DE1815677A1 - Electrical sensor arrangement - Google Patents
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- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
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Description
Elektrische Fühl er an ο r d η u ηElectrical feelers at ο r d η u η
Die Erfindung betrifft eine elektrische Fühleranordnung, wie z. B. einen Hährungsschalter oder einen Schwingungsfühler, bei denen der Abstand zwischen einer Induktivität in dem Schwingkreis eines Oszillators und einem metallischen Gegenstand in dem Feld der Induktivität durch die Amplitude des Ausgangssignals des Oszillators angezeigt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung Mittel für die Kompensation des Ausgangssignals und/oder der Empfindlichkeit des Oszillators infolge von Temperaturänderungen in der Induktivität oder in dem Oszillatorkreis.The invention relates to an electrical sensor arrangement, such as. B. a stop switch or a vibration sensor, where the distance between an inductance in the resonant circuit of an oscillator and a metallic one Object in the field of inductance indicated by the amplitude of the output signal of the oscillator will. In particular, the invention relates to means for compensating the output signal and / or the sensitivity of the oscillator due to temperature changes in the inductance or in the oscillator circuit.
Es sind elektrische Fühleranordnungen bekannt, die einen elektrischen Oszillator mit einem Schwingkreis und einem in diesem angeordneten induktiven Element enthalten, bei denen 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 ist. Diese Einrichtungen arbeiten nach dem Wirbelstromprinzip. Die Ausgangsschwingungen des Oszillators sind eine Funktion der durch den metallischen Gegenstand in dem Feld des induktiven Elementes absorbierten Strahlungsenergie. Wie bekannt ist, hängt die absorbierte Strahlungsenergie von dem Abstand zwischen der Induktivität und dem metallischen Gegenstand ab. Hieraus, ergibt sich, daß derartige Einrichtungen als Abstandsdetektoren oder Schwingungsfühler für Schwingungsanalysegeräte benutzt werden können. There are electrical sensor assemblies known that have an electrical oscillator with a resonant circuit and a contained in this arranged inductive element, in which the amplitude of the oscillations generated by the oscillator a function of the displacement between the inductive element and a metallic object within of the field of the inductive element. These devices work on the eddy current principle. the Output swings from the oscillator are a function the radiant energy absorbed by the metallic object in the field of the inductive element. As is known, the absorbed radiant energy depends on the distance between the inductor and the metallic Object. It follows from this that such devices can be used as distance detectors or vibration sensors for vibration analysis devices.
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In dem Falle eines Abstanddetektors wird ein Wechsel in dem Ausgangssignal des Oszillators auftreten, sobald ein metallischer Gegenstand in das Feld der Schwingkreisinduktivität gelangt, die im allgemeinen im Innern eines Aufnahmekopfes oder eines Fühlers angeordnet ist. Die Veränderung des Ausgangssignals bewirkt normalerweise die Betätigung eines Heiais.In the case of a distance detector, a change in the output of the oscillator will occur as soon as a metallic object enters the field of the resonant circuit inductance, which is generally inside a Recording head or a sensor is arranged. The change in the output signal usually causes the operation of a helix.
Die Anwendung einer solchen Einrichtung als Schwingungsfühler beruht im wesentlichen auf dem gleichen Prinzip, wobei allerdings das Ausgangssignal des Oszillators benutzt wird, um ein sinusförmiges Signal als Folge der oszillierenden Schwingungen eines metallischen Gegenstandes in bezug auf den feststehenden Aufnahmekopf zu erzeugen. Betrachtet man beispielsweise eine in einem Lager rotierende Welle. Diese Welle führt in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse Schwingungen aus, die die Folge einer Unwucht, einer mangelnden Ausrichtung, einer Abnutzung, einer Exzentrizität oder einer anderen Ursache sein können. Bringt 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, der an ! die Aufnahmespule angeschlossen ist, gleichgerichtet und zur Erzeugung von sinusförmigen Schv/ingungs Signalen für , eine Schwingungsanalyse benutzt werden. Die Hauptanwendung einer solchen Einrichtung besteht in der Messung der momentanen Schwingungscharakteristik rotierender Körper, beispielsweise an einem Motor, einer Maschine oder einem Generator.'The use of such a device as a vibration sensor is based essentially on the same principle, except that the output signal of the oscillator is used to generate a sinusoidal signal as a result of the oscillating vibrations of a metallic object with respect to the stationary recording head. For example, consider a shaft rotating in a bearing. This shaft executes vibrations in a plane perpendicular to the axis of rotation, which can be the result of an imbalance, a lack of alignment, wear, an eccentricity or some other cause. If you mount an inductive recording head in a bearing of this shaft in such a way that the wall of the shaft lies in the induction field of the recording head, the output oscillation of the oscillator, which at ! the pickup coil is connected, rectified and used to generate sinusoidal vibration signals for vibration analysis. The main application of such a device is to measure the instantaneous vibration characteristics of rotating bodies, for example on a motor, a machine or a generator. '
Einrichtungen der vorstehend beschriebaBn Art sind jedoch temperaturabhängig, weil sich der Widerstand des induktiven Aufnahmekopfes mit der Umgebungstemperatur verändert. Das induktive Element besteht aus einer kleinen Spule aus dünnem Kupferdraht, der einen positiven Widerstands-Facilities of the type described above are, however temperature-dependent, because the resistance of the inductive recording head changes with the ambient temperature. The inductive element consists of a small coil of thin copper wire that has a positive resistance
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Tenperaturkoeifizienten liat. Der Widerstand bei einer Temperatur von 176° G ist etwa 67 % größer als Lei einer Temperatur von 24° C. Der Güt.efaktor Q der Spule ist umgekehrt proportional zum Widerstand und verringert sich demzufolge mit steigender Temperatur. Hierdurch ergibt sich eine Verringerung der Empfindlichkeit des induktiven Elementes, was zu einer fehlerhaften Anzeige der Schwingung und des statischen Abstandes führt. Diese Einrichtungen werden aber häufig bei stark veränderlichen Umgebungstemperaturen angewendet.Tenperature Coeified liat. The resistance at a temperature of 176 ° G is about 67 % greater than Lei at a temperature of 24 ° C. The quality factor Q of the coil is inversely proportional to the resistance and consequently decreases with increasing temperature. This results in a reduction in the sensitivity of the inductive element, which leads to an incorrect display of the oscillation and the static distance. However, these devices are often used when the ambient temperature varies greatly.
Weiterhin verändert sich das Ausgangssignal des im Radiofrequenzbereich arbeitenden Oszillators, mit dem der induktive Aufnahmekopf verbunden ist, in seiner Amplitude, wenn sich die "umgebungstemperatur ändert. Die allgemein übliche Temperaturstabilisierung des Oszillators und des Anzeigekreises ist nicht anwendbar, weil die hierbei benutzten festen Rückkopplungen die Schaffung eines hohen Gütefaktors verhindern, der für einen großen Wirkungsgrad und eine große Empfindlichkeit erforderlich ist.Furthermore, the output signal changes in the radio frequency range working oscillator, to which the inductive recording head is connected, in its amplitude, when the "ambient temperature changes. The general The usual temperature stabilization of the oscillator and the display circuit cannot be used because they are used here fixed feedback prevents the creation of a high figure of merit, which is essential for high efficiency and great sensitivity is required.
Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde:The invention is based on the following objectives:
Bei einer elektrischen Kihleranordnung der eingangs beschriebenen Art, Hittel zur Temperaturkompensation vorsusehen, um dadurch das Ausgangssignal des Oszillators über einen weiten Temperaturbereich unabhängig von Temperaturänderuiigen zu machen, ohne daß hierzu manuelle Einstellungen an der Ge samt anordnung erforderlich sind.In the case of an electrical radiator arrangement as described at the beginning Type of means to provide for temperature compensation, in order to thereby the output signal of the oscillator over a wide temperature range independent of temperature changes to make without manual adjustments to the entire arrangement are required.
Es sollen ferner Mittel zur Temperaturkompensation vorgesehen werden, die die Aufrechterhalten^ eines hohen Gütefaktors des Oszillators ermöglichen.Means for temperature compensation should also be provided which enable a high quality factor of the oscillator to be maintained.
Gemäß der Erfindung ist zur Lösung der gestellten Aufgaben die elektrische S1UhI er anordnung derart ausgebildet,According to the invention, the electrical S 1 UhI he arrangement is designed to solve the tasks set in such a way that
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daß ein elektrischer Oszillator mit einem abgestimmten Schwingkreis und darin enthaltenen induktiven und kapazitiven Elementen vorgesehen ist, bei dem die Amplitude der erzeugten Schwingungen eine !funktion des Abstandes zwischen dem induktiven Element und einem metallischen Gegenstand ist, und daß in Reihe mit dem induktiven Element ein Impedanzelement mit einem gegenüber dem induktiven Element in der Weise entgegengesetzten Widerstands-Temperaturkoeffizienten geschaltet ist, daß die Gesamtimpedanz des induktiven und des Impedanzelementes im wesentlichen temperaturunabhängig ist. Infolge des entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten des Impedanzelementes bleibt der Gesamtwiderstand der Schwingkreisspule und damit auch der Gütefaktor bei veränderlichen Temperaturen im wesentlichen konstant.that an electrical oscillator with a tuned resonant circuit and inductive and capacitive contained therein Elements is provided in which the amplitude of the generated vibrations is a function of the distance between the inductive element and a metallic object, and that in series with the inductive element an impedance element with one opposite the inductive Element in the manner of opposite temperature coefficient of resistance is connected that the total impedance of the inductive and the impedance element is essentially is temperature independent. Due to the opposite temperature coefficient of the impedance element What remains is the total resistance of the resonant circuit coil and thus also the quality factor at changing temperatures essentially constant.
In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht das induktive Element aus einer Spule aus Leitungsdraht mit einem positiven Widerstand-Temperaturkoeffizienten und das Impedanzelement aus einem Heißleiter (Thermistor) mit einem negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten.In a further embodiment of the invention, the inductive element consists of a coil made of lead wire with a positive resistance-temperature coefficient and the impedance element from a thermistor with a negative temperature coefficient of resistance.
Gemäß der weiteren Erfindung ist parallel zum Heißleiter ein Widerstand geschaltet, so daß der Geπamtwiderstand der Parallelschaltung sich linear mit der Temperatur ändert .According to the further invention, a resistor is connected in parallel to the thermistor, so that the total resistance the parallel connection changes linearly with the temperature.
Die lieiheiiDChaltung des induktiven und des Impendanzelementes liegt gemäß der Erfindung im Nebenschluß zu einer zweiten Induktivität des abgestimmten Schwingkreises,The maintenance of the inductive and impedance elements according to the invention is shunted to a second inductance of the tuned resonant circuit,
Die Fühleranordnung enthält in weiterer Ausbildung der Erfindung einen im wesentlichen rohrförmigen Mihlerkopf,-in dem die Spule und der Heißleiter angeordnet sind. Die Spille ist genäß der Erfindung auf einem Spulenkörper aus Isoliermaterial gewickelt, der in der Nähe eines Endor,The sensor arrangement contains in a further training the Invention a substantially tubular mill head, -in which the coil and the thermistor are arranged. the According to the invention, the cap is wound on a bobbin made of insulating material, which is located in the vicinity of an endor,
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des rohrförmigen Fühlerkopfes sitzt, wobei der Heißleiter sich in einer Aushöhlung des Spulenkörpers befindet. Der parallel zum Heißleiter geschaltete Widerstand ist gemäß der Erfindung im Innern des rohrförmigen Fühlerkopfes angeordnet.of the tubular sensor head sits, with the thermistor is located in a cavity in the bobbin. The resistor connected in parallel to the NTC thermistor is arranged according to the invention inside the tubular sensor head.
Zur Stabilisierung des elektrischen Oszillators ist nach der Erfindung im Schaltungsaufbau desselben ebenfalls ein Heißleiter derart angeordnet, daß die Ausgangsamplitude der Schwingungen des Oszillators temperaturunabhängig ist.To stabilize the electrical oscillator is after the invention in the circuit structure of the same also arranged a thermistor such that the output amplitude the oscillations of the oscillator independent of temperature is.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung enthält der Oszillator einen Transistor, t>Bi dem der abgestimmte Kreis zwischen dem Emitter und dem Kollektor liegt, während der Heißleiter innerhalb eines Netzwerkes für die Basisvorspannung des Transistors angeordnet ist. Der Heißleiter hat einen negativen Widerstands-Temperaturkoeffizienten. Im Hebenschluß zum Heißleiter ist ein Widerstand vorgesehen, so daß der Gesamtwiderstand sich etwa linear ändert.According to a further feature of the invention, the contains Oscillator a transistor, t> Bi which the tuned circuit lies between the emitter and the collector, while the thermistor is within a network for the base bias of the transistor is arranged. The thermistor has a negative temperature coefficient of resistance. A resistor is provided in the lift connection to the thermistor, so that the total resistance changes approximately linearly.
Gemäß der Erfindung besteht das Netzwerk für die Basisvorspannung aus mehreren Impedanz element en, die in Reihe zwischen den entgegengesetzten Klemmen einer Spannungsquelle für die Speisung des Ossiilators geschaltet sind, wobei eines der Impedanzelemente durch den Heißleiter gebildet wird, und einer Verbindung zwischen dem Anschluß von zwei der in Reihe geschalteten Impedanz elemente und der Basis des Transistors.According to the invention, the network for the base bias consists of several impedance elements in series are connected between the opposite terminals of a voltage source for the supply of the oscillator, wherein one of the impedance elements is formed by the thermistor is, and a connection between the terminal of two of the series-connected impedance elements and the base of the transistor.
Der für den Schaltungsaufbau des Oszillators vorgesehene Heißleiter ist in weiterer Ausbildung der Erfindung in Reihe mit dem induktiven Element in dem abgestimmten ." Schwingkreis des Oszillators geschaltet.The thermistor provided for the circuit structure of the oscillator is a further development of the invention connected in series with the inductive element in the tuned "resonant circuit" of the oscillator.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Lagers einer Welle und die Art der Anordnung des induktiven Fühlerkopfes in bezug auf die Welle,Fig. 1 shows a cross section of a bearing of a shaft and the type of arrangement of the inductive sensor head in relation to the wave,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Müllerkopfcc in einem Längsschnitt,Fig. 2 is a side view of the Müllerkopfcc in one Longitudinal section,
Fig. 3 ein Schaltschema der Schaltungsanordnung und3 shows a circuit diagram of the circuit arrangement and
Fig. 4 verschiedene Wellenformen der elektrischen Schwingungen der Schaltungsanordnung der Fig. 3.FIG. 4 shows different waveforms of the electrical oscillations of the circuit arrangement of FIG. 3.
Das in Fig. 1 dargestellte Lager 10 enthält im Inneren eine Büchse 12. An einer Seitenwandung des Lagers 10 ist eine Gewindebohrung Ul- für die Aufnahme eines Gewindeendes IS eines Fühlerkopfes 16 enthalten.The bearing 10 shown in Fig. 1 contains inside a sleeve 12. On a side wall of the bearing 10 is a threaded hole Ul- for receiving a threaded end IS of a sensor head 16 included.
Der Fühlerkopf 16 ist außen von einem Bohr 22 umgeben, in dem am vorderen Ende ein Spulenkörper 24 sitzt. Der Spulenkörper besteht aus Nylon oder einem anderen Isoliermaterial. Er hat einen zylindrischen Ansatz 26, mit dem er dicht schließend in das Rohr 22 eingesetzt ist. Eine Hingnut 28 des Spulenkörpers dient -*zur Aufnahme einer Spule 30,, deren Windungen den induktiven Teil des Fühlerkopfes bilden, der, wie nachfolgend näher erläutert wird, das induktive Element in dem Schwingkreis eines Oszillators darstellt.The sensor head 16 is surrounded on the outside by a drill 22 in which a coil former 24 is seated at the front end. Of the The bobbin is made of nylon or some other insulating material. He has a cylindrical approach 26, with the it is inserted into the tube 22 with a tight fit. A hanging groove 28 of the bobbin serves - * to accommodate a Coil 30, whose turns form the inductive part of the sensor head, which, as explained in more detail below, represents the inductive element in the resonant circuit of an oscillator.
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 40The bobbin 24 also contains a shoulder 32 a central bore 34 and on the outside of the Ring grooves 36 and 38 located at the approach. One end 40
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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 Nut 36 um den Ansatz gewbkelt ist. In der gleichen Weise ist das andere Ende der Spule 30 in der Nut 33 angeordnet und mit einem Leiter 46 mit größerem Durchmesser verlötet.the coil 30 is wound around the extension 32 in the groove 36 and soldered to a larger diameter conductor 42 which is also coiled around the extension in the groove 36. In the same way, the other end of the coil 30 is located in the groove 33 and with a conductor 46 of larger size Diameter soldered.
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.Inside the bore 34 is a thermistor 48 (thermistor) arranged with a negative temperature coefficient, of which a connecting line 50 with a line 52 and the other Connection line via a connection line 57 to a Line 58 leads. The resistance of the thermistor 48 decreases as its temperature increases and vice versa.
Ein Widerstand 5^ ist durch einen Leiter 56 mit den Leitern 42 und 52 verlötet und durch einen Leiter 58 an den Leiter 57 und an einen Leiter 60 angelötet.A resistor 5 ^ is through a conductor 56 to the conductors 42 and 52 soldered and through a conductor 58 to the Conductor 57 and soldered to a conductor 60.
Wie nachfolgend noch ausgeführt wird, ist der Heißleiter 49 parallel zum Widerstand 54 geschaltet. Die Parallelschaltung des Heißleiters 48 und des Widerstandes 54 liegt in Eeihe mit der Spule 30. Bin Anschlußstück 62 für ein Koaxialkabel ist in das hintere Ende des Rohres 22 eingesetzt. Ein Kontakt 64 des AnschlußStückes ist mit dem Leiter 60 und der andere Kontakt 66 ist mit dem Leiter 46 verbunden. Der freie Raum im Inneren des Rohres 22 ist mit einer "Vergußmasse, wie z.B. Epoxidharz, ausgefüllt.As will be explained below, the thermistor 49 is connected in parallel with the resistor 54. The parallel connection the thermistor 48 and the resistor 54 is in series with the coil 30. Bin connector 62 for a Coaxial cable is inserted into the rear end of the tube 22. A contact 64 of the connector is with the conductor 60 and the other contact 66 is connected to conductor 46. The free space inside the tube 22 is with a "potting compound, such as epoxy resin, filled.
Der in J?ig. 2 dargestellte lühlerkopf ist in dem Schaltschema der Fig. 3 durch die gestrichelte Umrandung gekennzeichnet. Die elektrischen Elemente des Fühlerkopfes sind der Heißleiter 48, der Widerstand 54 und die Spule Bei dem Oszillator handelt es sich um einen Colpitts-Oszillators d.h. um einen Oszillator mit kapazitiver Rückkopplung, der in dem Schaltschema mit 70 bezeichnet ist. Er enthält einen EKTP-Transistor 72, dessen Emitter über Wi-The in J? Ig. 2 is shown in the circuit diagram of Fig. 3 by the dashed border. The electrical elements of the sensor head are the thermistor 48, the resistor 54 and the coil case of the oscillator is a Colpitts oscillator s ie an oscillator having capacitive feedback, which is referred to in the shift pattern with the 70th It contains an EKTP transistor 72, the emitter of which is via Wi-
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derstände 74, 76 und eine Drosselspule 78 an das Potential B+ einer Stromquelle angeschlossen ist.resistors 74, 76 and a choke coil 78 is connected to the potential B + of a power source.
Der Schwingkreis des Oszillators 70 umfaßt die Spule 30, den Heißleiter 48 und den Widerstand 54. Ein Ende der Spu-Ie 30 ist durch die Abschirmung des Koaxialkabels 80 mit Masse verbunden, während das andere Ende der Parallelschaltung des Heißleiters 48 und des Widerstandes 54- durch den inneren Leiter des Koaxialkabels 80 an den Kollektor des Transistors 72 angeschlossen ist. Die Schaltelemente des Fühlerkopfes sind mit einer zweiten Induktionsspule 82 parallel geschaltet, die an den Kollektor des Transistors 72 und an Masse angeschlossen ist.The resonant circuit of the oscillator 70 includes the coil 30, the thermistor 48 and the resistor 54. One end of the coil 30 is connected to ground through the shielding of the coaxial cable 80, while the other end of the parallel circuit the thermistor 48 and the resistor 54- through the inner conductor of the coaxial cable 80 is connected to the collector of the transistor 72. The switching elements of the Sensor head are connected in parallel with a second induction coil 82, which is connected to the collector of the transistor 72 and connected to ground.
Im Nebenschluß zur Induktionsspule 82 liegt eine Reihenschaltung von zwei Kondensatoren 84 und 86, wobei die Verbindung dieser beiden Kondensaetoren gleichzeitig die Verbindung zwischen den Widerständen 74- und 76 bildet. Die Basisspannung des Transistors 72 wird an einem Spannungsteiler abgenommen, der aus der Bihenschaltung eines Widerstandes 88, eines zweiten Heißleiters 90, eines Widerstandes 92 und eines Eegelwiderstandes 94 besteht. Parallel zu den Widerständen 92 und 94· ist ein Kondensator 96 geschaltet. Ferner ist im Hebenschluß zum Heißleiter 90 ein Widerstand 98 vorgesehen. Die Induktionsspule 82 und die Spule des Fühlerkopfes bilden einen Teil des Schwingkreises des Oszillators 70, wobei die Induktivität der Induktionsspule 82 wesentlich größer ist als die der Spule 30.Shunted to induction coil 82 is a series connection of two capacitors 84 and 86, the connection these two capacitors form the connection between the resistors 74- and 76 at the same time. the The base voltage of transistor 72 is applied to a voltage divider removed from the series connection of a resistor 88, a second thermistor 90, a resistor 92 and a level resistor 94. Parallel to a capacitor 96 is connected between the resistors 92 and 94. Furthermore, there is a resistance in the lift connection to the thermistor 90 98 provided. The induction coil 82 and the coil of the sensor head form part of the resonant circuit of the Oscillator 70, the inductance of the induction coil 82 is significantly larger than that of coil 30.
Der Oszillator 70 erzeugt am Kollektor des Transistors 72 Ausgangsspannungen mit einer Frequenz von etwa 1 MHz. Die Schwingungen werden mittels ein^s Gleichrichters 100 gleichgerichtet und über einen Widerstand an einen G-lättungskondensator 104 angelegt. Das resultierende gleichgerichtete Signal ist an einen Parallelwiderstand 106 und ferner an die Basis eines G-leichstromeniitterfolger-Transistors 103 ange-The oscillator 70 generates at the collector of the transistor 72 Output voltages with a frequency of about 1 MHz. The vibrations are rectified by means of a rectifier 100 and through a resistor to a G smoothing capacitor 104 created. The resulting rectified signal is applied to a parallel resistor 106 and further to the Base of a DC light-current follower transistor 103 connected
S G S 8 3 1 / 0 S 8 δS G S 8 3 1/0 S 8 δ
INSPECTEDINSPECTED
legt. 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 verbunden ist.lays. The collector of the transistor 108 is connected to the potential B + of the voltage source via a resistor 110, while its emitter is connected to ground through a resistor 112.
Nimmt man beispielsweise an, daß ein metallischer Gegenstand in einem festen Abstand von der Spule 30 und damit dem leid dieser Spule angeordnet ist, so wird der Oszillator 70 Schwingungen erzeugen, die durch den Gleichrichter 100 gleichgerichtet und an die Baä.s des Transistors 108 angelegt werden. In diesem Falle entsteht an dem Emitter des Transistors 108 und an der Klemme 114 eine Gleichspannung, die im Betrag proportional dem Abstand zwischen der Spule und dem Gegenstand in dem Feld der Spule ist. In der gleichgerichteten Spannung sind keine Wechselstromkomponenten enthalten.Assume, for example, that a metallic object at a fixed distance from the coil 30 and thus the sorry this coil is placed, so becomes the oscillator 70 generate vibrations caused by the rectifier 100 rectified and to the Baä.s of the transistor 108 can be created. In this case, a DC voltage is generated at the emitter of transistor 108 and at terminal 114, which is proportional in magnitude to the distance between the coil and the object in the field of the coil. In the rectified voltage does not contain any AC components.
Wenn man ferner annimmt, daß ein Gegenstand, wie z.B. eine Welle in dem Lager 12 der Fig. 1 in bezug auf die Spule 30 hin- und herschwingt, so werden Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 1 MHz durch den Oszillator 70 erzeugt. Diese Schwingungen verändern sich periodisch in ihrer Amplitude entsprechend der Hin- und Herbewegung der Welle in bezug auf die Spule 30. Die Frequenz dieser periodischen Veränderung 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 Ampliektude.Furthermore, assuming that an object such as a Shaft in the bearing 12 of FIG. 1 in relation to the spool 30 oscillates back and forth, oscillations with a frequency of approximately 1 MHz are generated by the oscillator 70. These Vibrations change periodically in amplitude according to the reciprocating motion of the shaft with respect to on the coil 30. The frequency of this periodic change corresponds to the oscillation frequency of the shaft in the bearing 12. Under these circumstances, the output of the oscillator at the collector of transistor 72 has a waveform A as shown in Fig. 4, i.e. the output signal has a periodically variable 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 dieBetween times t / 1 and tp of waveform A, the wall of the shaft in bearing 12 moves away from coil 30, so that less radiant energy is absorbed than eddy current and hysteresis loss. As a result, the amplitude of the output oscillations increases. Between times t 2 and t, the wave moves in the direction of the
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1ft15R771ft15R77
Spule 3O1 wodurch die StrahlungsenergieVerluste ansteigen und die Amplitude der Schwingungen abnimmt.Coil 3O 1 as a result of which the radiation energy losses increase and the amplitude of the oscillations decreases.
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 Qiransistors 108 angelegt, entsteht an der Ansgangsklemme 114 ebenfalls eine Gleichspannung. Die Wechselstromkomponente wird über einen Kopplungskondensator 116 und einen Widerstand 118 an die Ableitungselektrode eine Feldeffekttransistors 120 angelegt. Die Speiseelektrode des Transistors 120 ist über einen Widerstand 122 an Masse angeschlossen. After the rectification in the rectifier 100 and the smoothing by the capacitor 104, the oscillations occur as a sinusoidally variable DC voltage having a waveform B as shown in FIG. Will this tension applied to the base of the transistor 108 arises at the output terminal 114 also a DC voltage. the AC component is connected to the drain electrode via a coupling capacitor 116 and a resistor 118 Field effect transistor 120 applied. The feed electrode of the transistor 120 is connected to ground via a resistor 122.
Die Wechselstromkomponenten enthaltende Wellenform B wird ferner über einen Widerstand 124 an ein Potentiometer 126 mit einem parallel geschalteten Kondensator 128 angelegt. Der Kondensator 128 filtert das Wechselstromsignal aus, so daß am Potentiometer 126 nur ein mittleres Gleichstromsignal auftritt. Der bewegliche Schieber 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 Wechsele%*efflkomponente der Gleichstromwel lenform entsprechend der Wellenform B der Fig. 4 besteht. Diese mittlere Spannung verändert den dynamsichen Widerstand des Feldeffekttransistors 120.Waveform B containing AC components is also fed to a potentiometer 126 through a resistor 124 with a capacitor 128 connected in parallel. Capacitor 128 filters out the AC signal, see above that at the potentiometer 126 only an average direct current signal occurs. The movable slide of the potentiometer 126 is connected to the input of the field effect transistor 120. By connecting the capacitor 128 in parallel, the * Voltage at potentiometer 126 is a direct voltage, which is derived from the mean value of the alternating% * efflcomponent of the direct current wel lenform corresponding to waveform B of FIG. This mean voltage changes the dynamic resistance of field effect transistor 120.
Es sei angenommen, daß eine Spannung von 6 V 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 114Assume that there is a voltage of 6 V across the · 114 terminal when the static distance is 0.51 mm. A voltage proportional to 6 V is accordingly applied to potentiometer 126 and to the input of the field effect transistor 120 occur. It is now assumed that the static distance between the coil and the metallic object changes and that the output voltage at terminal 114
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auf etwa 5»5 V abnimmt. Da der Gegenstand jetzt näher an der Spule 30 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 dadurch ein Ansteigen der Amplitude des Signals an der Ableitungselektrode hervorrufen.decreases to about 5 »5 V. Since the subject is now closer to the coil 30, the sensitivity of the device increases. Reducing the voltage on the potentiometer 126 causes a reduction in the dynamic resistance of the field effect transistor 120 and the output amplitude of the signal at the deriving electrode of the field effect transistor 120 is also reduced. In the same way becomes an increase in the voltage, an increase in the dynamic resistance of the field effect transistor 120 and thereby cause an increase in the amplitude of the signal at the lead electrode.
Das an der Ableitungselektrode des Feldeffekttransistors auftretende Signal wird über einen Kondensator 130 an die Basis einer Emitterfolgerstufe 132 angelegt. Der Emitter des Transistors 132 ist über ein Potentiometer 134 mit Masse verbunden. Der bewegliche Schieber dieses Potentiometers ist über einen Kondensator 136 an ein Paar von Transistorverstärker stuf en 138 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 sich bekannt und brauchen deshalb nicht im einzelnen beschrieben su werden.The signal appearing at the discharge electrode of the field effect transistor is applied to the base of an emitter follower stage 132 via a capacitor 130. The emitter of transistor 132 is connected to ground via a potentiometer 134. The movable slide of this potentiometer is connected to a pair of transistor amplifiers 138 and 140 via a capacitor 136. The output signal of the amplifier stage 140 is applied to an emitter follower stage 142, so that an output signal with a sinusoidal waveform corresponding to the signal B appears at the output impedance 144. The remaining elements of stages 132, 138, 140 and 142 are known per se and therefore do not need to be described in detail below.
Für die Sichung der Stromkreisanordnung nach J?ig. 3 wird ein metallischer Gegenstand in einem Abstand von etwa. 0,51 mm vom Bnde des lühlerkopfes 68 angeordnet. Hiernach, wird der" Regelwixderstand 94 des Oszillators ?0 verändert, bis aii der EleBime 114 die Spannung 6 ¥ beträgt» Daraufhin wird der Fühlerkopf 68 in einem Abstand von 0,25 sm von einem schwingenden Gegenstand mit.bekannter Verschiebung angeordnete EIe "bekannte Verschiebung kann beispielsweise G?025 sein,, Das Potentiometer 134 der JSsnitterfolgerstufe 132 wird dann so eingestellt, daß die sinusförmige ikasgangs-For securing the circuit arrangement according to J? Ig. 3 becomes a metallic object at a distance of about. 0.51 mm from the collar of the cooling head 68. Thereafter, the "control resistance 94 of the oscillator? 0 is changed until aii of the EleBime 114 the voltage is 6 ¥" Then the sensor head 68 is located at a distance of 0.25 nm from a vibrating object with a known displacement "EIe" known displacement can for example G ? 025, the potentiometer 134 of the JS snitter follower stage 132 is then set so that the sinusoidal ikasgangs-
(mi Sj) (ο) /CJ
U O Ό © (mi Sj) (ο) / CJ
UO Ό ©
Schwingung eine Amplitude von 24-0 mV effektiv hat. Nach dieser Vorbereitung wird der Fühlerkopf 68 auf einen Abstand von 0,76 mm von dem schwingenden Gegenstand mit konstanter Verschiebung abgerückt. Der Gegenstand wird nun 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 statischen Abstand von 0,25 bis 0,76 mm eine Ausgangsamplitude von 24-0 mV effektiv für eine Verschiebung von 0,025 mm von Spitze zu Spitze zu erhalten.Oscillation has an amplitude of 24-0 mV effective. To in this preparation the probe head 68 is placed at a distance of 0.76 mm from the vibrating object moved away with constant displacement. The object will now vibrate again with a shift of Tip. Offset from tip by 0.025 mm. The potentiometer 126, which is connected to the input of transistor 120, is now set so that the sinusoidal output oscillation again has an amplitude of 240 mV effective. This procedure is repeated to switch between a static Distance of 0.25 to 0.76 mm an output amplitude of 24-0 mV rms for a displacement of 0.025 mm from Get tip to tip.
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 po4ssitiven Temperaturkoeffizienten. Sein Widerstand über 1760G ist etwa &?'■% größer als bei 240O. 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 Ausgangsamplitude des Signals am Widerstand 144. Der Heißleiter 48 ist deshalb in fieihe mit der Spule 50 geschaltet und kompensiert, da er einen "negativen iDemperaturkoeffizienten hat, die durch Semperaturänderungen hervorgerufene Veränderung des Widerstandes der Spule 50.Referring again to Figure 2, it should be noted that the coil 30 is a small coil of copper wire. The electrical resistance of this copper wire has a positive temperature coefficient. Its resistance above 176 0 G is about &? '■% greater than at 24 0 O. The quality factor Q of the coil is inversely proportional to the resistance and decreases with increasing temperature. This of course causes a corresponding reduction in the sensitivity of the oscillator 70 and influences the output amplitude of the signal at the resistor 144. The thermistor 48 is therefore connected in series with the coil 50 and compensated for, since it has a "negative temperature coefficient, the change in temperature caused by changes in temperature Resistance of coil 50.
Der Heißleiter 4-8 hat im übrigen eine Exponentialcharakteristik. Dies bedeutet, daß sein Widerstand sich nicht linear mit der Temperatur ändert. Die Charakteristik kann jedoch d-urch die Parallelschaltung des Widerstandes 54- zum Heißleiter in eine lineare Charakteristik geändert v/erden. Der Widerstand des Heißleiters kann wie folgt ausgedrückt werden:The thermistor 4-8 also has an exponential characteristic. This means that its resistance does not change linearly with temperature. The characteristic can however, by connecting the resistor 54 in parallel to the NTC thermistor changed to a linear characteristic. The resistance of the thermistor can be expressed as follows will:
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Hierin bedeuten:Herein mean:
R =» Widerstand des Heißleiters,
e 3 Basis des natürlichen Logarithmus, 5A= eine Konstante des Heißleiters,
B » eine Konstante das Heißleiters, T a die absolute Temperatur.R = »resistance of the thermistor,
e 3 base of the natural logarithm, 5A = a constant of the thermistor, B »a constant of the thermistor, T a the absolute temperature.
Entsprechend dem Ohmschen Gesetz ergibt sich der Gesamtwiderstand B.^ der Elemente 48 und 54 wie folgt: ~ Β/ΦAccording to Ohm's law, the total resistance B. ^ of elements 48 and 54 results as follows: ~ Β / Φ
Rm -R m -
AeAe
wobei:whereby:
Widerstand des Widerstandes 54 und Widerstand des Heißleiters 48.Resistance of resistor 54 and resistance of thermistor 48.
Durch Auswahl eines Heißleiters 48 mit geeigneten Konstanten A und B (welche charakteristische Merkmale des Heißleiters sind) und durch Auswahl eines geeigneten Widerstandes 54 kann der Gesamtwiderstand Rm wie gewünscht umgekehrt linear gemacht werden.By selecting a thermistor 48 with suitable constants A and B (which are characteristic features of the thermistor) and by selecting a suitable resistor 54, the total resistance Rm can be reversed as desired can be made linear.
Die Punktion des Heißleiters 90 ist ähnlich, wobei der parallelgeschaltete Widerstand 98 ebenfalls dazu die»t, den Gesamtwidastand der beiden Elemente linear veränderlich zu machen. Wenn die Temperatur steigt und der Widerstand des Heißleiters 90 fällt, nimmt die negative Steuerspannung an der Basis des PHP-Transistors 72 ebenfalls ab. Hierdurch wird die Verringerung der inneren. Impedanz des Transistors 72 bei ansteigender Temperatur kompensiert.The puncture of the thermistor 90 is similar, with the parallel connected Resistor 98 also adds the »t, the total resistance of the two elements linearly variable close. As the temperature rises and the resistance of the thermistor 90 falls, the negative control voltage decreases at the base of the PHP transistor 72 also from. This will reduce the internal. Impedance of the transistor 72 compensated when the temperature rises.
sowohlas well as
Hach der Erfindung sind somit/Mittel für die KompensationAccording to the invention, there are / means for compensation
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von Veränderungen des Widerstandes der Spule 3OaIs auch für Veränderungen in der Empfindlichkeit des Oszillators selbst infolge von Temperaturschwankungen vorgesehen.of changes in the resistance of the coil 3OaIs too intended for changes in the sensitivity of the oscillator itself as a result of temperature fluctuations.
Die Erfindung ist zwar nur in Verbindung mit einer bestimmten Ausfuhrungsform beschrieben, sie kann aber auch in anderer Weise ausgeführt werden. So kann beispielsweise der im Oszillator befindliche Heißleiter 90 in das Rückkopplungsnetzwerk des Transistors 72 oder in den Speisekreis des Transistors einbezogen werden, wodurch ebenfalls die gewünschte Temperaturkompensation zu erreichen ist.The invention is described only in connection with a certain embodiment, but it can also be used in run in a different way. For example, the thermistor 90 located in the oscillator can be included in the feedback network of the transistor 72 or are included in the supply circuit of the transistor, whereby also the desired temperature compensation can be achieved.
PatentansprücheClaims
909831/0886909831/0886
Claims (13)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US69710968A | 1968-01-11 | 1968-01-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE1815677A1 true DE1815677A1 (en) | 1969-07-31 |
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ID=24799840
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| GB (1) | GB1248162A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1161131B (en) * | 1960-09-12 | 1964-01-09 | Bavaria Atelier Ges M B H | Process for the recording of optical-acoustic performances and preparation of such recordings |
| EP0385575A2 (en) * | 1989-03-02 | 1990-09-05 | Bently Nevada Corporation | Proximity sensor and method of making |
-
1968
- 1968-12-19 DE DE19681815677 patent/DE1815677A1/en active Pending
-
1969
- 1969-01-07 GB GB965/69A patent/GB1248162A/en not_active Expired
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1161131B (en) * | 1960-09-12 | 1964-01-09 | Bavaria Atelier Ges M B H | Process for the recording of optical-acoustic performances and preparation of such recordings |
| EP0385575A2 (en) * | 1989-03-02 | 1990-09-05 | Bently Nevada Corporation | Proximity sensor and method of making |
| EP0385575A3 (en) * | 1989-03-02 | 1991-08-28 | Bently Nevada Corporation | Proximity sensor and method of making |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1248162A (en) | 1971-09-29 |
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