DE1262464B - Einrichtung zur Feststellung der Anwesenheit von Metallkoerpern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIv

Deutsche Kl.: 21g-30/10

Nummer: 1262 464

Aktenzeichen: G 35633IX b/21 g

Anmeldetag: 3. August 1962

Auslegetag: 7. März 1968

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung der Anwesenheit von Metallkörpern, insbesondere von Fahrzeugen auf Fahrbahnen, mit einer Induktionsschleife, die in den frequenzbestimmenden Schwingkreis eines ersten Oszillators eingeschaltet ist, und mit einem eine Bezugsfrequenz erzeugenden zweiten Oszillator, wobei beide Oszillatoren mit einem Detektor gekoppelt sind, welcher eine Schwebungsfrequenz erzeugt, die gleich ist der Differenz der Frequenzen der beiden Oszillatoren, und welcher mit einem Gleichrichter verbunden ist, der aus dem Schwebungsfrequenzsignal eine entsprechende Gleichspannung erzeugt.

Es ist bereits eine Anordnung mit einer Induktionsschleife zur Feststellung der Anwesenheit von Metallkörpern bekannt, bei der die Induktionsschleife Teil eines oder mehrerer Schwingkreise bildet, die so geschaltet sind, daß die bei Eintritt eines Metallkörpers in den Bereich der Induktionsschleife auftretenden Änderungen des Wirk- oder Blindwiderstands gemessen werden. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß die Dämpfung und damit der Wirkwiderstand verhältnismäßig groß und damit die bei Eintritt eines Metallkörpers in den Bereich der Induktionsschleife erzielbaren Änderungen verhältnismäßig gering sind. Die geringe Güte oder der hohe Wirkwiderstand des Schwingkreises ergibt sich im wesentlichen daraus, daß die Induktionsschleifen z. B. in das Pflaster oder einen anderen Untergrund der betreffenden Fahrbahn bei Feststellung von Fahrzeugen eingebettet sind. Durch die große Dämpfung ist außerdem die Resonanzbreite des Schwingkreises groß. Die durch die Änderungen des Blindwiderstands bewirkten Spannungsänderungen an dem Schwingkreis sind damit bei gegebener Änderung der Induktivität der Induktionsschleife verhältnismäßig gering. Die Ansprechempfindlichkeit ist damit verhältnismäßig niedrig.

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, den Schwingkreis, in den die Induktionsschleife eingeschaltet ist, als frequenzbestimmenden Kreis eines Oszillators zu verwenden, dessen Frequenzänderungen bei Anwesenheit von Metallkörpern im Bereich der Induktionsschleife in einem nachgeschalteten Frequenzdiskriminator in ein Gleichspannungssignal umgewandelt werden. Bei einer derartigen Schaltung ist die Ansprechempfindlichkeit wesentlich höher und außerdem unabhängig von der Güte der Induktionsschleife und der Dämpfung des Schwingkreises. Die Witterung ist damit ohne Einfluß auf die Funktion der Schaltung. Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung und Verbesserung dieser bereits vorgeschla-Einrichtung zur Feststellung der Anwesenheit von Metallkörpern

Anmelder:

General Precision, Inc.,

Binghamton, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Chem. W. Rücker, Patentanwalt,

3000 Hannover, Am Klagesmarkt 10-11

Als Erfinder benannt:

Martin John Prucha, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 4. August 1961 (129 342)

genen Einrichtung. Die Erfindung besteht darin, daß die Gleichspannung einen Ausgangsschalter steuert, der bei einer Steuerspannung betätigt wird, die wesentlich über der Steuerspannung liegt, bei der der Ausgangsschalter in den unbetätigten Zustand zurückkehrt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist besonders betriebssicher und daher besonders brauchbar bei Schranken oder Signalen an Verkehrswegen. Von besonderer Bedeutung sind dabei die selbsthaltenden Schaltmittel, die, nachdem sie einmal erregt sind, sich mit einer Spannung halten, die geringer als die zum Erregen der Schaltmittel erforderliche Spannung ist. Trotzdem kehren die Schaltmittel wieder in den unerregten Zustand zurück, d. h. sie fallen wieder ab, wenn die Spannung unter einen gewissen Pegel abfällt, der durch Abfallverzögerung des Ausgangsschalters gegeben ist. Dadurch ist sichergestellt, daß ein Fahrzeug nicht in den kontrollierten Bezirk, der durch die Induktionsschleife bestimmt ist, eindringen oder einfahren kann, bevor das vorhergehende Fahrzeug diesen Bezirk verlassen hat.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter Gleichrichter vorgesehen, der mit dem ersten Oszillator gekoppelt ist und der eine zweite Gleichspannung erzeugt, die zur Verhinderung einer Betätigung des Ausgangsschalters ebenfalls an diesen angelegt ist. Dadurch werden Fehlschaltungen vermieden, wenn der Oszillator aus irgendwelchen Gründen nicht schwingen sollte. Gefährliche Verkehrssituationen können daher nicht auftreten.

809 517/555

3 4

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungs- sistors 21 gekoppelt. Der Transistor 22 ist als Emitbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. ternachfolger geschaltet, seine Kollektorelektrode

Dabei stellt dar liegt direkt an dem negativen Bezugspotential, und

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Gerätes gemäß seine Emitterelektrode liegt an Erde, und zwar über

der Erfindung, 5 einem Widerstand 28 und einem Abstimmkreis 29,

F i g. 2 ein vollständiges Schaltdiagramm des Ge- der eine Parallelschaltung eines Kondensators 30 und

rätes nach F i g. 1, einer Induktanzwicklung 31 enthält. Ein Konden-

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Charakte- sator 32 liegt in einem positiven Rückkopplungsweg

ristik des in F i g. 2 enthaltenen Verstärkers, vom Mittelabgriff der Wicklung 31 zur Emitterelek-

Fig. 4 ein Schaltdiagramm eines Schleifenoszilla- io trode des Transistors 21. Der Abstimmkreis29 dient

tors, der alternativ zu dem in F i g. 2 gezeigten Schlei- zur Steuerung der Schwingungsfrequenz des Bezugs-

fenoszillator benutzt werden kann, Oszillators 13. Ein Widerstand 33 kann in der aus

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines F i g. 2 ersichtlichen Weise vorgesehen sein, um einen

Schleifenoszillators, negativen Rückkopplungsweg zum Stabilisieren des

F i g. 6 ein Schema der Anordnung des Gerätes 15 Pegels des Kreises 13 zu bilden. Der Kreis 13 funkfür die Steuerung von Einbahnfahrzeugverkehr und tioniert jedoch auch ohne diesen Widerstand 33.

Fig. 7 ein Schema der Anordnung des Gerätes für Die Schaltung des Schleifenoszillators 11 ist der

die Steuerung von Eisenbahnverkehr. Schaltung des Bezugsoszillators 13 ähnlich. Zwei in

Wie aus der Darstellung der Fig. 1 zu entnehmen Serie liegende Widerstände 35 und 36 liefern eine ist, enthält das Gerät einen ersten Oszillator 11, der 20 negative Vorspannung für einen ersten Transistor 37. mit einer Induktionsschleife 12 verbunden ist, sowie Die Emitterelektrode dieses Transistors 37 liegt über einen zweiten Oszillator 13, der eine Bezugsfrequenz einem Widerstand 38 an Erde, während dessen KoI-erzeugt. Ein Schwebungsfrequenzdetektor 14 emp- lektorelektrode über einen weiteren Widerstand 39 fängt Signale aus beiden Oszillatoren 11 und 13 und mit dem negativen Bezugspotential — E verbunden liefert seinerseits ein Signal, das gleich ist der Diffe- 25 ist. Ein zweiter Transistor 40 ist als Emitternachrenz zwischen den Frequenzen der beiden Oszilla- folger geschaltet, seine Kollektorelektrode liegt direkt toren. Im Normalfall ist die Frequenz des Schleifen- an der negativen Bezugsspannung und seine Basisoszillators 11 im wesentlichen gleich der vom Oszil- elektrode ist über einen Widerstand 41 an den Tranlator 13 gelieferten Bezugsfrequenz, so daß kein nen- sistor 37 angeschlossen. Die Emitterelektrode des nenswertes Differenzsignal durch den Detektorkreis 30 Transistors 40 ist an Erde gelegt, und zwar wiederum 14 erzeugt wird. Wenn sich jedoch ein Fahrzeug über einen Widerstand 42 und einen Abstimmkreis, oder eine andere metallische Masse in das Magnet- Im Fall des Oszillators 11 enthält der Abstimmkreis feld der Schleife 12 hineinbewegt, steigt die Frequenz jedoch zwei in Serie liegende Kondensatoren 43 und des Schleifenoszillators 11 an, und der Schwebungs- 44 und die Induktionsschleife 12, die dabei die Infrequenzdetektor 14 erzeugt ein Audiosignal, das der 35 duktanzwicklung bildet. Zur Schaffung eines posi-Differenz zwischen den Frequenzen der Oszillatoren tiven Rückkopplungsweges für den Oszillator ist der 11 und 13 gleich ist. Dieses Audiosignal wird zu Abgriff 45 zwischen den beiden Kondensatoren 43 einem frequenzempfindlichen Verstärker 15 geleitet, und 44 mit der Emitterelektrode des Transistors 37 der seinerseits ein Signal von entsprechend angeho- verbunden. Ein Widerstand 46 kann zwischen die benem Signalpegel an einen Detektor- oder Gleich- 40 Emitterelektrode des Transistors 40 und die Basisrichterkreis 16 liefert. Die Gleichspannung aus dem elektrode des Transistors 37 gelegt sein, um,- wie im Kreis 16 wird an einem Transistorschaltkreis 17 an- Fall des Oszillators 13, einen negativen Rückkoppgelegt und dient zum Speisen einer Betätigungs- oder lungsweg zum Zweck der Pegelstabilisierung zu Ausgangsvorrichtung 18, die mit dem Schalter 17 ver- bilden.

bunden ist. Ein weiterer Detektor- oder Gleichrichter- 45 Der Schwebungsfrequenzdetektor 14 enthält einen

kreis 19 ist direkt mit dem Schleifenoszillator 11 ge- Transistor 48, dessen Basiselektrode über einen

koppelt. Dieser Kreis 19 liefert eine Gleichspannung Widerstand 49 mit dem Oszillator 11 verbunden ist.

an den Schalter 18 immer dann, wenn der Oszillator Die Kollektorelektrode des Transistors 48 ist über

11 richtig arbeitet. Im Fall einer fehlerhaften Arbeit einen Widerstand 50 an den Oszillator 13 angeschlos-

oder eines Ausfalls des Oszillators 11 wird die 50 sen. Falls die Frequenzen der Oszillatoren 11 und 13

Gleichspannung aus dem Kreis 19 unterbrochen, wo- einander gleich sind, kann der Transistor 48 eine

durch eine Betätigung des Schalters 17 und der ihm Gleichspannung erzeugen, die, je nach der relativen

nachgeschalteten Vorrichtung 18 erfolgt. Phase der beiden eingehenden Frequenzen, positiv

Der Bezugsoszillator 13 braucht nicht ein Kristall- oder negativ sein kann. Diese Gleichspannung beeinoszillator von konstanter Frequenz zu sein, es kön- 55 ftußt jedoch den nachgeschalteten Verstärker 15 nen an dieser Stelle zahlreiche Oszillatortypen ver- nicht, da dieser kapazitiv mit dem Detektor 14 verwendet werden. Bei dem in F i g. 2 niedergelegten bunden ist. Falls hingegen die Frequenzen der Oszil-Schaltungsbeispiel enthält der Oszillator 13 zwei latoren 11 und 13 sich voneinander unterscheiden, Transistoren 21 und 22. Die Basiselektrode des ersten ändert sich die Ausgangsspannung auf dem Transi-Transistors 21 liegt zwischen zwei Widerständen 23 60 stör 48 mit einer Geschwindigkeit, die der Differenz und 24, die ein Spannungsteilernetz zum Erzeugen zwischen den beiden Oszillatorfrequenzen entspricht, einer negativen Vorspannung bilden. Die Emitter- Dieses Differenzsignal kann zum Verstärker 15 durchelektrode dieses Transistors liegt über einem Wider- laufen.

stand 25 an Erde, während dessen Kollektorelektrode Eine Induktanzwicklung 52 und ein Kondensator

über einen B elastungs wider stand 26 an ein negatives 65 53 bilden ein Tiefpaßfilter, das die durch die Oszilla-

Bezugspotential — E angeschlossen ist. Die Basis- toren 11 und 13 erzeugten Radiofrequenzströme

elektrode des zweiten Transistors 22 ist über einen dämpft. Das Filter 52/53 läßt die vom Detektor 14

Widerstand 27 mit der Kollektorelektrode des Tran- erzeugten Audiofrequenzen durch.

7 8

tiv vorgespannten Punkt 82 über einen Widerstand sistors 103 liegt direkt am Erdpotential, und die KoI-91 zur Emitterelektrode des Transistors 84 und dann lektorelektrode dieses Transistors ist über einen Bevon dessen Kollektorelektrode über einen Belastungs- lastungswiderstand 105 an das negative Bezugspotenwiderstand 92 zum negativen Bezugspotential. Wäh- tial —E angeschlossen. Die Basiselektrode eines rend dieses Stromflusses durch den Transistor 84 5 zweiten Transistors 106 ist direkt mit der Kollektorwird das Potential an dem für die Transistoren 84 elektrode des Transistors 103 verbunden. Der Tran- und 85 gemeinsamen Emitteranschluß 93 weniger sistor 106 ist als Emitternachfolger geschaltet, seine positiv, wodurch der normalerweise leitende Tran- Kollektorelektrode liegt direkt am negativen Bezugssistor 85 in einen nichtleitenden Zustand gebracht potential —Ε, und seine Emitterelektrode ist über wird. Die Basiselektrode des Transistors 85 ist mit io einen Widerstand 107 an die andere Endklemme der der Kollektorelektrode des Transistors 84 über einen Schleife 12' angeschlossen. Ein Kondensator 108 Widerstand 94 und mit dem Erdpotential über einen bildet zusammen mit der Schleife 12' einen Abstimm-Widerstand 95 verbunden. Die Kollektorelektrode des kreis, der einen positiven Rückkopplungsweg vom Transistors 85 liegt über einem Widerstand 96 a an Transistor 106 zum Transistor 103 liefert. Ein Widerdem negativen Bezugspotential und im übrigen direkt 15 stand 109 bildet einen negativen Rückkopplungsweg an der Basiselektrode des Transistors 86. Der Tran- zu Stabilisierungszwecken.

sistor 86 bildet einen Emitternachfolger. Seine KoI- Die F i g. 5 zeigt einen Gegentakt-Schleif enoszilla-

lektorelektrode ist direkt an das negative Bezugs- tor, der sich als sehr frequenzstabil erwiesen hat. Bei

potential gelegt, während seine Emitterelektrode über diesem Oszillator wird eine Schleife 12' verwendet,

die Widerstände 96 und 97 mit dem positiven Poten- 20 deren Mittelabgriif geerdet ist. Die in der Schaltung

tial am Punkt 82 verbunden ist. gemäß F i g. 5 enthaltenen Widerstände 111,112,113

Die Basiselektrode des Transistors 87 ist über das und 114 bilden paarweise Gleichspannungsteiler zum

die Widerstände 96 und 97 enthaltende Spannungs- Vorspannen der Basiselektroden zweier Transistoren

teilernetz mit dem Emitternachfolger 86 gekoppelt. 115 und 116. Ein gemeinsamer Emitterkreis für die

Die Emitterelektrode des Transistors 87 liegt direkt 25 Transistoren 115 und 116 wird durch einen Wider-

an Erde, und die Kollektorelektrode dieses Tran- stand 117 gebildet. Ein Widerstand 118 und ein Kon-

sistors ist über einen Belastungswiderstand 98 an das densator 119, die zusammen als i?C-Netz arbeiten,

negative Bezugspotential gelegt. Dieser Transistor liefern eine positive Rückkopplung zwischen der

bildet einen Schaltverstärker, er wird vorgespannt Kollektorelektrode des Transistors 116 und der Basis-

entweder bei Sperrung oder bei Sättigung. Der Tran- 30 elektrode des Transistors 115. Gleichermaßen liefern

sistor 88 ist mit seiner Basiselektrode direkt an den ein Widerstand 120 und ein Kondensator 121, die

Transistor 87 angeschlossen. Die Emitterelektrode ebenfalls als i?C-Netz arbeiten, eine positive Rück-

dieses Transistors wird durch den positiven Span- kopplung von der Kollektorelektrode des Transistors

nungsabfall über einer Diode 99 oberhalb Erdpoten- 115 zur Basiselektrode des Transistors 116. Sowohl

tial gehalten. Die Kollektorelektrode des Transistors 35 in der Schaltung gemäß der Fig. 4, als auch in der

88 ist mit einer Belastung wie z. B. der Wicklung 100 Schaltung nach F i g. 5 läßt ein Kopplungswiderstand

eines Relais verbunden. 123 Signale zum Schwebungsfrequenzdetektor 14 und

Normalerweise befindet sich der Transistor 88 im ein Kopplungswiderstand 124 Signale zu dem dem

leitenden Zustand, so daß Strom durch die Wicklung Schleifenoszillator zugeordneten Detektor- oder

100 fließen kann. Sobald jedoch die Oszillatoren 11 4° Gleichrichterkreis 19 durch.

und 13 in ihrer Frequenz ungleich werden, und damit Wie bereits bei der ersten Erläuterung der F i g. 3 ein negatives Potential am Punkt 71 erscheint, wird erwähnt, unterscheiden sich die Frequenzen und der Transistor 88 in den nichtleitenden Zustand vor- auch die Spannungspegel, bei denen der Ausgangsgespannt, so daß kein Strom mehr durch die Wick- schalter 17 gespeist und abgeschaltet wird, beträchtlung 100 fließen kann. Entsprechend wird, wenn der 45 lieh voneinander. Dadurch ergibt sich eine Schal-Oszillator 11 so ausfällt, daß keine positive Vorspan- tung, die teilweise selbsthaltend ist. Wenn sich die nung am Punkt 82 auftritt, der Transistor 88 und da- Frequenzen der Oszillatoren 11 und 13 voneinander mit der Stromfluß durch die Wicklung 100 gesperrt. zu entfernen beginnen, tritt keine Schaltaktion auf, Mithin ist die Wicklung 100 ausfallsichernd ange- bis der Spannungspegel E₂ erreicht ist. Sobald jedoch ordnet, indem eine Nichtleitung in dieser Wicklung 50 der Schalter einmal betätigt worden ist, bleibt er in die gewünschte Schaltaktion auslöst. Natürlich wird seinem Zustand bis der Signalpegel unter den bedie gewünschte Schaltaktion nicht nur durch die vor- trächtlich geringeren Wert — E₁ abfällt. Diese vorangehend beschriebenen Spannungsverhältnisse aus- sätzliche Hysteresis oder partielle Haltecharakteristik gelöst, sondern auch dann, wenn z. B. ein Ausfall des Schalters ergibt sich aus einem positiven Rückder Netzspeisung das gesamte Gerät außer Betrieb 55 kopplungsweg, der durch einen Widerstand 126 setzt. Die Wicklung 100 ist durch eine Diode 101 (F i g. 2) gebildet wird. Der Wechsel des Leistungsüberbrückt. Dadurch wird ein Leitungsweg für Über- zustandes, der den Schmitt-Trigger bildenden Transpannungen gebildet, die entstehen können, wenn der sistoren 84 und 85 wird initiiert durch eine negative Transistor 88 plötzlich sperrt und der Stromfluß in Vorspannung, die vom Punkt 71 über den Widerder induktiven Wicklung 100 beendet wird. 60 stand 90 herangeführt wird und deren Pegel aus-

F i g. 4 zeigt eine alternative Form eines Schleifen- reichend ist, um den Effekt der vom Punkt 82 über Oszillators, der als Oszillator 11 in F i g. 1 benutzt den Widerstand 89 herangeführten positiven Vorwerden kann. Der Oszillatorkreis nach F i g. 4 ent- spannung zu vermindern. Sobald einmal der Leihält eine Schleife, die als Wicklung 12' dargestellt tungszustand umgekehrt ist, wird eine weitere negaist, mit einem geerdeten Mittelabgriff. Die Basiselek- 65 tive Vorspannung von der Emitterelektrode desEmittrode eines ersten Transistors 103 ist über einen ternachfolgers 86 über den Widerstand 126 zur Basis-Widerstand 104 mit der einen Endklemme der elektrode des Transistors 84 geleitet. Mit dieser zuSchleife verbunden. Die Emitterelektrode des Tran- sätzlichen Vorspannung aus dem Widerstand 126

5 6

Die Kopplung zwischen dem Schwebungsfrequenz- Verdopplerstufe, bestehend aus zwei Dioden 67 und detektor 14 und dem frequenzselektiven Verstärker 68 und zwei Kondensatoren 69 und 70. Die Diode 67 15 erfolgt mittels eines Kondensators 54 und eines beginnt mit ihrer Leitung während der ersten HaIb-Widerstandes 55. Der Verstärker 15 enthält einen periode des am Punkt 66 erscheinenden Wellenzuges ersten Transistor 56, dessen Basiselektrode über 5 und verursacht die Speicherung einer entsprechenden Widerstände 57 und 58 an Erde liegt. Die Emitter- Ladung im Kondensator 69. Während der nächsten elektrode des Transistors 56 ist zwischen zwei Wider- Halbperiode des Wellenzuges leitet die Diode 68 und stände 59 und 60 gelegt, die ein Spannungsteilernetz veranlaßt die Speicherung eines endgültigen Spanbilden, welches eine feststehende Vorspannung liefert. nungspegels im Kondensator 70. Das im Kondensator Die Kollektorelektrode des Transistors 56 ist über io 70 gespeicherte Potential entspricht mit seiner Ameinen Belastungswiderstand 61 mit dem negativen plitude dem Wechselspannungswellenzug am Punkt Bezugspotential — E verbunden und im übrigen di- 66. Wegen der Polaritäten der Dioden 67 und 68 ist rekt an die Basiselektrode eines zweiten Transistors die Spannung am Punkt 71 der Schaltung negativ, 62 angeschlossen. Der zweite Transistor 62, der als wenn die Frequenzen der Oszillatoren 11 und 13 ein-Emitternachfolger geschaltet ist, liegt mit seiner 15 ander ungleich werden und demzufolge eine Schwe-Kollektorelektrode direkt an der negativen Bezugs- bungsfrequenz erzeugt und verstärkt wird, spannung — E und mit seiner Emitterelektrode über Der mit dem Schleifenoszillator 11 verbundene

einem Widerstand 63 und dem bereits erwähnten Detektor- oder Gleichrichterkreis 19 enthält einen Widerstand 58 an Erde. Das die Widerstände 57, 58 Transistor 73, dessen Basiselektrode über ein einen und 63 enthaltende Netz liefert eine stabilisierende ao Kondensator 74 und einen Widerstand 75 enthaltennegative Rückkopplung zwischen den Transistoren des i?C-Glied an den Oszillator 11 angeschlossen ist. 62 und 56. Eine weitere negative Rückkopplung, die Eine Diode 76 liegt zwischen der Basiselektrode und selektiv ist für höherfrequente Signale, wird durch der Emitterelektrode des Transistors 73, um die Voreinen Kondensator 64 von relativ kleinem Kapazitäts- spannung dieses Transistors näherungsweise auf dem wert geliefert. Dieser Kondensator 64 dämpft end- 25 Wert Null zu halten. Die Diode 76 bildet einen gültig die Radiofrequenzsignale aus den Oszillatoren Ladungsweg für den Kondensator 74 im Fall posi-11 und 13, die grundsätzlich bereits durch das Tief- tiver Oszillator-Exkursionen. Die Emitterelektrode paßfilter 52/53 ausgenltert worden sind. des Transistors 73 ist über einen Belastungswider-

Wie sich aus F i g. 2 ergibt, kann der Kondensator stand 77 direkt an das allgemeine Bezugspotential 54 einstellbar sein, um eine optimale Eingangsimpe- 30 — E angeschlossen. Der Transistor 73 ist normalerdanz für den selektiven Verstärker 15 zu liefern. Das weise durch den Oszillator 11 derart übersteuert, daß ÄC-Eingangsnetz 54/55 dämpft niederfrequente Si- sein Ausgang eine Rechteckwelle darstellt, deren gnale, während es höherfrequente Audiosignale leicht Amplitude durch den Widerstand 77 begrenzt und durchläßt, während das Filter 52/53 zusammen mit damit konstant gehalten ist.

dem Rückkopplungskondensator 64 die sehr hohen 35 Der von der Kollektorelektrode des Transistors 73 Radiofrequenzsignale eliminieren. Mithin existiert gelieferte Wellenzug von konstanter Amplitude wird ein optimaler Bereich von Frequenzen, die zum Ver- in einem Verdopplerkreis gleichgerichtet. Der Verstärker 15 gelangen und von diesem verstärkt werden dopplerkreis enthält eine erste Diode 78, eine zweite können. In F i g. 3 ist die Ausgangsspannung E_AC des Diode 79, einen ersten Kondensator 80 und einen Verstärkers 15 gegen die Frequenz aufgetragen, und 40 zweiten Kondensator 81. Er arbeitet analog dem im es ist zu erkennen, daß die Ansprechcharakteristik Gleichrichter 16 enthaltenen Verdopplerkreis mit der des selektiven Verstärkers 15 durch ein Maximum Ausnahme, daß die Polaritäten der Dioden 78 und läuft, wenn sich die Eingangsfrequenzen vom Wert 79 umgekehrt zu den Polaritäten der Dioden 67 und Null hin zu einem Höchstwert bewegen. Wegen des 68 angeordnet sind, so daß die am Punkt 82 der Einflusses des .RC-Eingangsnetzes steigt der anfäng- 45 F i g. 2 erscheinende Gleichspannung eine positive liehe Teil der in Fig. 3 gezeigten Kurve etwa linear Polarität aufweist. Mit anderen Worten zeigt eine am vom Koordinatenursprung aus an. Sobald sich der Punkt 82 vorhandene positive Gleichspannung an, Verstärker sättigt, wird über einen bestimmten Fre- daß der Schleifenoszillator 11 richtig arbeitet, wähquenzbereich hinweg eine maximale Ausgangsspan- rend das Fehlen einer solchen Spannung eine fehlernung E_max erzeugt. Der Verstärker sinkt dann wieder 5° hafte Funktion des Oszillators 11 angibt und eine in seiner Ausgangsleistung ab, wenn sich die Fre- ausfallsichernde Betätigung der Ausgangsvorrichquenzen weiterhin erhöhen und an den Frequenz- rung 18 durch den Schalter 17 veranlaßt, bereich F^ der von den Oszillatoren 11 und 13 ge- Der Schalter 17 enthält ein erstes Transistoren-

lieferten Radiofrequenzen annähern. Die in Fig. 3 paar 84 und 85, die als »Schmitt-Trigger« geschaltet eingezeichneten Spannungspegel E₁ und E₂ entspre- 55 sind, sowie weitere Transistoren 86, 87 und 88. Der chen den Frequenzen F₁ und F₂, sie stellen die Schmitt-Trigger wird anfänglich durch die positive Schaltpegel des erfindungsgemäßen Gerätes dar. Wie Spannung am Punkt 82 vorgespannt, indem diese weiter unten noch genauer erläutert werden soll, wird Spannung über einen Widerstand 89 an die Basisder Ausgangsschalter zunächst beim Pegel E_% betätigt. elektrode des Transistors 84 gelegt ist. Die positive Dadurch wird, der Betrieb eines Signals, eines Ver- 60 Spannung am Punkt 82 kann normalerweise über kehrstores oder einer anderen Belastungsvorrichtung den Widerstand 89 sowie einen weiteren Widerveranlaßt. Die jeweilige betätigte Vorrichtung geht stand 90 und die beiden Dioden 67 und 68 zur Erde in ihren Normalzustand zurück, wenn die Ausgangs- abfließen. Sobald jedoch ein negatives Potential am spannung aus dem Verstärker 15 unter den Pegel E₁ Punkt 71 innerhalb des Kreises 16 erscheint, wird absinkt. 65 dieses Potential über den Widerstand 90 zur Basis-

Das Ausgangssignal aus dem Verstärker 15 er- elektrode des Transistors 84 geleitet, wodurch der scheint als Wechselspannung am Punkt 66 in F i g. 2. Transistor 84 leitend werden kann. Wenn der Tran-Der Detektor- oder Gleichrichterkreis 16 enthält eine sistor 84 leitend wird, fließt ein Strom von dem posi-

kann eine beträchtlich geringere Vorspannung aus dem Widerstand 90 den Transistorschalter im Betriebszustand halten. Wie in Fig. 2 angedeutet wurde, kann der Widerstand 126 einstellbar sein, so daß der Haltebereich des Schalters so gesetzt werden kann, daß er den jeweils geforderten Betriebsbedingungen entspricht.

In einer praktischen Ausführungsform der vorangehend erläuterten Schaltung war der Bezugsoszillator 13 so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal von einer Frequenz von 90 kHz lieferte. Entsprechend betrug die Normalfrequenz des Oszillators 11, d. h. die Frequenz bei Abwesenheit einer metallischen Masse im Feld der Schleife 12, 90 kHz. Sobald ein Automobil oder ein entsprechender Gegenstand über die Schleife des Oszillators 11 hinweggeführt wurde, erhöhte sich dessen Frequenz auf 91 kHz oder mehr. In diesem Fall lieferte der Schwebungsfrequenzdetektor 14 eine Frequenz von 1000 Hz oder mehr zum Verstärker 15. Als beispielhafte Werte für die in F i g. 3 angezeigten Frequenzen und Schaltpegel ergaben sich dabei:

F₁= 500Hz,
F₂ = 1000 Hz,
E₁-I Volt,
E₂ = 2 Volt,
£₃ = 3 Volt.

Eine alternative Einrichtung, die das gesamte Gerät teilweise selbsthaltend macht, kann durch einen Widerstand 127 gebildet werden, der zwischen den Oszillator 11 und den Oszillator 13 gekoppelt wird. Dieser Widerstand ist in Fig. 2 gestrichelt angedeutet. Wenn er benutzt wird, liefert er eine passive Kopplung zwischen den beiden Oszillatoren, die dazu neigt, einen Zusammenschluß der Ausgangsfrequenzen der beiden Oszillatoren hervorzurufen. Wenn die Oszillatoren 11 und 13 bei etwa gleichen Frequenzen schwingen, werden die Oszillatoren durch den Kopplungseffekt des Widerstandes 127 aufeinander arretiert. Sobald jedoch ein Fahrzeug das Feld der Schleife 12 passiert, wird der Oszillator 11 gegenüber dem Bezugsoszillator 13 entstimmt, so daß die beiden Oszillatoren unabhängig voneinander arbeiten. Der Widerstand 127 kann variabel sein, so daß das Ausmaß der Kopplung zwischen den beiden Oszillatoren zum Zweck der Veränderung des Schaltbereichs des gesamten Gerätes einstellbar wird.

Bei normaler Installation kann eine unbeabsichtigte Kopplung zwischen den beiden Oszillatoren entstehen, die einmal auf die räumliche Nähe der Oszillatorkreise oder ihrer Komponenten zurückgeht und die zum anderen auch dadurch hervorgerufen sein kann, daß die beiden Oszillatorkreise an ein gemeinsames Netz angeschlossen sind, welches das negative Bezugspotential — E liefert. Eine solche Kopplung ist nicht unerwünscht, sondern trägt zu der teilweisen Selbsthaltecharakteristik des gesamten Gerätes bei.

Da die Schaltungen der Oszillatoren 11 und 13 generell einander ähnlich sind, macht eine passive Kopplung zwischen den beiden Oszillatoren jeden Oszillator etwas beeinflußbar durch die Frequenz des anderen Oszillators. Deshalb ist, wenn die beiden Oszillatoren 11 und 13 unabhängig voneinander bei leicht unterschiedlichen Frequenzen schwingen, durch die Kopplung zwischen den beiden Oszillatoren das Resultat gegeben, daß beide Oszillatoren ihre Frequenzen auf eine neue Frequenz einstellen, die zwischen den ursprünglichen individuellen Frequenzen liegt. Deshalb braucht der Bezugsoszillator 13 keine festgelegte unveränderliche Frequenz zu besitzen, sondern kann in seiner Frequenz durch den Oszillator 11, dessen Ausgangsfrequenz änderbar ist, beeinflußbar sein.

F i g. 6 zeigt ein Schema, gemäß dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Betätigung z. B. eines Einbahn-Verkehrstores benutzt werden kann. Ein solches Tor kann beispielsweise dazu dienen, Fahrzeuge von einem gezahlten Parkplatz od. dgl. zu entlassen, ohne daß andererseits irgendwelche Fahrzeuge das Tor in entgegengesetzter Richtung passieren können. Die Induktionsschleife 12 kann in das Pflaster einer Fahrbahn eingebettet sein, die durch die gestrichelten Linien 129 angedeutet ist. Es sei angenommen, daß die Fahrzeuge die Fahrbahn in Richtung der Pfeile 130 fahren sollen. Die Induktions-

ao schleife 12 ist so breit ausgelegt, daß sie sich im wesentlichen über die gesamte Fahrbahn hinweg erstreckt, während ihre Länge etwa eines der zu steuernden Fahrzeuge entspricht. Ein Gatter 131 ist mechanisch mit einer Betätigungsvorrichtung 132 so gekoppelt, daß es von der Vorrichtung 132 betätigt werden kann. Die Vorrichtung 132 ihrerseits ist mit einem Gerät 133 verbunden, das sämtliche der vorangehend erörterten Schaltungsbestandteile enthält. F i g. 6 läßt erkennen, daß die Induktionsschleife 12 nicht symmetrisch gegenüber dem Gatter 131 angeordnet ist, sondern mit einem relativ großen Bereich 134 auf der Anfahrtseite des Gatters und mit einem vergleichsweise kleinen Bereich 135 auf der Abfahrtseite des Gatters liegt. Sobald sich ein Fahrzeug in den Bereich 134 hineinbewegt, steigt die Frequenz des Schleifenoszillators an, der Schaltpegel zum Betätigen des Gatters 131 wird jedoch nicht erreicht, bevor nicht ein beträchtlicher Teil des Fahrzeuges tatsächlich in den Bereich 134 der Schleife 12 hineingelegt ist. Nach der Auslösung des Schalters wird die Vorrichtung 133 in der vorangehend beschriebenen Weise teilweise selbsthaltend. Dies bedeutet, daß nunmehr nur noch ein sehr viel geringerer Bereich der Schleife 12 durch die metallische Masse des Fahrzeuges bedeckt zu sein braucht, um das Gatter 131 offenzuhalten. Das Fahrzeug kann sich nunmehr entlang der Fahrbahn 129 durch das geöffnete Gatter 131 hindurch bewegen. Nachdem das Fahrzeug die Schleife wieder verlassen hat, schließt sich das Gatter 131. Es wird nicht wieder geöffnet, bevor nicht ein weiteres Fahrzeug das Gebiet 134 der Schleife 12 erreicht. Kein Fahrzeug, daß sich dem Gatter 131 in der falschen Richtung (d. h. in der Darstellung der F i g. 6 von rechts) nähert, kann das Gatter öffnen, da der Bereich 135 der Schleife 12 nicht groß genug ist, um eine metallische Masse aufzunehmen, die die Auslösung des Schaltvorganges und damit der Betätigung des Gatters 131 verursachen könnte. Andererseits ist der Bereich 135 der Schleife 12 groß genug, um zu ermöglichen, daß ein darin befindliches Fahrzeug, das zuvor die Auslösung der gesamten Vorrichtung veranlaßt hatte, die Vorrichtung im Haltezustand hält, so daß das Gatter 131 offenbleibt.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Betrieb von Eisenbahnsignalen oder Bahnschranken od. dgl. verwendet ist. In diesem Fall befindet sich die Induktionsschleife

809 517/555

12 zwischen den Schienen 137 der Eisenbahnspur. Die Betätigung der gesamten Vorrichtung 133 ist in erster Näherung ähnlich der in Verbindung, mit F i g. 6 beschriebenen Betätigung, weist jedoch eine wichtige Modifikation auf. Wenn sich nämlich die Laufwerke eines Eisenbahnwagens längs der Schienen

137 über das Magnetfeld der Schleife 12 hinwegbewegen, werden durch die Räder und Achsen der Wagen elektrisch leitende Wege zwischen den Schienen gebildet. Wenn eine erste Achse im wesentlichen über die Schleife hinweggelaufen ist und eine zweite Achse sich der Schleife nähert, kommt eine kurzgeschlossene elektrisch leitende Schleife zur Existenz, die magnetisch mit der Schleife 12 gekoppelt ist. Zwei einander gegenüberliegende Seiten dieser Schleife werden durch die Schienen 137 gebildet, während die beiden anderen gegenüberliegenden Seiten dieser Schleife durch die entsprechenden Räder und Achsen

138 gebildet sind. Damit wird die Schleife 12 im Ergebnis die Primärwicklung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung kurzgeschlossen ist, so daß sich ihr Induktanzwert radikal vermindert. Nachdem das erste Laufwerk eines Eisenbahnwagens über die Schleife 12 hinweggelaufen ist, wird die davon herrührende magnetische Kopplung etwas vermindert, da das Chassis des Wagens höher über der Schleife liegt, als es die Masse des Laufwerks getan hatte. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 133 wird durch das erste Laufwerk eines Eisenbahnwagens ausgelöst und bleibt im Betriebszustand auch während des nachfolgenden geringeren Induktionseffektes durch das Chassis des Wagens sowie durch die weiter entfernt liegenden Achsen und Räder, und zwar wegen der beschriebenen Selbsthaltecharakteristik.

35

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Feststellung der Anwesenheit von Metallkörpern, insbesondere von Fahrzeugen auf Fahrbahnen, mit einer Induktionsschleife, die in den frequenzbestimmenden Schwingkreis eines ersten Oszillators eingeschaltet ist, und mit einem eine Bezugsfrequenz erzeugenden zweiten Oszillator, wobei beide Oszillatoren mit einem Detektor gekoppelt sind, welcher eine Schwebungsfrequenz erzeugt, die gleich ist der Differenz der Frequenzen der beiden Oszillatoren, und welcher mit einem Gleichrichter verbunden ist, der aus dem Schwebungsfrequenzsignal eine entsprechende Gleichspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung einen Ausgangsschalter (18) steuert, der bei einer Steuerspannung betätigt wird, die wesentlich über der Steuerspannung liegt, bei der der Ausgangsschalter in den unbetätigten Zustand zurückkehrt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Gleichrichter, der mit dem ersten Oszillator gekoppelt ist und der eine zweite Gleichspannung erzeugt, die zur Verhinderung einer Betätigung des Ausgangsschalters ebenfalls an diesen angelegt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abfallverzögerung des Ausgangsschalters ein positiver Rückkopplungsweg innerhalb des Schalters vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abfallverzögerung des Ausgangsschalters eine Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Oszillator gebildet ist, die die beiden Oszillatoren zu synchronisieren sucht.

5. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Steuerung eines Fahrbannsignals durch den Ausgangsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsschleife in die Fahrbahn eingebettet ist und zum größeren Teil auf der einen Seite des Fahrbahnsignals und zum kleineren Teil auf der anderen Seite des Fahrbahnsignals liegt, daß die Empfindlichkeit der Induktionsschleife so bemessen ist, daß der Ausgangsschalter betätigt wird, wenn sich ein Fahrzeug im Bereich des Hauptteils der Induktionsschleife befindet, nicht jedoch, wenn sich ein Fahrzeug im Bereich des kleineren Teils der Induktionsschleife befindet, während die Abfallverzögerung so eingestellt ist, daß ein Fahrzeug im Bereich des kleineren Teils der Induktionsschleife den Ausgangsschalter in seinem betätigten Zustand halten kann.

6. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Steuerung von Eisenbahnsignalen, -schranken u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsschleife zwischen den Schienen einer Eisenbahnspur in solcher Weise angeordnet ist, daß aufeinanderfolgende Achsen und Räder eines darüber hinweglaufenden Zuges mit den Schienen einen kurzgeschlossenen Kreis bilden, der magnetisch mit der Schleife gekoppelt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 81200.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 517/555 2.68 © Bundesdruckerei Berlin