DE19701262C2

DE19701262C2 - Verfahren zur Erkennung der Annäherung von vorbeilaufenden magnetischen Artikeln

Info

Publication number: DE19701262C2
Application number: DE19701262A
Authority: DE
Inventors: Kristann L Moody; Ravi Vig; P Karl Scheller; Jay M Towne; Teri L Tu
Original assignee: Allegro Microsystems LLC
Current assignee: Allegro Microsystems LLC
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: GB9700959D0; DE19701262A1; GB2309309A; GB2309309B; JP3315047B2; US5694038A; JPH1073452A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Annäherung von vorbeilaufenden magnetischen Artikeln. Ein derartiges Verfahren findet insbesondere Anwendung bei einem Hall-Wandler für eisenhaltige Zahnradzähne oder andere Magnetfeld/Spannungs-Wandler zur Erkennung der ansteigenden und abfallenden Zahnradzahnflanken eines eisenhaltigen Zahnrades, das in der Nähe rotiert. Das Verfahren findet insbesondere Anwendung bei einem Hall- Annäherungsdetektor mit einer automatischen Verstärkungsregelung in einem Hallspannungsverstärker.

Der Begriff "magnetischer Artikel" wird im Zusammenhang mit magnetischen Körpern, eisenhaltigen Körpern und anderen Körpern mit einem geringen magnetischen Widerstand verwendet, wobei ein solcher Körper eine Veränderung des magnetischen Umgebungsfeldes bewirkt.

Annäherungsdetektoren und automatische Verstärkungssteuerung bei solchen Detektoren sind vielfältig bekannt.

So zeigt z. B. die US 4,293,814 A einen Hall-Sensor zur Erfassung der Position einer Kurbelwelle, wobei allerdings keine automatische Verstärkungssteuerung erfolgt.

Ferner zeigt die US 4,185,265 A einen magnetischen Fahrzeugdetektor, bei dem aber ebenfalls keine automatische Verstärkungssteuerung erfolgt.

Aus der DE 36 05 995 A1 ist ein magnetischer Felddetektor mit induktivem Wandler bekannt, der eine automatische Verstärkungssteuerung benutzt, um eine herkömmliche einfache automatische Verstärkungssteuerung vom analogen Typ zu erzielen, bei der die Verstärkung des Verstärkers umgekehrt zu der Amplitude des eingehenden Signales verändert wird. Die Schleife der automatischen Verstärkungssteuerung umfaßt den induktiven Wandler.

Aus der DE 31 27 220 A1 ist ein induktiver Wandler bekannt, der eine automatische Verstärkungssteuerung mit einem Schaltkreis aus passiven Elementen verwendet.

Aus der DE 41 31 128 C1 ist ein Detektor bekannt, der einige der vielen Nachteile eines induktiven Wandlers kompensiert, bei dem aber keine Veränderung der Verstärkung des Verstärkers erfolgt, welche die Amplitude der verstärkten Wandlersignale beeinflussen würde.

Aus der JP 06313718 A ist ein Detektor bekannt, der einen magnetoresistiven Wandler verwendet und eine automatische Verstärkung vom Analogtyp vorgibt, durch die die Verstärkung des Verstärkers umgekehrt zu der Amplitude des eingehenden Signales mittels der Veränderung der Empfindlichkeit des Wandler umgekehrt zur Amplitude des Wandlersignales verändert wird.

Die JP 1-143916 (A) beschreibt einen Hall-Winkelsensor, bei dem allerdings keine automatische Verstärkungssteuerung erfolgt.

Die JP 2-307012 (A) beschreibt einen magnetischen Felddetektor, der als ein magnetischer Codierer verwendet wird und der einen einfachen herkömmlichen analogen Schaltkreis zur automatischen Verstärkungssteuerung umfaßt, durch welchen die Verstärkung des Verstärkers umgekehrt zu der Amplitude des eingehenden Signales verändert wird.

Schließlich ist in der US 5,542,283 A ein flankenaktivierter Hallspannungs- Annäherungsdetektor beschrieben, der die Erkennung von ansteigenden und abfallenden Flanken eines in der Nähe befindlichen rotierenden Zahnradzahns erlaubt. Dieser Annäherungsdetektor umfaßt einen Halldetektor in Form eines integrierten Schaltkreises, der an einem Magnetpol befestigt ist und einen Schaltkreis umfaßt zum Einfangen einer Flanke einer Hallspannung (z. B. entsprechend der Ankunft eines vorbeilaufenden Zahnradzahns) und zum kurzzeitigen Halten der nachfolgenden Spitzenspannung, der von einem Ausgangssignal erzeugt wird, das den Anfang der nachfolgenden Hallspannungsflanke mit einer entgegengesetzten Richtung (z. B. entsprechend der Ankunft eines Tals zwischen den beiden Zahnradzähnen) anzeigt. Der Hallspannungs-Halteschaltkreis umfaßt einen Kondensator und eine Schaltkreiseinrichtung zum kontrollierten Ableiten der Ladung aus oder in den Kondensator, um ein falsche Auslösung eines Komparators zu verhindern, der das Impulsausgangsignal erzeugt.

Die Haltespannung des Kondensators besitzt daher einen Abfall, der zu einem wachsenden Verlust der Haltegenauigkeit führt, wenn die Geschwindigkeit der passierenden Zahnradzähne geringer wird, und der Detektor hat folglich eine kleinste Zahnrad-Zahngeschwindigkeit, bei der eine genaue Erkennung möglich ist.

Die Annäherungsdetektoren nach dem Stand der Technik erzeugen ein Ausgangssignal mit einem logischen hohen Pegel, das die Ankunft und Annäherung eines vorbeilaufenden Artikels anzeigt und sie erzeugen eine Spannung mit einem niedrigen logischen Pegel, wenn der Artikel sich von dem Detektor entfernt. Der Übergang in der Detektorausgangsspannung von niedrig auf hoch wird normalerweise durch einen Komparator getriggert, der feststellt, wann die Wandlerspannung auf eine feste interne Schwellwertreferenzspannung angestiegen ist. Im Falle des vorstehend beschriebenen flankenaktivierten Detektors stellt der Detektor hingegen fest, wenn eine Wandler-Spannungsspitze gerade aufgetreten ist und die Wandler-Signalspannung um eine vorbestimmte inkrementale Spannung von dem Spitzenwert abfällt.

Die bekannten Annäherungsdetektoren mit festen Schwellwertspannungen erzeugen binäre Übergänge von einem logischen niedrigen Pegel auf einen logischen hohen Pegel (oder von einem hohen auf einen niedrigen Pegel) in dem Ausgangssignal, das die Ankunft eines magnetischen Artikels anzeigt. In der Praxis bleibt der geringste Abstand von vorbeilaufenden Artikeln (zum Teil auch als Luftspalt bezeichnet) nicht konstant.

Veränderungen in der Dimension des Luftspalts führen zu Verschiebungen in den aktuellen Abständen zwischen den ankommenden und sich entfernenden Artikeln, bei denen die Wandlerspannung die festen Schwellwerte übersteigen oder unter die Schwellwerte fallen. Dies führt zu einer verringerten Genauigkeit der Erkennung der vorbeilaufenden Artikel, so daß ihr Einsatz als Positionsdetektoren für vorbeilaufende Artikel wie Nocken oder Zahnradzähne nicht möglich ist.

Veränderungen im Luftspalt zwischen den vorbeilaufenden Artikeln und dem Wandler, die erkannt werden sollen, sind sowohl auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Detektors als auch auf die Eigenschaften der vorbeilaufenden Artikel und insbesondere auf die Temperaturabhängigkeit zurückzuführen.

Eine Folge ist die Ungenauigkeit der Detektion, die den Einsatz derartiger Detektoren für derart kritische Anwendungen wie in Zündverteilern für Verbrennungsmotoren nicht möglich macht. Die wichtigsten Gründe für diese Ungenauigkeit ergeben sich aus der Tatsache, daß die Amplitude der Hallspannung sich verändert, wenn die Zahnradzähne (Artikel) unterschiedliche ferromagnetische Eigenschaften von Zahn zu Zahn haben und/oder wenn wellenförmige Veränderungen in den Abständen (Luftspalte) zwischen den Zahnradzähnen und dem Detektor durch Exzentrizitäten des Zahnrades verursacht werden. Auch Veränderungen der Temperatur führen zu Veränderungen in der Dimension des Luftspalts und in der Empfindlichkeit des Wandlers und des Wandler-Spannungsverstärkers.

Ganz gleich, ob die Erkennung durch die Erfassung der Hallspannungsspitzen oder die Verwendung von Schwellwert-Spannungskriterien erfolgt, um die Ankunft eines vorbeilaufenden Artikels anzuzeigen, verringern Veränderungen in der mittleren Amplitude der Wandlerspannung die Genauigkeit der Positionserkennung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung der Annäherung von vorbeilaufenden magnetischen Artikeln vorzugeben, bei dem die Erkennung bei Geschwindigkeiten bis nahe Null möglich ist und eine binäre Ausgangsspannung erzeugt wird, in der die Übergänge exakter einem definitiv vorhersehbaren Punkt der Ankunft und einem definierten Punkt des Abgangs der vorbeilaufenden magnetischen Artikel im Hinblick auf den Wandler des Annäherungsdetektors entsprechen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des Annäherungsdetektors für magnetische Artikel gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die Wellenform des Hallspannungssignals (Hallwandlerspannungssignals) während des Durchlaufs von vier magnetischen Artikeln, die der Wellenform des Ausgangsspannungssignals V_P1, von dem PDAC1 überlagert ist.

Fig. 3, 4, 5, 6, 7 und 8 sind im gleichen Zeitmaßstab wie die Fig. 2 dargestellt.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Wellenform des Ausgangsspannungssignals V_N1 von der NDAC1 in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Wellenform der Ausgangsspannung Vout des Annäherungsdetektors von Fig. 1.

Fig. 5 zeigt eine Wellenform des Rücksetzsignals für den Zähler 17 in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1.

Fig. 6 zeigt eine Wellenform des Rücksetzsignals für den Zähler 27 in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1.

Fig. 7 zeigt eine Wellenform des Aktivierungssignals für den elektronischen N- Schalter 52 (Latch) in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1.

Fig. 8 zeigt eine Wellenform des Aktivierungssignals für den elektronischen P- Schalter 42 in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1.

Fig. 9 zeigt eine Wellenform des Hallspannungssignals (Hallwandlerspannungssignals) während des Durchlaufs von einigen magnetischen Artikeln, der die entsprechenden Ausgangssignale V_P2 und V_N2 von PDAC2 und NDAC2 in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1 überlagert sind.

Fig. 10, 11 und 12 sind in dem gleichen Zeitmaßstab wie die Fig. 9 dargestellt.

Fig. 10 zeigt eine entsprechende Wellenform der Ausgangsspannung Vout des Annäherungsdetektors von Fig. 1.

Fig. 11 zeigt eine entsprechende Ausgangssignalwellenform des Komparators 62 V_toobig in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1.

Fig. 12 zeigt entsprechende Wellenformen der binären Ausgangsspannungen von den ersten beiden Bits in dem Verstärkungszähler (G--Zähler) 67 des Annäherungsdetektors von Fig. 1.

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm eines zweiten Annäherungsdetektors für magnetische Artikel gemäß der Erfindung.

Fig. 14, 15, 16, 17 und 18 betreffen den Annäherungsdetektor von Fig. 13 und sind alle im gleichen Maßstab dargestellt.

Fig. 14 zeigt die Wellenform eines positiven Spitzenbereichs von Vsig, in dem die automatische Verstärkungsregelung (AGC) erfolgt.

Fig. 15 zeigt eine Wellenform des Binärsignals Vbig in dem AGC-Schaltkreis.

Fig. 16 zeigt die Wellenform des Binärsignals Vclk in dem AGC-Schaltkreis.

Fig. 17 zeigt die Wellenform des Binärsignals V_R in dem AGC-Schaltkreis.

Fig. 18 zeigt den Zählstand im Zähler 118, der die Verstärkung des Verstärkers 110 für nachfolgende Intervalle während der automatischen Verstärkungsregelung setzt.

Fig. 19 zeigt ein Blockdiagramm eines alternativen AGC-Schaltkreises, der in dem Annäherungsdetektor von Fig. 13 Verwendung findet.

Fig. 20 zeigt einen Schaltplan von einem R/2R-Digital/Analog-Wandler (DAC).

Fig. 21 zeigt ein Blockdiagramm 67 des als digitaler regelbarer Widerstand angeschlossenen DAC von Fig. 20, der wie der G-DAC 85 in den Fig. 1 und 19 und wie der G-DAC 112 in Fig. 13 eingesetzt wird.

Das Hallelement 10 von Fig. 1 hat einen Ausgang, der mit dem Eingang des Hallspannungsverstärkers 12 verbunden ist. Das Hallelement 10 kann an dem Pol eines nicht dargestellten Magneten befestigt sein, so daß die Hallspannung V_H und folglich die verstärkte Hallspannung Vsig bei der Ankunft eines eisenhaltigen Artikels ansteigt (oder abfällt). Wenn der Artikel sich entfernt, fallen V_H und Vsig ab (oder nehmen in Abhängigkeit von der Polarität des Magnetpols zu). Der Detektorschaltkreis von Fig. 1 kann alternativ dazu Verwendung finden, um magnetische Artikel, die ihrerseits magnetisiert sind, zu erkennen, wobei in diesem Fall das Hallelement nicht an dem Magnet befestigt sein muß.

Eine nicht dargestellte Feldplattenbrücke kann das Hallelement ersetzen. Und zwei Hallelemente, deren Ausgänge unterschiedlich mit dem Eingang des nicht dargestellten Hallspannungsgenerators verbunden sind, stellen einen zweiten alternativen Magnetfeldspannungs-Wandler dar. Die verstärkte Hallspannung Vsig wird von den übrigen Schaltkreisen in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1 beeinflußt, um ein binäres Rechteckwellen-Ausgangssignal V_out, zu erzeugen, das wie ein spiegelbildlicher Graf das Profil der passierenden Artikel reflektiert.

Die verstärkte Hallspannung Vsig wird an den positiven Eingang des ersten Komparators 14 über ein UND-Gatter 15 gelegt und wird auch an den positiven Eingang eines zweiten Komparators 16 gelegt. Die verstärkte Hallspannung Vsig wird ferner an den negativen Eingang eines anderen ersten Komparators 24 und an den positiven Eingang des anderen zweiten Komparators 26 gelegt.

Unter der Annahme, daß der Zähler 17 an einem Startpunkt den Zählstand von Null hat, beginnt der Zähler das Zählen der Taktimpulse von dem Taktgeber 18, wenn der Ausgang des ersten Komparators einen binär hohen Pegel annimmt. Der resultierende Zählstand wird an einen Digital/Analog-Wandler (PDAC1) 20 weitergegeben, der eine analoge Ausgangsspannung V_P1 erzeugt, die immer etwa innerhalb des Bereichs von Null bis zu der Versorgungsgleichspannung +Vreg liegt. In jedem Augenblick ist die Amplitude von V_P1, eine direkte lineare Funktion des Zählsignals von dem Zähler 17. Wenn zuerst der Detektorschaltkreis mit Energie versorgt wird, erfaßt ein nicht dargestellter logischer Block den Zeitpunkt, zu dem die Versorgungsgleichspannung +Vreg eingeschaltet wird und setzt die Zähler auf den Zählstand Null zurück.

Der Komparator 14 hat Hysteresen und ist daher ein Schmitt-Komparator. Der Ausgang des DAC 20 (PDAC1) ist mit dem negativen Eingang des Komparators 14 derart verbunden, daß der Komparatorausgang einen binär hohen Pegel immer dann annimmt, wenn Vsig größer als die Spannung V_P1 zuzüglich der kleinen Hysterese-Schwellenwertspannung V_P1 des Komparators 14 wird. Falls zu diesem Zeitpunkt Vout niedrig ist, wird der Ausgang des UND-Gatters 15 hoch und der Zähler 17 wird aktiviert und beginnt zu zählen. Wird Vsig weiter positiv, so wird V_P1 gezwungen, Vsig nach Art einer Treppenstufe zu folgen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die inkrementalen vertikalen Auslenkungen der stufenförmigen V_P1 sind so groß wie Vreg/2ⁿ, wobei n die Anzahl der DAC-Bits ist. Die inkrementalen horizontalen Zeitabschnitte ^Δt1 nehmen zu, wenn die Steigung von Vsig abnimmt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, stoppt der Zähler 17 das Zählen zum Zeitpunkt t_pp1, wenn eine positive Spitzenspannung von Vsig erreicht ist, und V_P1, hält diese Spitzenspannung bis zum Zeitpunkt t_ppk. Zum Zeitpunkt t_ppk fällt Vsig einen Betrag Vhys unter die Haltespannung V_P1, der gleich dem Schwellenwert des Komparators 16 ist, und der Ausgang des Komparators 16 nimmt einen logisch hohen Pegel an, wobei das Flipflop 33 in Kürze gesetzt wird, so daß Vout von einem niedrigen logischen Pegel auf einen hohen Pegel übergeht, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Vout wird an den Rücksetzeingang des Zählers 17 über einen Verzögerungsschaltkreis 29 angelegt, wobei der Zählstand im Zähler 17 auf Null zum Zeitpunkt t_ppk (Fig. 5) solange wie das Rückstellsignal V_Preset logisch 1 ist zurückgesetzt und gehalten wird; so bleibt auch V_P1 für diese Zeitdauer Null Volt. Bei einem nachfolgenden positiven Impuls in dem Signal Vsig beginnt V_p1 wieder den nachfolgenden positiven Impuls bis zu seiner Spitze abzutasten und die neue Spitzenspannung zu halten. Das Rücksetzsignal (Fig. 6) setzt den Zähler 27 zum Zeitpunkt t_npk solange wie das Rücksetzsignal V_Nreset logisch 1 ist zurück und hält diesen zurückgesetzt.

Ein unterer (N) Schaltkreisbereich in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1 spiegelt im wesentlichen den Aufbau des oberen (P) Bereichs wieder, der oben beschrieben wurde. Der untere Schaltkreisbereich verändert die negativen Impulse in Vsig in derselben Weise, wie der obere Bereich die positiven Impulse in Vsig verändert. Wenn beispielsweise eine negative Spitzenspannung von Vsig erreicht ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist, stoppt der Zähler 27 beispielsweise das Zählen zum Zeltpunkt t_np1, und V_N1 hält diese Spitzenspannung bis zum Zeitpunkt t_npk. Zum Zeitpunkt t_npk fällt Vsig um einen Betrag Vhys unter die Haltespannung V_N1, der gleich dem Schwellenwert des Komparators 26 ist, und der Ausgang des Komparators 26 nimmt einen logisch hohen Pegel an, um das Flipflop 33 zurückzustellen, so daß Vout von einem logisch hohen auf einen niedrigen Pegel übergeht, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Der Teil des oben beschriebenen Annäherungsdetektors von Fig. 1 arbeitet in einem digitalen Spitzenerkennungsmodus. Ein derartiger Detektor ist Gegenstand einer Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln bei Geschwindigkeiten bis nahe Null", die von dem gleichen Anmeldern wie die vorliegende Anmeldung zeitgleich eingereicht wurde. Diese Anmeldung beschreibt den Annäherungsdetektorschaltkreis und dessen Betrieb ausführlicher. Auf diese Anmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen.

Der Rest des Schaltkreises in Fig. 1 betrifft die Schaltanordnung für den automatischen Verstärkungsregelungsschaltkreis der Hallspannung.

Die Zählsignale von den Zählern 17 und 27 werden auch über die elektronischen Schalter (Latch) 42 und 52 jeweils an die PDAC2 44 und NDAC2 54 angelegt.

Der elektronische P-Schalter 42 und N-Schalter 52 werden durch die Signale V_P1atch, (Fig. 7) und V_N1atch (Fig. 8) von einem Generator (shot generator) 41 bzw. 51 aktiviert (enabled). Die Generatoren 41 und 51 werden jeweils durch einen Übergang in dem Signal Vout von einem logisch niedrigen auf einen hohen Pegel und durch einen Übergang in Vout (Fig. 4) von einem logisch hohen auf einen niedrigen Pegel getriggert. Die Ausgangssignal V_P2 und V_N2 von PDAC2 und NDAC2 sind in Fig. 9 so dargestellt, wie sie einander und Vsig entsprechen, und Vout ist in Fig. 10 im gleichen Maßstab dargestellt.

Der Ausgang der Komparatoren 24 und 26 nimmt zur Rekapitulation nur dann einen logisch hohen Pegel an, wenn Vsig negativ wird. Folglich treten nur dann Veränderungen des Zustandes in den Signalen von UND-Gatter 25, Zähler 27, NDAC1 30, Schalter 52, NDAC2 54, Puffer 58 und Fensterkomparator 56 auf, wenn Vsig negativ wird. Die oberen (P) und unteren (N) Bereiche des Schaltkreises teilen sich die Takteinheit 18, den Rücksetzverzögerungsschaltkreis 39 und das NOR Gatter 50. Fig. 3 zeigt, daß das Einfangen von Vsig zu einem Zeitpunkt t_ppk beginnt, zu dem ein Übergang in Vout von einem logisch niedrigen auf einen hohen Pegel auftritt.

Die Zähler 17 und 27 zählen nur aufwärts. Es sei bemerkt, daß die Referenzgleichspannungen +Vreg und Masse mit NDAC1 30 und NDAC2 54 im Hinblick auf diejenigen Verbindungen mit PDAC1 20 und PDAC2 44 invers verbunden sind; daher geht der Ausgang V_N1 von der NDAC1 30 mit zunehmendem Zählstand im Zähler 27 nach unten, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Alternativ können sowohl der NDAC's 30 als auch der NDAC's 54 wie die PDAC's 20 und 44 mit den Referenzgleichspannungen verbunden sein, wenn es sich bei dem Zähler 27 um einen Zähler handelt, der von einem maximalen Zählstand nach unten zählt. Die Zähler 17 und 27 sind derart ausgebildet, daß sie nicht überlaufen, so daß das Umschalten des Zählstandes vermieden wird, wenn der maximale Zählstand überschritten ist. Die Signale V_P2 und V_N2 werden über die Pufferstufen 48 und 58 an die beiden Eingänge eines Differenzverstärkers 60 mit fester Verstärkung gelegt. Das Ausgangssignal VPP des Verstärkers 60 ist die Differenzspannung zwischen VP1 und VN1, die im wesentlichen dem Wert von Vsig von Spitze zu Spitze gleich ist. Wie Vsig zunimmt, wird Vsig von Vpp eingefangen (Fig. 9).

Das Signal Vpp wird an den einen Eingang eines Komparators 62 gelegt. Eine Referenzspannung V_TG wird an den anderen Komparatoreingang 62 gelegt. Wenn Vpp V_TG überschreitet, nimmt das Ausgangssignal V_toobig des Komparators 62 einen logisch hohen Pegel an. Wenn V_TG kleiner als Vpp ist, hat V_toobig einen logisch hohen Pegel.

Der Hallspannungsverstärker 12 umfaßt eine Verstärkerstufe 65 mit einer festen Verstärkung; einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung, der aus einem Digital/Analog-Wandler G-DAC 67, zwei Widerständen 71 und 73 und einem Operationsverstärker 69 besteht; und einen Verstärker mit einer stufenweise einstellbaren Verstärkung, der aus einem Operationsverstärker 75 besteht; drei Widerstände 77, 79 und 81 und einem Schalter 83.

Ein Zähler 85 ist ein Vorwärts-Zähler, der nach Erreichen des maximalen Zählstandes nicht umschlägt und hat einen mit dem G-DAC 67 verbundenen Zählausgang. Das Signal Vout wird durch den Inverter 87 invertiert, und der Zähler 85 zählt die positiven Übergänge in dem invertierten Signal Vout. G- DAC 67 ist intern als ein digital programmierbarer Widerstand verschaltet, der einen maximalen Widerstand hat, wenn der Eingangszählstand des DAC Null ist. Dieser G-DAC-Widerstand in Parallelschaltung mit dem Widerstand 70 setzt den gesamten Eingangswiderstand an dem Operationsverstärker 69 auf seinen höchsten Wert bei einem Zählstand von Null, was die Verstärkung des Verstärkers auf ihren niedrigsten Wert setzt.

Wenn die erste positive und negative Auslenkung in Vsig ein Signal Vpp1 (Fig. 9) erzeugt, das geringer als die Referenzspannung V_TG ist, nimmt das Signal V_toobig einen logisch niedrigen Pegel an und aktiviert den Zähler 85 über das invertierende NOR-Gatter 89. Der Zähler 85 antwortet durch das Aufwärtszählen um einen Impuls bei dem nächsten positiven Übergang in dem invertierten Signal Vout, wie Fig. 12 zeigt. Dies führt zu einem einzelnen Inkrement der Verstärkungszunahme, wie in Fig. 9 dargestellt ist, wobei Vpp1 auf Vpp2 anwächst und Vsig im Zeitbereich von t₁ bis t₂ langsam in der Amplitude zunimmt. Dieses Verfahren des Testens der Amplitude von (Vpp und Vsig) gegenüber einem Zielreferenzwert V_TG und des Einstellens der Verstärkung ein Inkrement nach oben, wenn der Zielwert noch nicht erreicht ist, dauert so viele Perioden in Vsig (und Vout) an, wie es erforderlich ist, die Amplitude von Vsig von Spitze zu Spitze auf den Zielwert V_TG zu setzen.

Wenn der Zielwert erreicht oder überschritten ist, nimmt V_toobig einen logisch hohen Pegel an (Fig. 11), so daß der so deaktivierte Zähler 85 nicht mehr weiterzählt, wie in Fig. 12 dargestellt ist, und die Verstärkung des Verstärkers danach fest (z. B. zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ in Fig. 9) bleibt (bis der Detektor ausgeschaltet worden ist und wieder gestartet wird).

Wenn die ersten positiven und negativen Auslenkungen in Vsig ein Signal Vpp1 (Fig. 9) erzeugen, das größer als die Referenzspannung V_TG ist, nimmt das Signal V_toobig einen logisch hohen Pegel an, um den Zähler 85 über das invertierende NOR-Gatter 89 zu deaktivieren und den D-Eingang des Flipflops 91 auf einem logisch hohen Pegel zu halten.

Der Zähler 93 ist ein Serienzähler, der einen Ausgang aufweist, an dem das Signal einen logischen Pegel von Null hat, bis der Zähler zwei (im allgemeinen einige wenige) positive Auslenkungen in dem invertierten Signal Vout gezählt hat, wobei zu diesem Zeitpunkt der Inverterausgang 87 einen logisch hohen Pegel annimmt und durch den hohen Pegel an dem D-Eingang des Flipflops 91 zu dem Flipflop Ausgang Q taktet.

Dieses Takten eines Signals mit logisch hohem Pegel durch das Flipflop 91 tritt dann auf, wenn das nichtinvertierte Signal Vout (Fig. 10) einen logisch niedrigen Pegel annimmt. Nach den ersten zwei Perioden in Vsig, schließt der Schalter 83, um den Rückkopplungswiderstand 81 anzuschließen, der die Verstärkung des aus dem Operationsverstärker 75 und den Widerständen 77 und 79 bestehenden Verstärkers verringert. So kann z. B. die Verstärkung des Operationsverstärkers um einen Faktor 4 verringert werden, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 12 um einen Faktor 4 reduziert wird.

Auf diese Weise wird während der ersten beiden positiven Impulse in der Wandlerspannung Vsig bestimmt, ob die Spannung von Vsig (Vpp) von Spitze zu Spitze zu groß in bezug auf die Zielreferenzspannung V_TG ist. Falls diese nicht zu groß ist, wird der G-Zähler (durch Signal V_toobig) aktiviert, wobei der Widerstand von G-DAC 67 sofort abnimmt und die Verstärkung dieser zählabhängigen Verstärkungsstufe auf den Zielwert ansteigt, an dem sie dann verbleibt.

Aber falls während der ersten beiden positiven Impulse in der Wandlerspannung Vsig (entsprechend dem Passieren von zwei magnetischen Artikeln) festgestellt wird, daß die Spannung (Vpp) von Vsig von Spitze zu Spitze zu groß in Bezug auf die Zielreferenzspannung V_TG ist, wird dann nach zwei Impulsen in Vsig die Gesamtverstärkung des Verstärkers 12 um den Faktor 4 verringert und die zählabhängige Verstärkungsstufe bringt den Wert von Vsig von Spitze zu Spitze nach oben auf den Zielwert.

Der Zähler 93 ist ein serieller Vorwärtszähler von der Art, die nicht umschlägt. Er zählt nur vorwärts und wird nicht zurückgesetzt, bis er außer Betrieb gesetzt wird und wieder mit Energie versorgt wird. Der Zähler 93 schafft einen zweiten seriellen Zählausgang, der bei einem größeren Zählstand von 16 Auslenkungen (Impulsen) in Vsig (oder Vout) einen logisch hohen Pegel annimmt. Der x16-Ausgang hat einen logisch niedrigen Pegel bis der Zählstand 16 erreicht ist. Ein hohes Ausgangssignal von dem x16-Ausgang des Zählers 93 bei einem Zählstand von 16 deaktiviert den G-Zähler 85, um zu begrenzen, wieviele (z. B. 16) Perioden in Vsig (z. B. negativ verlaufende Auslenkungen in Vsig und/ oder Vout) mit dem G-Zähler 85 gezählt werden können, um die Verstärkung einzustellen. Das gleiche kann aber auch mit dem Zählen der positiv verlaufenden Auslenkungen erreicht werden.

Die Aufgabe der Einrichtung einer automatischen Verstärkungseinstellung für nur einige wenige der ersten Impulse in Vsig nach dem Einschalten der Versorgungsspannung +Vreg und dem Starten der Erkennung der passierenden Artikel, liegt darin, einen optimalen Wandlerspannungsverstärkungsfaktor für die Startbedingungen zu erhalten und die Verstärkung danach konstant zu halten, um inkrementale Verschiebungen in dem aktuellen Abstand der ankommenden Artikel zu vermeiden, bei welchem ein entsprechender Übergang in Vout auftritt. Wenn die Verstärkungsänderungen einsetzen, verursachen kontinuierlich häufige Verschiebungen in dem Abstand der ankommenden Artikel ein Flattern in den Vout-Übergängen.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Verstärkung des Verstärkers 12 während der ersten 16 Perioden in Vsig (entsprechend dem Durchlauf der ersten 16 magnetischen Artikel) eingestellt und danach festgehalten, wobei eine erste schnelle Anfangsverstärkungseinstellung geschaffen wird, nach der keine weiteren Einstellungen mehr erfolgen. Dieses Merkmal kommt insbesondere in einem Annäherungsdetektor zum Tragen, der in dem Zündsystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird, wobei alle Einstellungen der Verstärkung nur während des Starts der Kurbelwelle erfolgen. Während des nachfolgenden Ladens und Laufens des Motors ist es erforderlich, jegliche Änderungen des Zündzeitpunkts zu vermeiden, die zu einer Veränderung in der Amplitude von Vsig führen würden, und daher wird die Verstärkungseinstellung gerade nach dem Start beendet.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß dann, wenn gerade zwei Artikel vorbeigelaufen sind, bestimmt wird, ob das Signal zu groß ist, und falls dies der Fall ist, wird die Verstärkung des Verstärkers 12 um einen großen Faktor verringert, nämlich in diesem Ausführungsbeispiel um den Faktor 4. Und während des Durchlaufs der folgenden 16 Artikel wird die Verstärkung auf der Basis der größten Spitzenamplitude in dem Wandlersignal V_H nach oben eingestellt, so daß diese größte Spitzenamplitude bei einem vorbestimmten Zielwert liegt. Diese Zielamplitude befindet sich gerade innerhalb des dynamischen Bereichs des Verstärkers 12, wobei die Abschneidung des Signals vermieden wird, während zur selben Zeit ein großes Signal Vsig mit Spitzen erzeugt wird, die gerade unterhalb des Zielwertes V_TG liegen, um die Genauigkeit der Erkennung zu erhöhen.

Es wird auf die zweite Ausführungsform des Annäherungsdetektors mit Verstärkungsregelung in Fig. 13 Bezug genommen. Der Ausgang des Hallwandlers 10 ist mit dem Hallspannungsverstärker 65 mit der festen Verstärkung verbunden, der wiederum mit dem Eingang der digital gesteuerten Verstärkungsstufe verbunden ist, die aus einem Digital/Analog-Wandler G- DAC 112, zwei Widerständen 113 und 114 und einem Operationsverstärker 115 besteht.

Bei dem Zähler 118 handelt es sich um einen Rückwärtszähler, der auf seinen maximalen Zählstand von einem logischen Block 119 nur dann zurückgesetzt wird, wenn der Annäherungsdetektor gestartet wird, nämlich wenn +Vreg eingeschaltet wird. Der Zähler 118 schlägt nicht nach dem unwahrscheinlichen Ereignis um, daß der Zähler den Zählstand Null erreicht hat. Die positiv verlaufenden Übergänge in dem Taktsignal Vclk entsprechen jeweils dem Durchlauf der magnetischen Artikel durch den Wandler 10, wie nachfolgend beschrieben wird.

G-DAC 112 ist intern als ein digital programmierbarer Widerstand verschaltet, der einen maximalen Widerstand hat, wenn der Eingangszählstand an dem DAC Null ist. Dieser G-DAC-Widerstand setzt in Parallelschaltung mit Widerstand 113 den gesamten Eingangswiderstand R_in an dem Operationsverstärker 69 auf seinen höchsten Wert, wenn der Zähler 118 den höchsten Zählstand erreicht hat. Die Verstärkung von diesem digital gesteuerten Verstärker ist R₁₁₄/R_in, und beim maximalen Zählstand, wenn R_in seinen kleinsten Wert hat, ist der Verstärkungsfaktor am größten.

Die verstärkte Hallspannung Vsig wird an den einen Eingang des Komparators 130 gelegt, und eine Referenzgleichspannung V_HI wird mit dem anderen Eingang des Komparators 130 verbunden. Wenn eine positive Auslenkung in Vsig die Referenzspannung V_HI erreicht, wie in Fig. 14 dargestellt ist, nimmt das Signal Vbig (Fig. 15) am Ausgang des Komparators 130 zum Zeitpunkt t₁ einen logisch hohen Wert an. Dies führt dazu, daß der Ausgang Vclk (Fig. 16) des elektronischen Schalters der kreuzweise gekoppelten NOR Gatter 131 und 133 einen logisch hohen Pegel annimmt, und der Zählstand in dem Zähler 118 verringert sich um 1. So nimmt der Widerstand des G-DAC 112 bei t₁ um einen inkrementalen Betrag zu, die Verstärkung des Verstärkers 110 nimmt um einen entsprechenden inkrementalen Betrag ab und es ist ein inkrementaler Abfall in der Spannung Vsig zu verzeichnen, der zum Zeitpunkt t₁ auftritt.

Aber der inkrementale Abfall in Vsig bei t₁ bringt die Amplitude von Vsig unter V_HI und Vbig nimmt fast gleichzeitig einen logisch niedrigen Pegel an, wie in Fig. 15 dargestellt ist. Daher ist nur eine schmale hohe Spitze in dem Signal Vbig bei t₁ zu verzeichnen, wie Fig. 15 zeigt. Das Signal Vclk läuft durch den Verzögerungsschaltkreis 134 (z. B. eine 5 µsec-Verzögerung), und 5 µsec nach t₁ nimmt das Rückstelleingangssignal V_R (Fig. 17) am NOR Gatter 133 einen logisch hohen Pegel an, um den NOR Gatter-Schalter zurückzusetzen.

Weil die Verstärkung im Verstärker 110 bei t₁ abgefallen ist, wird Vsig nach t₁ geringer verstärkt. Wenn Vsig wieder V_HI erreicht, nimmt Vbig einen logisch hohen Pegel an. Aber die Höhe in V_R (Fig. 17) hält die Rücksetzung des elektronischen Schalters bis zum Zeitpunkt t₂, zu dem die Höhe in Vbig den Schalter wieder setzen kann und die Verstärkung des Verstärkers 110 ein zweites Mal absenken kann. Diese Folge der Ereignisse wird bis zum Zeitpunkt t₄ wiederholt, Vsig bleibt unter der Referenzspannung V_HI. Die gestrichelte Gruppe V_noAGC in Fig. 14 zeigt die Wellenform der Auslenkung von Vsig, die auftritt, wenn die Verstärkung des Verstärkers 110 konstant gehalten wurde, d. h. eine automatische Verstärkungsregelung nicht erfolgt ist.

In Fig. 18 ist n der die Verstärkung setzende Zählstand im Zähler 118 vor dem Zeitpunkt t₁. Aufeinanderfolgende Zählstandabnahmen (n - 1) bis (n - 5) führen zu aufeinanderfolgenden Abnahmen des Verstärkungsfaktors. Wenn die nachfolgenden positiven Spitzen im Wandlersignal V_H sich nicht verändern, wird der die Verstärkung setzende Zählstand im Zähler 118 sehr wenig abfallen, wenn überhaupt. Es kann daher angenommen werden, daß der AGC- Vorgang (Vorgang einer automatischen Verstärkungsregelung) während des Auftretens der ersten positiven Auslenkung in Vsig nach dem Einschalten des Annäherungsdetektors im wesentlichen beendet ist.

Dies zeigt auch die Fähigkeit des Detektors von Fig. 13 mit einer Geschwindigkeit bis nahe Null vorbeilaufende magnetische Artikel zu zählen und gleichzeitig einen effektiven AGC-Vorgang und die entsprechenden Vorteile einer hohen Erkennungsgenauigkeit von der allerersten positiven Auslenkung in Vsig zu erhalten.

Der Detektor von Fig. 19 besteht aus dem Detektor von Fig. 13 mit dem Zusatz einer automatischen Verstärkungsregelung (AGC) einer negativ verlaufenden Auslenkung in Vsig. Obgleich der Detektor von Fig. 13 so die Verstärkung von Vsig und daher die Amplitude von positiven und negativen Spitzen darin regelt, ist es nicht ungewöhnlich, das Magnetfeld/Spannungs- Wandler asymmetrische Wellenformen in V_H erzeugen, und so ist es in dem Detektor von Fig. 13 möglich, in dem ein AGC-Vorgang nur auf den positiven Spitzen in Vsig basiert, daß negative Spitzen abgeschnitten werden.

Der AGC-Schaltkreis wird in Fig. 19 um einen zusätzlichen Komparator 140, einen neuen Referenzspannungsgenerator V_LO mit einer festen Gleichspannung, einen anderen elektronischen Schalter (Latch) von kreuzweise gekoppelten NOR-Gattern 141 und 143 und einen anderen Verzöerungsschaltkreis 144 erweitert.

Diese zusätzlichen Komponenten werden vorgesehen, um eine komplementäre Behandlung der Verstärkungseinstellung in bezug auf die negativ verlaufenden Auslenkungen in Vsig vorzusehen. Das hinzugefügte NOR Gatter 147 hat Eingänge, die mit den Ausgängen der beiden kreuzweise gekoppelten Schalter verbunden sind und erzeugt ein zusammengesetztes Taktsignal Vclk, das an den Eingang des Rückwärtszählers 118 angelegt wird. Wenn nun die erste positive Auslenkung in Vsig größer als V_HI ist, wird die Verstärkung nach unten eingestellt. Falls eine nachfolgende negativ verlaufende Auslenkung in Vsig noch geringer als V_LO ist, wird die Verstärkung nach unten eingestellt, so daß die Spitzen von beiden Polaritäten in Vsig innerhalb des Bereichs von V_LO bis V_HI liegen, und asymmetrische Wellenformen in V_H werden unabhängig von ihrer Größe mittels des AGC-Schaltkreises von Fig. 19 schnell in den dynamischen Betriebsbereich des Verstärkers gebracht.

Die DAC's 67 und 112 in den Fig. 1, 13 und 19 dienen im wesentlichen als digital gesteuerte Widerstände und können Gebrauch machen von den bekannten DAC's des Typs 2R/R, die verschaltet sind, wie in Fig. 20 gezeigt ist. Jede der drei in Fig. 20 oben gezeigten Widerstände haben einen Widerstand R, während die unteren vier Widerstände einen Widerstand von 2R haben. Die entsprechenden externen Leitungen von DAC 67 sind sowohl in dem gesamten Schaltkreis von Fig. 20 und dem in Form eines Blockdiagramms dargestellten DAC 67 in Fig. 21 gezeigt.

Eine Leitung 161 liegt an Masse, während die Leitungen 162 und 164 jeweils mit dem Ausgang des ersten Hallspannungsverstärkers 65 und dem Eingang des Operationsverstärkers 69 verbunden sind. Die vier Schalter 151, 152, 153 und 154 stellen elektronische Schalter dar, mit denen die vierstelligen Zählsignale D₀, D₁, D₂ und D₃ von dem Verstärkungszähler (z. B. 85) verbunden sind. Die Schalter 151, 152, 153 und 154 sind in Positionen dargestellt, in denen alle vier Stellen in dem Eingangszählsignal einen logisch hohen Pegel haben und die Widerstände zwischen den Leitungen 162 und 164 einen minimalen Wert haben. Der parallele Widerstand 113 ist nicht wesentlich. Der Widerstand 113 verringert zwar den minimalen Widerstand der Parallelschaltung am Eingang des Operationsverstärkers, aber von größerer Bedeutung ist, daß dieser den maximalen Operationsverstärker- Eingangswiderstand, d. h. den maximalen Widerstand R_in, verringert.

Wenn die G-DAC's an Masse liegen, werden diese digital gesteuerte Spannungsteiler, und der effektive Widerstand zwischen den Leitern 162 und 164 wird im wesentlichen eine lineare Funktion von dem digitalen Zählstand zu dem G-DAC 67, wenn R groß genug ist, daß der Widerstand zwischen den Anschlüssen 161 und 162 viel größer ist als die Ausgangsimpedanz des Hallspannungsverstärkers 65. Auf diese Weise ist der Verstärkungsfaktor eine lineare Funktion des Zählstandes.

Verschiedene mögliche Veränderungen des Annäherungsdetektors gemäß der Erfindung werden nun deutlich, von denen nachfolgend einige beschrieben werden.

Es ist ersichtlich, daß während des Einfangens durch V_P1, von Bereichen von Vsig mit positiver Steigung bei dem Annäherungsdetektor von Fig. 1, der Komparator 14, der Taktgeber 18, der Zähler 17 und PDAC1 20 zusammen einen Generator für ein Digitalsignal bilden, nämlich ein digitales Zählsignal an dem Ausgang des Zählers 17, das Vsig einfängt. Dieser digitale Signalgenerator ist ein Digitizer von dem Analogsignal Vsig, oder ist ein Analog/Digital-Wandler. Während des Abtastens durch V_N1 bilden Komparator 24, Taktgeber 18, Zähler 27 und NDAC1 30 zusammen einen Analog/Digital- Wandler, der ein Digitalsignal erzeugt, nämlich ein digitales Zählsignal an dem Ausgang des Zählers 27, das die negativ verlaufenden Bereiche von Vsig abtastet. Diese Bemerkungen gelten auch für Fig. 13. In den Annäherungsdetektoren gemäß der Erfindung können die Digital/Analog- Wandler auch aus anderen Schaltkreiseinrichtungen zusammengesetzt sein, als diejenigen, die hier gezeigt sind.

Beispielsweise kann der Verstärker mit der digitalen Verstärkungsregelung, der von den G-DAC's 67 und 112 Gebrauch macht, auch von den bekannten Verstärkern mit einer digitalen Verstärkungsregelung Gebrauch machen, in denen der G-DAC von einer Gruppe von parallel geschalteten Stromzweigen ersetzt wird, von denen jeder einen Widerstand und einen mittels eines Binärsignals gesteuerten Schalter enthalten.

Es ist ferner möglich (anstelle der Vorwärtszähler 17 und 27) ein Vorwärtszähler einzusetzen, der in Abhängigkeit von einem Signal mit einem hohen logischen Pegel von dem Komparator 14 bzw. 24 vorwärts oder rückwärts zählt. In diesem Fall findet nur ein DAC, z. B. PDAC1 20, Verwendung, dessen Ausgang jeweils mit dem positiven und negativen Eingang der Komparatoren 16 und 26 verbunden ist. Der Schaltkreisbereich in Fig. 1 zum Erzeugen des Signals V_toobig kann dann verändert werden, indem der Ausgang des Vorwärtszählers mit beiden elektronischen Schaltern 42 und 52 verbunden wird und indem diese Schalter während des Vorwärts- bzw. Rückwärtszählens aktiviert werden, wobei das Signal Vout als ein die Schalter aktivierendes Signal herangezogen werden kann.

Wie bereits erwähnt wurde, liegt die Aufgabe der Einrichtung einer automatischen Verstärkungseinstellung darin, für nur einige wenige der ersten Impulse in Vsig inkrementale Verschiebungen in dem aktuellen Abstand der sich näherenden Artikel zu vermeiden, bei deen entsprechende Übergänge in V_out auftreten. In Anwendungsfällen, wie Zündverteilern, tendiert der zeitliche Ablauf der Motorzündung dazu, kleine aber störende Sprünge in der Motorausgangsleistung zu verursachen. Wenn aber die Erkennungsgenauigkeit eine Bedingung ist, die nur wenig beachtet wird, ist es leicht möglich, daß den Zähler 93 (Fig. 1) oder 118 (Fig. 13) periodisch zurückzusetzen, um seltene Wiederherstellungen in der Verstärkung zu ermöglichen, z. B. jede Minute oder nach einer vorbestimmten Anzahl von detektierten Artikeln, die vorbeigelaufen sind. Eine kontinuierliche Verstärkungseinstellung ist natürlich auch eine andere Option, die z. B. in dem Detektor von Fig. 1 dadurch verwirklicht wird, daß das NOR Gatter 89 entfernt und das V_toobig-Signal direkt mit dem Aktivierungseingang des Zählers 85 verbunden wird.

Die Hallverstärker-Ausgangsspannung Vsig kann als ein Magnetfeld/Spannungswandlerausgang angesehen werden, wobei der Wandler ein Hallelement enthält. Die oben beschriebene AGC wird duch die Regelung der Verstärkung eines digital geregelten Hallverstärkers verwirklicht, der als ein Teil eines Wandlers angesehen werden kann. Aber es ist auch möglich, den Erregerstrom in dem Hallelement digital zu regeln, um eine AGC des zusammengesetzten Wandlers durchzuführen, z. B. indem von einem digital gesteuerten Spannungsregler Gebrauch gemacht wird, der für die Energieversorgung des Hallelements eingesetzt wird.

Durch mittels Computern erzeugte Modelle konnte festgestellt werden, daß die Annäherungsdetektoren der beschriebenen Art in der obigen unter dem Titel "Verfahren zum Erkennen von passierenden magnetischen Artikeln mit einer Geschwindigkeit bis nahe Null" eingereichten Patentanmeldung in vorteilhafter Weise kombiniert werden können mit denjenigen Annäherungsdetektoren, die in einer anderen zeitgleich eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln, wobei eine periodische Anpassung der Erkennungsschwellenwerte an die sich verändernden Amplituden des Magnetfeldes erfolgt" beschrieben ist.

Diese beiden Arten von Annäherungsdetektoren werden als "flankenaktivierte Annäherungsdetektoren" bzw. "Schwellenwert-Annäherungsdetektoren" bezeichnet. Ein flankenaktivierter Detektor wurde in vorteilhafter Weise in einer Computer-Modell-Simulation zusammen mit einem Schwellenwert- Detektor betrieben, so daß der flankenaktivierte Detektor, der einen Betrieb bis Geschwindigkeiten nahe Null ermöglicht. In dem Modell wurde der zusammengesetzte Detektor für ein kurzes Anfangszeitintervall nach dem Start in einem flankenaktivierten Modus betrieben, nachdem dieser automatisch in den Schwellenwert-Detektionsmodus überging.

Darüber hinaus wurde das Merkmal der automatischen Verstärkungsregelung, die Gegenstand dieser Erfindung ist und den Betrieb mit Geschwindigkeiten bis nahe Null ermöglicht, in einem flankenaktivierten Detektor eingesetzt, um die Verstärkung und den Pegel von Vsig nur am Anfang zu setzen. Die automatische Verstärkungsregelung wurde danach ausgesetzt, um weitere stufenweise Verschiebungen der Verstärkung zu verhindern, das Flattern und Instabilitäten in den Detektionsabständen der Ankunft und des Abgangs der magnetischen Artikel verursachen. Das Verfahren der automatischen Verstärkungsregelung gemäß der Erfindung ist insbesondere wegen seiner schnellen Verstärkungseinstellung und seiner unverminderten Detektionseffizienz bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten hervorragend für einen derartigen Einsatz am Anfang in einem derartigen zusammengesetzten Annäherungsdetektor geeignet.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung der Annäherung von vorbeilaufenden magnetischen Artikeln mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Erfassen eines Umgebungsmagnetfeldes und Erzeugen einer Spannung V_H mit einer Amplitude, die in direktem Bezug zu dem Magnetfeld steht,
b) Verstärken der Spannung V_H in einem Verstärker mit digitaler Verstärkungsregelung, um ein verstärktes Signal Vsig zu erzeugen, wobei der Verstärker einen unidirektionalen Digitalzähler umfaßt und eine Verstärkung besitzt, die eine Funktion des Zählerstandes des Digitalzählers ist,
c) Vergleichen der Amplituden der Auslenkungen von wenigstens einer Polarität in Vsig mit einem vorbestimmten Zielwert,
d) Erzeugen eines Binärsignals Vbig, das von einem logischen Pegel auf einen anderen jedesmal dann übergeht, wenn der Verlauf des Spitzenwertes der wenigstens einen Polarität in Vsig den Zielwert nicht überschreitet,
e) Anlegen des Binärsignals an den Verstärker mit digitaler Verstärkungsregelung und, wenn Vbig von dem einen auf den anderen logischen Pegel übergeht, Verändern des Zählerstandes des Digitalzählers um 1, um die Verstärkung des Verstärkers mit digitaler Verstärkungsregelung um ein vorbestimmtes Verstärkungsinkrement zu erhöhen, um die Spitzenwerte der einen Polarität in Vsig gegen vorbestimmten Zieklwert zu bringen, und
f) Erzeugen einer binären Annäherungsdetektoren-Ausgangsspannung Vout, die Übergänge von einer Polarität jedesmal dann hat, wenn die Auslenkungen von einer Polarität in Vsig den vorbestimmten Punkt darin erreichen.

2. Verfahren zur Erkennung der Annäherung von vorbeilaufenden magnetischen Artikeln mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Erfassen eines Umgebungsmagnetfeldes und Erzeugen einer Spannung V_H mit einer Amplitude, die in direktem Bezug zu dem Magnetfeld steht,
b) Verstärken der Spannung V_H in einem Verstärker mit digitaler Verstärkungsregelung, um ein verstärktes Signal Vsig zu erzeugen, wobei der Verstärker einen unidirektionalen Digitalzähler umfaßt und eine Verstärkung besitzt, die eine Funktion des Zählerstandes des Digitalzählers ist,
c) Vergleichen der Amplituden der Auslenkungen von wenigstens einer Polarität in Vsig mit einem vorbestimmten Zielwert,
d) Erzeugen eines Binärsignals Vbig, das von einem logischen Pegel auf einen anderen jedesmal dann übergeht, wenn der Verlauf des Spitzenwertes der wenigstens einen Polarität in Vsig den Zielwert überschreitet,
e) Anlegen des Binärsignals an den Verstärker mit digitaler Verstärkungsregelung und, wenn Vbig von dem einen auf den anderen logischen Pegel übergeht, Verändern des Zählerstandes des Digitalzählers um 1, um die Verstärkung des Verstärkers mit digitaler Verstärkungsregelung um ein vorbestimmtes Verstärkungsinkrement zu erhöhen, um die Spitzenwerte der einen Polarität in Vsig gegen vorbestimmten Zieklwert zu bringen, und
f) Erzeugen einer binären Annäherungsdetektoren-Ausgangsspannung Vout, die Übergänge von einer Polarität jedesmal dann hat, wenn die Auslenkungen von einer Polarität in Vsig den vorbestimmten Punkt darin erreichen.