DE1903736B2

DE1903736B2 - Schaltungsanordnung zum beruehrungslosen abtasten von bewegten metallischen gegenstaenden

Info

Publication number: DE1903736B2
Application number: DE19691903736
Authority: DE
Inventors: Günter 6230 Frankfurt. HOIj 37-28 Hahlganß
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1969-01-25
Filing date: 1969-01-25
Publication date: 1972-02-24
Also published as: DE1903736A1; FR2029095B1; FR2029095A1; GB1245733A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum berührungslosen Abtasten von bewegten metallischen Gegenständen, insbesondere solcher hoher Wirbelstromverluste, mit einem Oszillator, über dessen Schwingkreisspule in den Gegenständen Wirbel-Itröme induziert werden, die auf die Schwingkreisspule linter Dämpfung der Amplitude der Oszillatorschwin-{ung rückwirken, einem S'romkreis, der in Abhängigeit von der Amplitude des Oszillatorausgangssignals kei einer Bedämpfung des Oszillators die Schwingungsamplitude weiter verkleinert und bei einer Entdämp- lung weiter vergrößert, und einem Registrierstromkreis, (dessen Registrierorgan bei einem vorgegebenen Am- |>litudenwert der Schwingung betätigt wird.

Zum berühriingslosen Abtasten von bewegten metallischen Gegenständen, beispielsweise zum Zwecke tfcs Zählens von auf einem Förderband transportierten Teilen, ist bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, die einen im Rückkopplungskreis eines Oszillators liegenden Schwingkreis enthält, dessen Spule als Fühler verwendet wird. Das Feld der Schwingkreisspule induziert in den metallischen Gegenständen Wirbclströmc, die ihrerseits ein Magnetfeld erzeugen, das in der Spule einen dem eingeprägten Strom entgegengesetzten Strom induziert, wodurch die Impedanz dns Schwingkreises und damit die Stärke der Rückkopplung verändert wird. Die dadurch bedingten Änderungen des Oszillatorausgangssignals können zum Aussteuern eines Registrierstromkreises herangezogen werden. Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung wird die Abtastung mit der Spule eines zusammen mit einem Widerstand einen Spannungsteiler bildenden Schwingkreises vorgenommen. Der Spannungsteiler wird von einem Oszillator mit einer Spannung konstanter Frequenz gespeist. Gelangt bei einer solchen Anordnung in den Wirkungsbereich der Schwingkreisspule ein metallischer Gegenstand, so verändert sich die Impedanz des Schwingkreises und die an ihm abfallende Spannung, mit der ein Registrierstrorr.kreis angesteuert werden kann. Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung erfolgt die Abtastung unmittelbar mit der SchwingkreisspuTe eines Oszillators, der bei Vorhandensein eines metallischen Gegenstandes bedämpft und bei Abwesenheit eines Gegenstandes entsprechend unbedämpft schwingt. Die Änderungen des Oszillatorausgangssignals können zum Aussteuern eines Registrierstromkreises verwendet werden.

Allen diesen Schaltungsanordnungen ist gemeinsam, daß das Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten, vorgegebenen Signalpegels als Kriterium für das Vorhandensein eines Gegenstandes herangezogen wird. Im allgemeinen wird hi-.-rzu ein Schwellwertschalter, beispielsweise in der Form eines Schmitt-Triggers, vorgesehen, der bei einer bestimmten Amplitude des vom Oszillator oder Schwingkreis abgegebenen Signals einen Impuls an eine Registriereinrichtung, beispielsweise einen Zähler, abgibt. Bei geringen Ungleichmäßigkeiten der Bewegung des Gegenstandes oder bei Erschütterungen desselben kann es daher geschehen, daß die Amplitude des vom Oszillator oder Schwingkreis erzeugten Signals zwischen einem über und einem unter dem vorgegebenen Signalpegel liegenden Wert pendelt. Dies führt zu einer mehrmaligen Registrierung ein und desselben Gegenstandes und Jarnit zu Fehlmessungen.

Um dies zu vermeiden, wird bei der zuletzt beschriebenen Schaltungsanordnung der Arbeitspunkt des Oszillators in einen Bereich geringer Schwingneigung gelegt, so daß bei einer Bedämpfung des Oszillators die Schwingungen gänzlich abbrechen. Darüber hinaus setzen die Schwingungen bei Entfernen des Gegenstandes wegen der geringen Schwingneigung des Oszillators erst nach einer gewissen Zeit wieder ein, so daß eine Auslösung mehrerer Impulse im Schmitt-Trigger durch einen mit geringen Ungleichmäßigkeiten bewegten Gegenstand unterbunden ist. Da die Einstellung des erforderlichen Arbeitspunktes wegen der Toleranzen der benutzten Bauteile jedoch relativ schwierig ist und zudem Bauteile mit möglichst geringen Toleranzen verwendet werden müssen, sind derartige Abtastanordnurtgen für eine Großserienfertigung nicht oder nur unter hohen Herstellungskosten geeignet. Zudem ist die Anschwingsicherheit der in diesen Anordnungen verwendeten Oszillatoren für viele Anwendungszwecke ungenügend.

Des weiteren ist eine Schaltungsanordnung zur Umformung eines Drehwinkels in Impulse mit einem mittels eines speziell ausgebildeten Zackenrades bedämpfbaren Oscillator bekannt, bei dem die auf Pendelungen des Zackenrades beruhenden Fehlmessungen dadurch eliminiert werden, daß der dem Oszillator nachgeschaltete Schwellwertschalter je nach der Amplitude des Oszillatorausgangssignals einen Därnpfungswiderstand im Oszillatorschwingkreis wirksam oder unwirksam schaltet, und zwar so, daß bei einer durch das Zackenrad hervorgerufenen Ikdämpfung

der Schwingungsamplitude diese durch Einschalten des Dämpfungswiderstandes weiter verkleinert und bei einer Entdämpfung der Schwingiingsumplitude durch das Zackenrad die Schwingungsamplitude durch Abschalten des Dämpfungswiderstandes weiter entdämpft bzw. vergrößert wird. Diese Schaltungsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß zu ihrer einwandfreien Funktion ein speziell ausgebildetes Zackenrad erforderlich ist, was bedeutet, daß sie nur dort verwendet werden kann, wo eier Einsatz einei /ackenrades möglich ist. Infolgedessen ist sie zum berührungslosen Abtasten von irgendwelchen bewegten metallischen Gegenständen nicht geeignet. Zudem boitzi eine derartige Anordnung einen bauteiiaufwendigen Aufbau und benötigt einen nicht unerheblichen Platzbedarf.

Aufgabe der Erfindung ist e«, eine Schaltungsanordnung zum berührungslosen Abtasten von metallischen Gegenständen zu schaffen, die einen konstruktiv einfachen, eine Massenfertigung ermöglichenden Aufbau besitzt, einen geringen Platzbedarf benötigt und die einwandfreie Registrierung der Gegenstände auch bei ungleichmäßiger Bewegung und bei Erschütterungen der Gegenstände erlaubt. Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwingkreiskondensator des Oszillators zur Erzeugung eines von der Amplitude des Oszillatorausgangssignals abhängigen Rückkopplungsfaktors als kapazitiver Spannungsteiler mit mindestens einem vom Oszillatorausgangssignal steuerbaren kapazitiven Element, vorzugsweise einer Kapazitätsdiode, aufgebaut ist.

Bei einer Bedämpfung des Oszillators durch einen in uen Wirkungsbereich der Schwingkreisspule gelangenden metallischen Gegenstand tritt also eine Amplitudenverringerung des Oszillatorausgangssignals und damit eine Verminderung des Rückkopplungsfaktors ein, die eine weitere Verkleinerung des Osziliatorausgangssignals und damit eine weitere Rückkopplungsfaktoiverminderung zur Folge hat, so daß die Amplitude des Oszillatorausgangssignals innerhalb kürzester Zeit auf einen sehr kleinen Wert oder auch auf den Wert Null absinkt. Wird die Bedämpfung durch den metallischen Gegenstand aufgehoben oder wesentlich verringert, jO erhöht sich die Amplitude des Oszillatorausgangssignals entsprechend, und der Rückkopplungsfaktor vergrößert sich. Dies hat wiederum tin weiteres Ansteigen des Amplitudenwertes des Oszillatorausgangssignals und damit eine weitete Vergrößerung des Rückkopplungsfaktors zur Folge, bis schließlich der Anfangswert der Amplitude des Oszillatorausgangssignals wieder erreicht ist. Durch «Jie Verminderung des Rückkopplungsfaktors wird somit, wenn der metallische Gegenstand in den Wirkungsbereich der Schwingspulc gelangt ist. die Empfindlichkeit der Anordnung so stark herabgesetzt, daß Erschütterungen oder kleine Unregelmäßigkeiten in der Bewegung des Gegenstandes nicht mehr auf den Oszillatorausgang wirken können, wodurch eine hohe Mcßsichcrhcil erreicht wird.

Auf Grund des schnellen Absiukens und Ansteigens des Oszillatorausgangssignals kann dieses unmittelbar oder nahezu unmittelbar, d. h. insbesondere ohne Zwischenschalten eines Schwellwertschalters, beispielsweise in Form eines Schmitt-Triggers, zur Steuerung des Registrierstromkreises herangezogen werden. Da auch auf zusätzliche Mittel zur Beeinflussung der Schwingkreisspiile. wie Zackenräder od. dgl., verzichtet werden kann, führt die erlindimgsgemäße Maßnahme zu einem konstruktiv einfachen und platzsparenden Aufbau, der insbesondere eine Massenfertigung ermöglicht, Lind zu einer universell anwendbaren Abtastanordnung. So eignet sich die Schaltungsanordnung nicht nur zum Zählen von beispielsweise auf einem Förderband transportierten metallischen Gegenständen oder zur Längenmessung gestreckter

ίο metallischer Körper, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit unter der Schwingkreisspule hindurchgeführt werden, sondern auch als Geber für elektrische Drehzahlmesser oder elektrische Tachometer, wobei in diesen Fällen die Be- und Entdämpfung des Oszillators über ein pol rad form; «es Element, das auf der Welle sitzt, deren Drehzahl geoiessen werden soli, oder gar ein auf der Welle sitzendes handelsübliches Zahnrad, erfolgt.

Da die Steuerung des kapazitiven Elementes — dies

so kann ein spannungsabhängiger Kondensator, beispielsweise ein Kondensator mit einem Dielektrikum aus Bariumtitanat, sein oder vorzugsweise eine Kapazitätsdiode — im allgemeinen nicht, unmittelbar durch das hochfrequente Oszillatorausgangssignal vorgenommen werden kann, ist zwischen das kapazitive Element und den Oszillatorausgang am zweckmäßigsten eine Gleichrichterstufe mit einem niederohmigen Ausgang eingeschaltet. Dadurch läßt sich die Zeitkonstante des Steuerstromkreises klein halten.

Schließlich kann es empfehlenswert sein, zwischen den Oszillatorausgang und die Gleichr.'chterstufe eine Verstärkerstufe anzuordnen, wodurch bei entsprechender Dimensionierung derselben der Einfluß von am Ausgang oder in der Gleichrichterstufe oder im Registrierstromkreis auftretenden Belastungsänderungen auf den Oszillator wesentlich vermindert werden kann.

Es wird darauf hingewiesen, daß für die Ansprüche 2 und 3 nur Schutz in Verbindung mit dem Anspruch I begehrt wird.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung, die ein Schaltbild eines Ausführiingsbeispiels enthält, näher erläutert.

Die Schaltungsanordnung umfaßt einen Oszillator-Stromkreis I. eine der Verstärkung des Oszillatorausgangssignals dienende Verstärkerstufe II und eine hauptsächlich der Gleichrichtung des verstärkten Oszillatorausgangssignals dienende Gleichrichterstufe III. Darüber hinaus erfolgt in der Gleichrichterstufe III noch eine Leistungsverstärkung. Der nicht gezeichnete Regist/ierstrom kreis kann an die Ausgangsklemmen 3' 3" der Gleichrichterstufe III angeschlossen werden. Der Oszillatorstromkreis I enthält im wesentlichen einen Transistor Tr₁ und einen Parallelschwingkreis, der aus der Schwingkreisspule L iii/d einem Schwingkreiskondensator besteht, der als kapazitiver Spannungsteiler mit den Kapazitäten C₁ und C₂' aufgebaut ist, wobe^:

ist, mit C_n als Kapazität der Kapazitätsdiode, C₂ als Teilkapazität und C₃ als Koppelkapazität. Erfolgt der Anschluß der Schwingkreisspule jedoch über eine Leitung, so ist bei der Dimensionierung des Schwingkreises die Kapazität der Leitung zu berücksichtigen. Da uer Rückkopplungsfaktor des Oszillators proportional dem aus den Kapazitäten C, und CJ

gebildeten Teilerverhältnis des kapazitiven Spannungsteilers ist, kann durch Variation der Kapazität C_n, also durch Aussteuern der Kapazitätsdiode, der Rück kopplungsfaktor verändert werden. Die Ausgangsklemmen I' und I" des Os/illatorkreists I sind schließlich über eine an sich bekannte Verstärkerstufe II, die den Transistor Tr., enthält, an die GleichrichtersUlfe III angeschlossen, die im wesentlichen aus einem weiteren Transistor Tr₃ und einer Diode D besteht und deren positives Potential führende Ausgangsklemme 3' über einen Widerstand /?, mit der Kapazitätsdiode C₀ verbunden ist. Zur Einstellung des Schwingungseinsatzes und damit zur Kompensation unterschiedlicher Bauteiltoleranzen dient der Widerstand /?„.

Der Oszillator besitzt bei unbedämpftem Schwingkreis einen bestimmten Rückkopplungsfaktor und damit die Kapazitätsdiode C₀ eine bestimmte Kapazität, die von dem im Punkt P herrschenden Potential abhängt, das seinerseits von der Größe der Widerstände Ry und Λ, und von den Spannungen zwischen den Klemmen 3-3" und 3'—3", alio von der Betriebsspannung Un und der Ausgangsspannung abhängt. Wird nun durch einen sich an der Schwingkreisspule L vorbeibewegenden metallischen Gegenstand der Oszillator bedämpft, so sinkt die Amplitude des Oszillatorausgangssignals ab, und die Ausgangsspannung zwischen ilen Klemmen.V und 3" erhöht sich, wodurch sich das im Punkt P herrschende Potential und damit die Kapazität C_n im Sinne einer Riickkopplimgsfaktorverminderung ändert. Das hat eine weitere Erhöhung ties Potentials an dei Klemme 3' und damit eine Änderung des Potentials im Punkte P zu) I^-OIgC. so daß tier Rückkoppliingsfaktor weiter vermindert wird, bis schließlich der minimal gewünschte Rückkoppliingsfaktor erreicht ist. Die Empfindlich keit der Anordnung ist nunmehr so stark herabgesetzt, daß kleine Unregelmäßigkeiten in der Bewegung des Gegenstandes und damit geringe Entdämpfungen des Schwingkreises bzw. Oszillators nicht mehr auf den Oszillator- bzw. Gleichrichterausgang wirken und das Potential im Punkt P im Sinne einer Rückkopplungsfaktorerhöhung beeinflussen können. Bei einer stärkeren Entdämpfung dagegen, also wenn sich der metallische Gegenstand beispielsweise aus dem Wirkungsbereich der Schwingkreisspule entfernt, sinkt die

ao Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 3' --3" so weit, daß eine Änderung des Potentials im Punkt P und damit eine Änderung der Kapazität C₀ auftritt, wodurch sich der Rückkopplungsfaktor vergrößert. Dies führt zu einem weiteren Sinken der Spannung

»5 an den Klemnwn 3'--3" und zu einer weiteren Vergrößerung des Rückkopplungsfaktors, bis der Anfangszustand wieder erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

903 7363 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum berührungslose!! Abtasten von bewegten metallischen Gegenständen, insbesondere solcher hoher Wirbelstromverluste, mit einem Oszillator, über dessen Schwingkreisspule in den Gegenständen Wirbelströme induziert werden, die auf die Schwingkreisspule unter Dämpfung der Amplitude der Oszillatorschwingung rückuirken, einem Stromkreis, der in Abhängigkeit von der Amplitude des Oszillatorausgangssignals bei einer Bedämpfung des Oszillators die Schwingungsamplitude weiter verkleinert und bei einer Entdämpfung weiter vergrößert, und einem Registrierstromkreis, dessen Registrierorgan bei einem vorgegebenen Ar"plitudenwert der Schwingung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkondensator (C₀, C₁, C₂, C₃) des Oszillators (I) zur Erzeugung eines von ao der Amplitude des Oszillatorausgangssignals abhängigen Rückkopplungsfaktors als kapazitiver Spannungsteiler mit mindestens einem vom Oszillatorausgangssignal steuerbaren kapazitiven Element (C₀), vorzugsweise einer Kapazitätsdiode, aufgebaut ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine zwischen das kapazitive Element (C₀) und den Oszillatorausgang eingeschaltete Gleichrichterstufe (ΠΙ) mit einem niederohmigen Ausgang.

3. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 als Geber für elektrische Drehzahlmesser oder elektrische Tachometer.