstehend erwähnten Einrichtung, von der bekannten Tatsache aus, daß ein rückgekoppelter Verstärker dann zu schwingen beginnt, wenn das Produkt seiner Verstärkung V mit dem Kopplungsgrad K des Rückkopplungsnetzwerkes den Wert 1 erreicht und die Phasenlage der rückgekoppelten Größe mit der Phasenlage der Verstärkereingangsgröße übereinstimmt, oder daß er zu schwingen aufhört, wenn das vorstehend erwähnte Schwingkriterium nicht mehr gegeben ist.The invention shows a particularly advantageous way, as on the This principle is based on the usual push-button or push-button arrangements through contactless arrangements for the transmission of any number of discrete signals can be replaced. In doing so, as in the case of the above-mentioned facility, based on the known fact that a feedback amplifier will then oscillate begins when the product of its gain V with the degree of coupling K of the feedback network reaches the value 1 and the phase position of the feedback variable with the phase position the amplifier input coincides, or that it stops oscillating when the vibration criterion mentioned above is no longer given.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontaktlosen Übermittlung h diskreter Signale, insbesondere bei Aufzugssteuerungen mit einem Hochfrequenzoszillator, der unter Vermeidung von beweglichen galvanisch leitenden Kontakten durch Impedanzänderungen zum Schwingen gebracht wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des Hochfrequenzoszillators n verschieden abgestimmte Resonanzkreise hintereinandergeschaltet sind, denen je ein Tastkondensator im Rückkopplungskreis so zugeordnet ist, daß bei Annäherung der menschlichen Hand an einen Tastkondensator dessen wirksame Kapazität verändert wird und der Hochfrequenzoszillator mit der betreffenden Frequenz zum Schwingen anfängt.The invention relates to a device for contactless transmission h discrete signals, especially in elevator controls with a high-frequency oscillator, avoiding moving galvanically conductive contacts due to changes in impedance is made to vibrate. It is characterized in that in the output circle of the high-frequency oscillator n differently tuned resonance circuits connected in series are, each of which is assigned a key capacitor in the feedback circuit so that when the human hand approaches a key capacitor, its effective capacitance is changed and the high-frequency oscillator with the relevant frequency to Begins to swing.

Das Rückkopplungsnetzwerk kann ganz allgemein aus einem insbesondere Kapazitäten oder Induktivitäten enthaltenden Zweipol oder aus einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Vierpolen bestehen. Stets erfolgt eine Veränderung des Kopplungsgrades und/oder der Phasenlage durch kontaktlose Impedanzänderung im Rückkopplungskreis. Die Impedanzänderung des Rückkopplungsnetzwerkes kann durch einen sogenannten Tastkondensator bewirkt werden, der aus zwei z. B. punktförmigen, in einem geringen Abstand voneinander angeordneten Elektroden besteht, deren Kapazität durch Annäherung der menschlichen Hand od. dgl. verändert wird. Die Elektroden können auch unmittelbar hinter einer nichtmetallischen Platte od: dgl. angeordnet sein. Die Kapazität der Elektroden gegeneinander braucht nur in der Größenordnung von einigen hundertstel Picofarad zu liegen, um das schon erwähnte Schwingkriterium für' den Oszillator herzustellen bzw. es aufzuheben, falls' der Verstärkungsfaktor entsprechend groß ist. Die Impedanzänderung kann beispielsweise auch durch Verwendung einer Spule geschehen, in deren Wicklungsachse ein Eisenkern, gegebenenfalls entgegen einem Federdruck, verschiebbar angeordnet ist. Entsprechend der Zahl der den Eisenkern umschließenden Spulenwicklungen ergibt sich die wirksame Spuleninduktivität. Außerdem läßt sich zur Impedanzänderung ein Kondensator verwenden, von dessen Platten mindestens zwei in ihrem gegenseitigen Abstand variiert werden können. Die Änderung des Plattenabstandes kann gegebenenfalls auch entgegen einem Federdruck erfolgen, so daß bei nichtbetätigter Anordnung ein definierter Ruhezustand vorliegt.The feedback network can generally consist of one in particular Capacities or inductances containing two-pole or one or more four-pole connected in series. There is always a change in the Degree of coupling and / or the phase position due to contactless change in impedance in the feedback circuit. The impedance change of the feedback network can be achieved by a so-called key capacitor be effected, which consists of two z. B. punctiform, at a short distance from each other arranged electrodes, whose capacity is due to the approach of the human Hand or the like is changed. The electrodes can also be placed directly behind a non-metallic plate od: the like. Be arranged. The capacity of the electrodes against each other only needs on the order of a few hundredths of a picofarad to lie in order to produce the oscillation criterion already mentioned for 'the oscillator or cancel it if 'the gain factor is correspondingly large. The change in impedance can also be done, for example, by using a coil in its winding axis an iron core, possibly arranged to be displaceable against a spring pressure is. According to the number of coil windings surrounding the iron core the effective coil inductance. In addition, it is possible to change the impedance Use capacitor whose plates have at least two in their mutual Distance can be varied. The change in the distance between the plates can, if necessary also take place against a spring pressure, so that a defined idle state is present.

Die Erfindung ist besonders geeignet, eine Lücke zu schließen bei Steuerungen, welche die reine Signalverarbeitung zwar auf kontaktlose Weise vornahmen, bei denen die Eingangsbefehlssignale jedoch stets mittels beweglicher und galvanisch leitender Kontakte, wie Drucktasten oder mechanische Schalter, eingegeben werden mußten. Die Erfindung ist daher insbesondere als Befehlsgeber für kontaktlose Steuerungen verwendbar, wobei vermöge der konsequenten Durchführung des kontaktlosen Prinzips ein Maximum an Betriebssicherheit und Verschleißfestigkeit erzielt wird. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß für beliebig viele zu übermittelnde potentialunabhängige Signale stets nur eine gemeinsame Energiequelle benötigt wird.The invention is particularly suitable for closing a gap in Controls that did the pure signal processing in a contactless way, where the input command signals, however, always by means of movable and galvanic conductive contacts, such as pushbuttons or mechanical switches, can be entered had to. The invention is therefore especially as a command giver for Contactless controls can be used, whereby due to the consequent implementation the contactless principle a maximum of operational safety and wear resistance is achieved. It is of particular importance that for any number of messages to be transmitted potential-independent signals only a common energy source is required.

Auf die Figuren sei Bezug genommen, wobei die F i g. 1 und 2 nur zum besseren Verständnis des in F i g. 3 dargestellten Erfindungsgegenstandes dienen sollen.Reference is made to the figures, FIG. 1 and 2 only for better understanding of the in F i g. 3 illustrated subject matter of the invention serve should.

F i g. 1 zeigt einen aus den einzelnen Transistorstufen 1, 2 und 3 bestehenden Hochfrequenzoszillator 4, der von einer zwischen Erde und dem Potential - UB liegenden Spannung mit Gleichstrom gespeist ist und der mit der durch die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises 5 bestimmten Frequenz zu schwingen in der Lage ist. Falls der Oszillator 4 schwingt, wird von dem an die Schwingkreisspule induktiv angekoppelten Gegentaktdemulator 6 ein gleichgerichtetes Ausgangssignal geliefert, das von dem RC-Glied 7 geglättet wird und als Spannung UA an den Ausgangsklemmen erscheint. Eine weitere, ebenfalls an die Schwingkreisspule angekoppelte Spule 8 führt eine von der Ausgangsspannung abgeleitete Mitkopplungsspannung über den Tastkondensator CT auf den Eingang der Stufe 1 zurück. Dieser Tastkondensator besteht aus den beiden punktförmigen Elektroden 9 hinter einer nichtmetallischen Platte 10 und dem beispielsweise den Finger eines Bedienungsmannes repräsentierenden Tastglied 11. Die Größe der Mittkopplung über den Tastkondensator CT ist so bemessen, daß bei nichtbetätigtem Tastkondensator der Hochfrequenzoszillator noch nicht schwingt.F i g. 1 shows a high-frequency oscillator 4 consisting of the individual transistor stages 1, 2 and 3, which is fed with direct current from a voltage between earth and the potential - UB and which is able to oscillate at the frequency determined by the resonance frequency of the parallel resonance circuit 5 . If the oscillator 4 oscillates, a rectified output signal is supplied by the push-pull demulator 6 inductively coupled to the oscillating circuit coil, which output signal is smoothed by the RC element 7 and appears as a voltage UA at the output terminals. Another coil 8, which is also coupled to the resonant circuit coil, feeds a positive feedback voltage derived from the output voltage back to the input of stage 1 via the key capacitor CT. This key capacitor consists of the two punctiform electrodes 9 behind a non-metallic plate 10 and the key element 11 representing, for example, the finger of an operator.

Das Blockschaltbild der F i g. 2 stellt den Hochfrequenzoszillator 4 als einen Vierpol mit dem Eingangswiderstand Rund dem Verstärkungsfaktor V dar. Die Rückkopplung besteht ebenfalls aus einem Vierpol 15, der den Tastkondensator CT enthält, die Eingangsspannung U1 und die Ausgangsspannung U., sowie den Kopplungsfaktor K = Ü aufweist. Beim G Berühren der Tastplatte werden die elektrischen Feldlinien des Tastkondensators CT abgelenkt und seine Kapazität verringert. Dadurch wird die auf den Eingang des Hochfrequenzoszillators 4 rückgekoppelte Spannung U., verkleinert, so daß der Oszillator für die Dauer der Berührung zu schwingen aufhört. In der praktischen Ausführung können Tastkondensator und Hochfrequenzoszillator zweckmäßigerweise zu einem kompletten Bauelement vereinigt werden.The block diagram of FIG. 2 shows the high-frequency oscillator 4 as a quadrupole with the input resistance Rund and the gain factor V. The feedback also consists of a quadrupole 15, which contains the key capacitor CT, the input voltage U1 and the output voltage U., as well as the coupling factor K = Ü . When G touching the touch plate, the electric field lines of the touch capacitor CT are deflected and its capacitance is reduced. As a result, the voltage U., which is fed back to the input of the high-frequency oscillator 4, is reduced so that the oscillator stops oscillating for the duration of the contact. In the practical version, the key capacitor and high-frequency oscillator can expediently be combined to form a complete component.

Nach diesen Ausführungen sind nun das Prinzip der in F i g. 3 dargestellten Erfindung deutlich. Der Aufbau des aus drei Transistorstufen bestehenden Hochfrequenzoszillators 14 entspricht im wesentlichen dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.After these explanations are now the principle in F i g. 3 shown Invention clearly. The structure of the high-frequency oscillator consisting of three transistor stages 14 corresponds essentially to that in FIG. 1 illustrated embodiment.

Im Kollektorkreis der Transistorstufe 3 sind jedoch n verschiedene Resonanzkreise hintereinandergeschaltet zu denken, von denen nur zwei dargestellt sein sollen.In the collector circuit of the transistor stage 3, however, n are different Think of resonance circles connected in series, of which only two are shown meant to be.

Der Oszillator hat daher die Möglichkeit, je nach Art der Anregung mit einer dieser n Frequenzen zu schwingen. Dementsprechend werden an den n Ausgängen n diskrete Ausgangssignale UA 1, UA ., . . . UA" bereitgestellt. Eine beispielsweise an die Spule des Schwingkreises 5 induktiv angekoppelte Wicklung 12, deren Mittelanzapfung geerdet ist, liefert über den unveränderlichen Kondensator 13 eine konstante Mitkopplungsspannung und über den Tastkondensator CT 1 eine Gegenkopplungsspannung an den Eingang der Stufe 1. Mit- und Gegenkopplung sind hier so bemessen, daß sie sich in unbetätigtem Zustand des Tastkondensators CT, gegenseitig aufheben und der Oszillator nicht mit der Frequenz des entsprechenden Resonanzkreises 5 zu schwingen in der Lage ist. Wird der Tastkondensator CT 1 dagegen betätigt, so wird durch die veränderte Kapazität die Größe der durch ihn bewirkten Gegenkopplung verkleinert, die durch den Kondensator 13 bewirkte konstante Rückkopplung überwiegt, und der Hochfrequenzoszillator 14 beginnt mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 5 zu schwingen, wodurch am Ausgang dieses Kreises das gleichgerichtete Signal UA 1 bereitgestellt wird. Die eben geschilderte Wirkungsweise trifft in analoger Weise für sämtliche n Schwingkreise zu.The oscillator therefore has the option of oscillating with one of these n frequencies, depending on the type of excitation. Accordingly, n discrete output signals UA 1, UA .,. . . UA ". A winding 12 inductively coupled, for example, to the coil of the resonant circuit 5, the center tap of which is grounded, supplies a constant positive feedback voltage via the unchangeable capacitor 13 and a negative feedback voltage to the input of stage 1 via the key capacitor CT 1 are dimensioned here so that they cancel each other out in the inactivated state of the key capacitor CT and the oscillator is not able to oscillate at the frequency of the corresponding resonance circuit 5. If the key capacitor CT 1 is operated, however, the changed capacitance causes the The size of the negative feedback caused by it is reduced, the constant feedback caused by the capacitor 13 predominates, and the high-frequency oscillator 14 begins to oscillate at the resonance frequency of the oscillating circuit 5, whereby the rectified signal UA 1 is provided at the output of this circuit se applies analogously to all n resonant circuits.

Da der Hochfrequenzoszillator 14 stets jeweils nur mit einer Frequenz schwingen kann, schwingt er bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Tastkondensatoren nur mit der Frequenz desjenigen Schwingkreises, dessen zugehöriger Tastkondensator zuerst betätigt wurde.Since the high-frequency oscillator 14 always has only one frequency can oscillate, it oscillates when several key capacitors are actuated at the same time only with the frequency of that resonant circuit, its associated key capacitor was operated first.

Wiederum ist es möglich, dien Tastkondensatoren zusammen mit dem Hochfrequenzoszillator 14 zu einer Baueinheit zu vereinigen, wobei insbesondere die hinter der Tastplatte angeordneten Schaltelemente mit Kunstharz umgossen werden können.Again, it is possible to combine the touch capacitors together with the high-frequency oscillator 14 to form a structural unit, it being possible in particular to encapsulate the switching elements arranged behind the touch plate with synthetic resin.

Man erhält auf diese Weise ein robustes, witterungsunempfindliches und kompaktes Befehlsgerät, welches mit Vorteil bei Aufzugssteuerungen, Rufanlagen, Steuerungen im Untertagebetrieb oder bei sonstigen explosionsgefährdeten Anlagen Verwendung finden kann.In this way you get a robust, weatherproof one and compact command device, which is advantageous for elevator controls, call systems, Controls in underground operations or in other potentially explosive systems Can be used.

Claims

Claims: 1. Device for contactless transmission n discrete Signals, especially in elevator controls with a high-frequency oscillator, the while avoiding moving galvanically conductive contacts due to changes in impedance is made to oscillate, d u r c h marked that in the output circle of the high-frequency oscillator n differently tuned resonance circuits connected in series are, each of which is assigned a key capacitor in the feedback circuit so that when the human hand approaches a key capacitor, its effective capacitance is changed and the high-frequency oscillator with the relevant frequency to Begins to swing.

2. Device according to claim 1, characterized in that the Key capacitor consists of two electrodes, preferably behind a non-metallic one Plate are arranged.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that that in the feedback circuit of the high-frequency oscillator per resonance circuit a constant Positive feedback is provided, which by acting in the sense of a negative feedback, their associated key capacitor just compensated in its inactivated state and in the case of actuation of the key capacitor predominates and causing the high frequency oscillator to oscillate at the corresponding frequency.

4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the high-frequency oscillator consists of several transistor amplifier stages.

5. Device according to claim 1 or one of the following, characterized in that a push-pull demodulator is used to rectify the n potential-free output voltages of the last stage and an RC element is used to smooth them. Documents considered: German Patent No. 336 595; German Auslegeschriften Nos. 1086 302, 1096 967; British Patent No. 349,496; French patent specification No. 1 021 1.37.