DE1815676A1

DE1815676A1 - Elektrischer Schwingungssensor

Info

Publication number: DE1815676A1
Application number: DE19681815676
Authority: DE
Inventors: Hays Kenneth E Gahanna; Morrow Robert S
Original assignee: International Research and Development Co Ltd; Intermountain Research and Development Corp
Current assignee: International Research and Development Co Ltd; Intermountain Research and Development Corp
Priority date: 1968-01-11
Filing date: 1968-12-19
Publication date: 1969-10-16
Also published as: US3521158A; DE1815676B2; GB1248161A; DE1815676C3

Description

Elektrischer Schwingungssensor

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schwingungssensor, z.B. einen Vibrationsfühler, bei dem periodische Vibrationen innerhalb des Abstandes zwischen einem feststehenden Induktor eines Schwingkreises eines Oszillators und einem in dem Feld des Induktors vibrierenden metallischen Gegenstand periodische Veränderungen in der Amplitude der Ausgangsschwingungen des Oszillators hervorrufen. Insbesondere betrifft die Erfindung automatische Vers'tärkungsregelkreise für die Kompensation von Empfindlichkeitsveränderungen, die durch die Veränderungen des momentanen Abstandes zwischen dem feststehenden Induktor und dem vibrierenden metallischen Gegenstand in dem Feld des Induktors verursacht werden.

Es sind elektrische Vibrationsfühler bekannt, die einen elektrischen Oszillator mit einem Schwingkreis und einem in diesem angeordneten induktiven Element enthalten. Bei diesen Einrichtungen ist die Amplitude der vom Oszillator erzeugten Schwingungen eine Funktion der Verschiebung zwischen dem induktiven Element und einem metallischen Gegenstand innerhalb des Feldes des 'induktiven Elementes. Die-se Einrichtungen arbeiten nach dem ¥irbelstromprinzip; die Ausgangsschwingungen des Oszillators sind eine Funktion der durch den metallischen Gegenstand in dem Feld des induktiven Elementes absorbierten Strahlungsenergie, die wiederum von dem Abstand zwischen dem induktiven Element und dem metallischen Gegenstand abhängt. Derartige Einrichtungen können somit als Abstandsdetektoren oder als Schwingungssensoren für Vorrichtungen zur Schwingungsanalyse benutzt werden . Wenn eine sol-

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ehe Einrichtung als Schwingungssensor verwendet wird, hat die Ausgangsschwingung des Oszillators eine sinusförmige Wellenform als Folge der oszillierenden Vibrationsbewegung des metallischen Gegenstandes in bezug auf den feststehenden induktiven Aufnahmekopf.

Betrachtet man beispielsweise eine in einem Lager rotierende Welle. Als Folge einer Unwucht, einer mangelnden Ausrichtung, einer Abnutzung, einer Exzentrizität oder einer anderen Ursache führt die Welle in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse Schwingungen aus. Ordnet man in einem Lager dieser Welle einen induktiven Aufnahmekopf derart an, daß die Wandung der Welle in dem Induktionsfeld des Aufnahmekopfes liegt, so kann die Ausgangsschwingung des Oszillators, mit dem die Aufnahmespule verbunden ist, gleichgerichtet und zur Erzeugung von sinusförmigen Schwingungssignalen für eine Analyse der Schwingungen der Welle benutzt werden. Die Hauptanwendung einer solchen Einrichtung liegt in der Messung der momentanen Schwingungscharakteristik rotierender Κϊ-rper, wie z.B. ein Motor, eine Maschine oder ein Generator.

Es ist ersichtlich, daß bei Verwendung eines induktiven Aufnahmekopfes der vorstehend beschriebenen Art, der von Spitze zu Spitze gemessene Weg der Schwingung eine Funktion des statischen Abstandes ist, der zwischen dem induktiven Aufnahmekopf und dem Gegenstand in dem Feld des Aufnahmekopfes vor der Vibration des Gegenstandes vorliegt. Bei einem Aufnahmekopf, der beispielsweise im Lager einer rotierenden Welle angeordnet ist, umfaßt der statische Ab-' stand die Entfernung zwischen der Aufnahmespule und der Wandung der Welle während des Stillstandes derselben. Dieser Abstand kann sich aber aus verschiedenen Gründen ändern. So ist z.B. immer ein Spiel zwischen der Welle und dem Lager vorhanden. Wenn die Welle nicht rotiert, ruht sie im allgemeinen auf*' dem Boden des Lagers, wobei ein verhältnismäßig

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kleines Spiel zwischen der Oberseite der Welle und dem inneren Ring des Lagers frei bleibt. Wenn die Welle zu rotieren beginnt, hat sie das Bestreben, sich zu zentrieren, wodurch sich der Abstand zwischen der Wandung der Welle und der inuuktiven Aufnahmespule verändert.

Weiterhin verursachen Temperaturänderungen in der Welle,im Lager oder im G-ehäuse des induktiven Aufnahmekopfes Veränderungen des statischen Abstandes. Wenn diese Veränderungen des statischen Abstandes nicht kompensiert werden, verändert sich die Empfindlichkeit der Einrichtung. Ohne eine Korrektur des statischen Abstandes beträgt die Änderung der Empf indlidkeit beispielsweise plus oder minus 14 % für einen Abstandsbereich von 0,53 bis 0,64 mm, wobei der nominelle Abstand in der Größenordnung von etwa 0,5.1 mm liegt.

Um die Empfindlichkeit der Einrichtung konstant zu halten, ist es außerdem noWendig, die automatische Verstärkungsregelung der Schaltungsanordnung über einen Tsirir.eraturbereich von etwa 0 bis 65 0, d.h. über einen Bereich, in dem Temperaturänderungen normalervtfeise zu erwarten sind, zu stabilisieren.

Die Erfindung verfolgt iaher das Ziel, bei einen S-Jiiwingungssensor dieser Art, bei den eine induktive Aufnahnespule inner halb eines Schwingkreices eines Oszillators vorgesehen ist und die Ausgangsschwingungen dec Oszillators für die Erzeugung eines schwingenden Signals gleichgerichtet werden, geeignete. Mittel vorzusehen, um die Empfindlichkei-jsgnderungen, die durch Veränderung=:! ir. statischen Abstand zwischen der Aufnahmespule und eines in dem ITeId dieser S'oule vi or i er enden 3-egenstand verursacht werden, zu kompensieren. Ferner liegt ) der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Schwingungssensor derart auszubilden, d
.ifindlich ist.

er gegen Temperatur änderungen \inem-

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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist nach, einem Hauptkennzeichen der Erfindung der elektrische Schwingungssensor derart ausgebildet, daß ein Oszillator mit einem Schwingkreis und einer in diesem enthaltenen induktiven Aufnahmespule vorgesehen ist, dessen Ausgangssclrwingungen eine in Abhängigkeit von den Vibrationen eines in dem Feld der Aufnahmespule befindlichen Gegenstandes sinusförmig veränderliche Amplitude haben, daß durch Gleichrichtermittel die Schwingungen des Oszillators in eine sinusförmig veränderliche Gleichspannung umgewandelt werden, deren Amplitude in Abhängigkeit von dem momentanen Abstand zwischen der Aufnahmespule und dem vibrierenden Gegenstand veränderlich ist, daß ein Feldeffekttransistor mit einer Speise-, einer Ab-1-eitungs- und einer Eingangselektrode nachgeschaltet ist', fröi aem die sinusförmig veränderliche Gleichspannung duröh eine kapazitive Kopplung parallel zur Eingangs- und Ableitungselektrode geschaltet ist, und daß ferner auf den Mittelwert der sinusförmig veränderlichen Gleichspannung ansprechende Mittel zur Veränderung der Vorspannung der Ein- gangselektrode und folglich des dynamischen Widerstandes des Feldeffekttransistors vorhanden sind, so daß die Amplitude der sinusförmig veränderlichen Gleichspannung an der Ableitungselektrode des Feldeffekttransistors über einen Bereich von Werten des momentanen Abstandes im v/esentlichen konstant ist.

!lach der weiteren Erfindung enthalten die Mittel zur Veränderung ler Vorspannung der Eingangselektrode des Feldeffekttransistors einen parallel zum Ausgang der Gleichrichtermittel geschalteten Widerstand, einen Glättungskondensator im Nebenanschluß zu wenigstens einem Teil des vorgenannten Widerstandes und Mittel zur Verbindung eines Punktes dieses Widerstandes mit der Eingangselektrode des Feldeffekttransistors.

Z::±Lz':.eii ~len G-Ieiclirichtermitteln und den Widerstand ist

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nach der weiteren Erfindung eine Emitterfolger-Stufe angeordnet.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein Emitterfolger-Transistor an den Ausgang der Gleichrichtermittel angeschlossen, wobei aus einem Kondensator sowie einem Widerstand bestehende Mittel den Emitter des Emitterfolger-Transistors mit der Ableitungselektrode des Feldeffekttransisitors verbinden.

Es ist nach der Erfindung ferner vorgesehen, daß der Emitter Λ0' des Emitterfolger-Transistors mit einem Punkt eines neutralen Potentials verbunden ist und daß ein Widerstand die Speiseelektrode des Feldeffekttransistors mit diesem Punkt des neutralen Potentials verbindet. Die Temperaturkompensation des Feldeffekttransistors über einen Bereich von etwa 0 bis 65 C wird also durch einen unüberbrückten Kopplungswiderstand in der Speiseleitung des Feldeffekttransistors bewirkt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind an die Ableitungselek-trode des Feldeffekttransistors nachfolgende Verstärkerstufen angeschlossen.

Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Lagers einer Welle und die Art der Anordnung des induktiven Aufnahmekopfes dec Schwingungssensor3 in bezug auf die Welle,

Figo 2 eine Seitenansicht des Aufnahmekopfes in einem Längsschnitt, .

Fig„ 3 ein Schaltschema der Schaltungsanordnung und

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Fig. 4 verschiedene Wellenformen der elektrischen Schwin*- gungen der Schaltungsanordnung der Fig. 3.

Das in Fig. 1 dargestellte Lager 10 enthält im Inneren eine Büchse 12. An einer Seitenwandung des Lagers 10 ist eine G-ewindebohrung 14 für die Aufnahme eines Gewindeendes 18 eines Aufnahmekopfes 16 enthalten.

Der Aufnahmekopf 16 ist außen von einem Rohr 22 umgeben, in dem am vorderen Ende ein Spulenkörper 24 sitzt. Der Spulenkörper besteht aus Nylon oder einem anderen Isolieröl 0 material. Er hat einen zylindrischen Anaatz 26, mit dem er dicht schließend in das Rohr 22 eingesetzt ist. Eine Ringnut 23 des Spulenkörpers dient zur Aufnahme einer Spule JO, deren Windungen den induktiven Teil des Aufnahmekopfes bilden, der, wie nachfolgend näher erläutert wird, I^ das induktive Element in dem Schwingkreis eines Oszillators darstellt.

Der Spulenkörper 24 enthält ferner einen Ansatz 32 mit einer zentralen Bohrung 34- und auf der Außenseite des Ansatzes befindlichen Ringnuten 36 und 38. Ein Ende 40 der Spule 30 ist in der Nut 36 um den Ansatz 32 gewickelt und mit einem Leiter 42 mit größerem Durchmesser verlötet, der ebenfalls in der Hut 36 um den Ansatz gewickelt ist. lü der gleichen V/eise ist das andere Ende der Spule 30 in der Hut 38 angeordnet und mit einem Leiber 46 mit größerem Durchmesser verlötet.

Im Inneren der Bohrung 34- ist ein Heißleiter 48 (Thermistor) mit negativem Temperaturkoeffizienten angeordnet, von dem eine Anschlußleitung 50 mit einer Leitung 52 und die andere Anschlußleitung über eine Verbindungsleitung 57 zu einer Leitung 58 führt. Der Widerstand des Heißleiters 48' nimmt ab, wenn seine Temperatur zunimmt und umgekehrt.

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Ein Widerstand 54 is"b durch, einen Leiter 56 mit den Leitern 42 und 52 verlötet und durch einen Leiter 58 an den Leiter 57 und an einen Leiter SO angelötet.

Wie nachfolgend noch ausgeführt wird, ist der Heißleiter 49 parallel zum Widerstand 54 geschaltet. Die Parallelschaltung des Heißleiters 43 und des Widerstandes 54 liegt in Reihe mit der Spule 30. Ein Anschlußstück 62 für ein Koaxialkabel ist in das hintere Ende des Rohres 22 eingesetzt. Ein Eontakt 64 des Anschlußstückes ist mit dem Lei-"fcer 60 und der andere Kontakt 65 ist mit dem Leiter 45 verbunden. Der freie Raum im Inneren des Rohres 22 ist mit einer Vergußmasse, wie z.B. Epoxidharz, ausgefüllt.

Der in Fig. 2 dargestellte Aufnahmekopf ist in dem Schaltschema der Fig» 3 durch die gestrichelte Umrandung gekennzeichnet» Die elektrischen Elemente des Aufnahmekopfes sind der Heißleiter 48, der Widerstand 54 und die Spule Bei dem Oszillator handelt es eich um einen Colpitts-Gszillator.. d.h. um einen Oszillator mit kapazitiver Rückkopplung, der in dem Schaltschema mit 70 bezeichnet ist. Er enthält einen PNP-Transistor 72, dessen Emitter über Wider

stände 74, 76

eine Drosselspule 73 an da? Potential B+

einer Stromquelle angeschlossen ist.

Der Schwingkreis des Oszillators 70 umfaßt die Spule 30, den Heißleiter 48 und den Widerstand ?A. Ein Ende der Spu-

2'5 Ie 30 ist durch die Abschirmung des Koa^ialkabolc 50 mit Masse verbunden, während Iac andere Ende der Parallelschaltung des Heißleiters 48 und des Widerständen 54 durch den inneren Leiter des Koaxialkabels 80 an den Kollektor ieε Transistors 72 angeschlossen let. Die Schaltelemente ο.εε

-0 Aufnahmekopf es sind mit einer sueiten Induktionsspule 7,2 parallel geschaltet, die an den Kollektor des Tranric-toro

72 und an Kasse angescl--lDc.= e:i ist.

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Im Nebenschluß zur Induktionsspule 82 liegt eine Reihenschaltung von zwei Kondensatoren 84 und 86, wobei die Verbindung dieser beiden Kondensatoren gleichzeitig die Verbindung zwischen den Widerständen 74 und 76 bildet. Die Basisspannung des Transistors 72 wird an einem Spannungsteiler abgenommen, der aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 88, eines zweiten Heißleiters 90, eines Widerstandes 92 und eines Regelwiderstandes 94 besteht. Parallel zu den Widerständen 92 und 94 ist ein Kondensator 96 geschaltet. Ferner ist im Nebenschluß zum Heißleiter 90 ein Widerstand 98 vorgesehen. Die Induktionsspule 82 und die Spule . des Aufnahmekopfes bilden einen Teil des Schwingkreises des Oszillators 70, wobei die Induktivität der Induktionsspule 82 wesentlich größer ist als die der Spule·30.

Der Oszillator 70 erzeugt am Kollektor des Transistors 72 Ausgangsspannungen mit einer Frequenz von etwa 1 MHz. Die Schwingungen werden mittels eines Gleichrichters 100 gleichgerichtet und über einen Widerstand an einen Glättungskondensator 104 angelegt. Das resultierende gleichgerichtete i%nal ist an einen Parallelwiderstand 106 und ferner an die Basis eines Gleichstromemitterfolger-Transistors 108 angelegt Der Kollektor des—Transistors 108 ist über einen Widerstand 110 an das Potential B+ der Spannungsquelle angeschlossen, während sein Emitter über einen Widerstand 112 mit Masse verbünder*4st.

Nimmt man beispielsweise an, daß ein metallischer Gegenstand in einem festen Abstand von der Spule 30 und damit dem Feld dieser Spule angeordnet ist, so wird der Oszillator 70 Schwingungen erzeugen, die durch den Gleichrichter 100 gleichgerichtet und an die Basis des Transistors 108 angelegt werden. In diesem Falle entsteht an dem Emitter des Transistors 108 und an der Klesiiae 114 eine Gleichspannung, die im Betrag proportional dem Abstand zwischen der Spule und dem Gegenstand in dem Feld der Spule ist. In

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t * t

* ti ι » · Ϊ

der gleichgerichteten Spannung sind keine Wechselstromkomponenten enthalten.

Venn man ferner annimmt, daß ein Gegenstand, wie z.B. eine Welle in dem Lager 12 der I¹Ig. 1 in bezug auf die Spule 30 hin- und herschwingt, so werden Schwingungen mit einer !Frequenzvon etwa· 1 MHz durch den Oszillator' 70 erzeugt. Diese Schwingungen verändern sich periodisch in ihrer Amplitude entsprechend der Hain- und Herbewegung der Welle in bezug auf die Spule 30. Die Frequenz dieser periodischen Veränderun; entspricht der Schwingungsfrequenz der Welle in dem Lager ,,12. Unter diesen Umständen hat das Ausgangssignal des Oszillators am Kollektor des Transistors 72 eine Wellenform A entsprechend der Darstellung in Fig. 4, d.h. das Ausgangssignal hat eine periodisch veränderliche Amplitude.

Zwischen den Zeiten t* und tp der Wellenform A bewegt sich die Wandung der Welle in dem Lager 12 von der Spule 30 weg, so daß weniger Strahlungsenergie als Wirbelstrom- und Hystereseverlust absorbiert wird. Als Folge hiervon steigt die Amplitude der Ausgangsschwingungen. Zwischen den Zeiten t₂ und -t, bewegt sich die Welle in Richtung auf die Spule 30, wodurch die Strahlungsenergieverluste ansteigen und die Amplitude der Schwingungen abnimmt.

Die Schwingungen nach der Gleichrichtung in dem Gleichrichter 100 und der Glättung durch den Kondensator 104 treten als sinusförmig veränderliche Gleichspannung mit einer Wellenform B, wie in Fig. 4 dargestellt, auf. Wird diese Spannung an die Basis des Transistors 103 angelegt, entsteht an der Ausgangsklemme 114· ebenfalls eine Gleichspannung. Die Wechselstromkomponente wird über einen Kopplungskondensator

JO 116 Tind einen Widerstand 118 an die Ableitungselektrode eines Feldeffekttransistors 120 angelegt. Die Speiseelektrode des Transistors 120 ist über einen Widerstand 122 an Masse angeschlossen.

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Die Wechselstromkomponenten enthaltende Wellenform B wird ferner über einen Wideretand 124 an ein Potentriometer 126 mit einem parallel geschalteten Kondensator 128 angelegt. Der Kondensator 128 filtert das Wechselstromsignal aus, so daß am Potentiometer 126 nur ein mittleres G-leichstromsignal auftritt. Der "bewegliche Sclieber des Potentiometers 126 ist mit dem Eingang des Feldeffekttransistors 120 verbunden. Durch die Parallelschaltung des Kondensators 128 ist die Spannung am Potentiometer 126 eine Gleichspannung, die aus dem Mittelwert der Wechselkomponente der Gleichstromwellenform entsprechend der Wellenform B der !ig. 4 besteht. Diese mittlere Spannung verändert den dynamischen Widerstand des Feldeffekttransistors 120.

Es sei angenommen, daß eine Spannung von δ Y an der Klemme 114 auftritt, wenn der statische Abstand 0,51 mm beträgt. Eine zu 6 V proportionale Spannung wird dementsprechend am Potentiometer 126 und am Eingang des Feldeffekttransistors 120 auftreten. Es sei nun angenommen, daß der statische Abstand zwischen der Spule und dem metallischen Gegenstand sich ändert und daß die Ausgangsspannung an der Klemme 114 auf etwa 5,5 Y abnimmt. Da der Gegenstand jetzt näher an der Spule JO liegt, nimmt die Empfindlichkeit der Einrichtung zu. Die Verringerung der.Spannung am Potentiometer 126 ruft eine Verringerung des dynamischen Widerstandes des Feldeffekttransistors-120 hervor und die Ausgangsamplitude des Signals an der Ableitungselektrode des Feldeffekttransistors 120 verringert sich ebenfalls. In gleicher Weise wird ein Ansteigen der Spannung, ein Ansteigen des dynamischen Widerstandes des Feldeffekttransistors 120 und da-

3.0- durch ein Ansteigen der Amplitude des Signals an der'Ableitungselektrode hervorrufen.

Das an der Ableitungselektrode des Feldeffektransistors auftretende Signal wird über einen Kondensator 130 an die Basis einer Emitterfolgerstufe 132 angelegt. Der Emitter des

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0Jransistorsi32 ist über ein Potentiometer 154 mit Masse verbunden«_JDer "bewegliche Schieber dieses Potentiometers

^^T^rflilj^r einen Kondensator 136 an ein Paar von Transistorverstärkerstufen 158 und 140 angeschlossen. Das Ausgangssignal der Verstärkerstufe 140 wird an eine Emitterfolgerstufe 142 angelegt, so daß ein Ausgangssignal mit sinusförmiger Wellenform entsprechend dem Signal B an der Ausgangsimpedanz 144 auftritt. Die übrigen Elemente der Stufen 132, 138, 140 und 142 sind an sidi bekannt und brauchen deshalb nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

l?ür die Eichung der Stromkreisanordnung nach Fig. 5 wird ein metallischer Gegenstand in einem Abstand von etwa 0,51 mm vom Ende des Aufnahmekopf es 68 angeordnet. Hiernach wird der Regelwiderstand °A des Oszillators 70 verändert, bis an der Klemme 114 die Spannung 6 V beträgt. Daraufhin wird der Aufnahmekopf 68 in einem Abstand von 0,25 nun von einem schwingenden Gegenstand mit bekannter Verschiebung angeordnet» Die bekannte Verschiebung kann beispielsweise 0,025 mm sein. Das Potentiometer 154 der Emitterfolgerstufe 132 wird dann-so eingestellt, daß die sinusförmige Ausgangsschwingung eine Amplitude von 240 mV. effektiv hat. Nach dieser Vorbereitung wird der Aufnahmekopf 68 auf einen Abstand von 0,76 mm von dem schwingenden Gegenstand mit konstanter Verschiebung abgerückt. Der Gegenstand \iird öun wieder in Schwingungen mit einer Verschiebung von Spitze zu Spitze von 0,025 mm versetzt. Das Potentiometer 126, das mit dem Eingang des !Transistors 120 verbunden ist, wird nun so eingestellt, daß die sinusförmige Ausgangsschwingung wieder eine Amplitude von 240 mV effektiv hat.

Dieses Verfahren wird wiederholt, um zwischen einem statisc-hen Abstand von 0,25 bis 0,76 mm eine AusgangSamplitude von 240 mV effektiv für eine Verschiebung von 0,025 mm von Spitze zu Spitze zu erhalten.

Ohne den Felleffekttranisistor 120 beträgt die Empfindlich-

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keitsänderung plus oder minus 14 % für einen statischen Abstandsbereich von 0,33 bis 0,64 mm. Dagegen wird mit dom Feldeffekttransistor die Empfindliclikeitsänderung von plus oder minus 14 % auf weniger als plus oder minus 2 % für einen statischen Abstandsbereüi von 0,15 bis 0,86 mm verringert.

Die TemperaturStabilität und Auswechselbarkeit der Anordnung wird erzielt durch das Hinzufügen des nicht überbrückten Büc kopplungswiderständes 122 in der Speiseleitung des Transistors. Hierdurch wird die Empfindlichkeit im wesentlichen zwischen O⁰C und 66⁰C konstant gehalten. Oberhalb von 66⁰O steigt die Empfindlichkeit der Anordnung um 2 %\ dies kann aber in den nachfolgenden Verstärkerstuf.en kompensiert^werden. . ■ ♦

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 wird darauf hingewiesen, daß es sich bei der Spule 30 um eine kleine Spule aus Kupferdraht handelt. Der elektrische Widerstand dieses Kupferdrahtes hat einen positiven Temperaturkoeffizienten. Sein Widerstand über 176°C ist etwa 67 % größer als bei 24 G. Der Gütefaktor Q der Spule ist umgekehrt proportional dem Widerstand und nimmt ab-mit steigender Temperatur. Dies verursacht natürlich eine entsprechende Verringerung der Empfindlichkeit des Oszillators 70 und beeinflußt die Anxgangsamplitude des Signals am Widerstand 144. Der Heißleiter 48 ist deshalb in Reihe mit der Spule 30 geschaltet und kompensiert, da er einen negativen Temperaturkpeffizienten hat, die diirch Temperatur änderungen hervorgerufene Veränderung des Widerstandes der Spule 30.

Der Heißleiter 43 hat im übrigen eine Exponentialcharakteristik. Diec bedeutet, daß sein V/iderstand sich nicht linear mit der Temperatur ändert. Die Charakteristik kann j ede cli durch die Parallelschaltung des Widersiaides 54 zum Heißleiter in eine lineare Charakteristik geändert werden. D~r Widerstand "los Heißleiter? >ann wie folgt ausgedrückt

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werden:

Hierin bedeuten:

R ■ Ae

B/T

R * Widerstand des Heißleiters,
e » Basis des natürlichen Logariömus, A ■ eine Konstante des Heißleiters, B * eine Konstante des Heißleiters, T * die absolute Temperatur.

Entsprechend dem Ohmschen Gesetz ergibt sich der Gesamtwiderstand Rm der Elemente 48 und 5^ wie folgt:

R Tc A

wobei:

H₁-^ = Widerstand des Widerstandes 54 und"

Rm ο = Widerstand des SÜJsbexa&teeKiäEs 4.8. ^ö Heißleiters

Durch Auswahl eines Heißleiters 48 mit geeigneten Konstanten A und B (welche charakteristische Herkmale des Heißle'iters sind) und durch Auswahl eines geeigneten Widerstandes 54 kann der Gesamtwiderstand R^ wie gewünscht umgekehrt linear gemacht werden.

Die Funktion des Heißleiters 90 ist ähnlich, wobei der parallelgeschaltete Widerstand 98 ebenfalls dazu dient, den Gesamtwiderstand der beiden Elemente linear veränderlich zu (flachen. Wenn die Temperatur steigt und der Widerstand des Heißleiters90 fällt, nimmt die negative Steuerspannung an dor Basis des HTP-Transistors 72 ebenfalls ab. Hierdurch wird die Verringerung der innreren Impedanz des Transistors '72 hei ansteigender Temperatur kompensiert.

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Nach der Erfindung sind somit sowohl Mittel für die Koni- ■ pensation von Veränderungen des Widerstandes der Spule 30 als auch für Veränderungen in der Empfindlichkeit des Oszillators selbst infolge von Temperaturschwankungen vorgesehen.

Patentansprüche

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Claims

-15-Patentansprüche

1. Elektrsißcher Schwingungssensor mit einem induktiven Auf nahmekopf, dadurch "gekennzeichnet, ?' daß ein Oszillator nri/b einem Schwingkreis und einer in diesem enthaltenen induktiven Aufnahmespule vorgesehen ist, 5 dessen Ausgangsschwingungen eine in Abhängigkeit von den Vibrationen eines in dem Feld der Aufnahmespule befindlichen Gegenstandes sinusförmig veränderliche Amplitude haben, daß durch Gleichrichtermittel die Schwingungen des Oszillators in eine sinusförmig veränderliche Gleichspannung umgewandelt werden, deren Amplitude in Abhängigkeit von dem momentanen Abstand zwischen der Aufnahmespule und dem vibrierenden Gegenstand -veränderlich ist, daß ein Feldeffekt- \ transistor mit einer Speise-, einer Ableitungs- und einer £ Eingangselektrode nachgeschaltet ist, bei dem die sinusförmig mig veränderliche Gleichspannung durch eine kapazitive Kopplung parallel zur Eingangs- und Ableitungselektrode geschaltet ist, und daß ferner auf den Mittelwert der sinusförmig veränderlichen Gleichspannung ansprechende Hittel zur Veränderung'der Vorspannung der Eingangselektrode und folgB-ch. des dynamischen Widerstandes des Feldeffekttransistors vorhanden sind, so daß die Amplitude der sinusförmig veränderlichen Gleichspannung an der Ableitungselektrode des Feldeffekttransistors über einen Bereich von Verten des momentanen Abstandes im wesentlichen konstant ist.

2. Elektrischer Schwingungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung· der Torspannung der Eingangselektrode des Feldeffekttransistors einen parallel zur* Ausgang der Gleichrichtermittel geschalteten Widerstand, einen Glättungskoiidensator im Nebenschluß, zu wenigstens einera Teil des vorgenannten Wi der ε tan ie ε uni Kittel zur Verbindung eines Punktes oioses Widerstandes mit der Eingangeelektrode des Feldeffekttransistorc enthalten.

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3. Elektrischer Schwingungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emitterfolgerstufe zwischen den Gleiclirichtermitteln und dem Widerstand angeordnet ist.

^;-!-. Elektrischer Schwingungssensor nach Anspruch 1, dadurch i> sekennzeich.net, daß ein Emitterfolger-Transistor an den Ausgang der Gleichricktermittel angeschlossen ist und daß aus einem Kondensator sowie einem Widerstand bestehende Mittel den Emitter des Eniitterfolger-Transistors mit der Ableitungselektrode des Feldeffekttransistors verbinden. "

3ο Elektrischer Schwingungcsensor nach Ansv^ruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ernibter des Emitterfolger-Transistori mit einem Punkt einer neutralen Potentials verbunden ist und daß ein Viderstmd die Speiceelektrode des Peldeffekttrancistors mit diesen Punkt des neutralen Potentials ver-

1> bindet, so daß der Feldeffekttransistor im wesentlichen t e Tip e r aturun ab hän gig i ξ t.

o. Elektrischer Schvringungξ sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an die Ableitung elektrode des Feldeffekt- :ranniitor^ angeschlossene Verstärkers trafen.

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