DE19702059A1 - Amplifier for electronic sensors with sensing detector part for inductive proximity switches - Google Patents

Amplifier for electronic sensors with sensing detector part for inductive proximity switches

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Abstract

The amplifier contains the detector (1) and an electronic evaluator connected so that the detector part converts a physical magnitude into an electrical signal, processed by the evaluator for conversion into a usable analog or digital signal. An electric adjuster influences the amplification of the evaluator. The electric signal of the detector is supplied to a subtracting amplifier (2) so that it is coupled to it directly via a first branch, and via a digitally adjustable resistive network by a second branch, with the network containing a phase shift of 180 deg.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensorverstärker für elektronisch arbeitende Sensoren, mit einem sensorischen Erfassungsteil und einem elektronischen Auswertungsteil, wobei Erfassungsteil und Auswertungsteil in der Weise zu sammengeschaltet sind, daß das Erfassungsteil eine physika lische Größe in ein elektrisches Signal wandelt, das von dem Auswertungsteil weiterverarbeitet und in ein Nutzsignal analoger oder digitaler Art umgesetzt wird, mit einem elek trischen Stellglied, das die elektrische Verstärkung des Auswertungsteils beeinflußt. The invention relates to a sensor amplifier for electronically operating sensors, with a sensor detection part and an electronic evaluation part, said detection part and the evaluation part are sammengeschaltet in such a manner that the detecting member converts a physika metallic size into an electrical signal, further processed by the evaluation part and is converted into an analog or digital useful signal, of an elec tric actuator that affects the electrical gain of the evaluation part.

Sensorverstärker der eingangs genannten Art werden insbe sondere bei induktiven Näherungsschaltern verwendet. Sensor amplifier of the type mentioned are in particular sondere used with inductive proximity switches. Neuere Entwicklungen zielen darauf ab, den Schaltabstand eines induktiven Näherungsschalters erst dann festzulegen, wenn er bereits fertig produziert ist. Recent developments are aimed only set the switching distance of an inductive proximity switch when it is already finished produced. Dies ist nur möglich, wenn der Oszillator dieses Näherungsschalters durch ein von außen beeinflußbares elektrisches Stellglied, das innerhalb dieses elektronischen Näherungsschalters vorgesehen ist, verstellt wird. This is only possible when the oscillator of this proximity switch is adjusted by an externally manipulable electric actuator, which is provided within this electronic proximity switch. Diese Verstellung geschieht in der Regel in der Weise, daß in den Rückkopplungszweig des Oszillatorverstärkers ein gegriffen wird, in der Weise, daß in den Rückkopplungszweig des Oszillators geeignete Widerstände geschaltet werden. This adjustment is usually done in such a manner that a is gripped in the feedback branch of the oscillator amplifier, that appropriate resistors are connected in such a way in the feedback branch of the oscillator. In diesen Fällen wird mit einem variablen Rückkopplungsfaktor gearbeitet, so daß die Schwingbedingung für den Oszillator Rückkopplungsfaktor mal Verstärkung ist < 1 eingehalten wird. In these cases, working with a variable feedback factor so that the oscillation condition for the oscillator feedback factor times gain is maintained <first

Es sind auch Techniken bekannt geworden, bei denen bei solchen Schaltern nicht der Rückkopplungsfaktor sondern der Schwellwert für einen Schalter veränderlich einstell bar ist. It has become known in which at such switches not the feedback factor but the threshold for a switch is variable setting Adjustable and techniques.

Neben den og Anwendungen, die vor allem darauf abzielen, den Betriebszustand eines induktiven Näherungsschalters einmalig nachträglich festzulegen, werden zunehmend Anwen dungen gefordert, wo der Anwender selbst die Betriebszu stände eines elektrischen Sensors, z. In addition to the above applications, which mainly aimed to determine the operating condition of an inductive proximity switch once subsequently, appli cations are increasingly required where the user even the Betriebszu stands an electric sensor such. B. eines elektronischen Näherungsschalters, mit Hilfe einer programmierbaren Steuerung festlegen will. , Intends to establish with the help of a programmable controller as an electronic proximity switch. Für den Anwender ist es z. For the user, it is for. B. auch wünschens wert, durch die äußere Verstellung des Sensorverstärkers her auszufinden, ob der Sensorverstärker noch funktionstüchtig ist, oder ob bei Annäherung einer Metallfahne an einen in duktiven Näherungsschalter der eigentlich gewünschte Schalt punkt bald erreicht sein wird, dh es ist eine Vorinfor mation über das Erreichen eines bestimmten Betriebszustandes des Sensors erwünscht. As well as wishing worth figure out by the external adjustment of the sensor amplifier forth whether the sensor amplifier is functional yet, or whether will be reached when approaching a metal tab on one in inductive proximity switches actually desired switching point soon, that it is a Vorinfor mation about desired to achieve a specific operating state of the sensor.

Andere Anwender erwarten von einen elektronischen Sensor, daß er in Bezug auf die von ihm erfaßte physikalische Größe ein lineares elektrisches Signal abgibt, obwohl die meisten Zusammenhänge nicht linear sind. Other users expect from an electronic sensor, that it emits in terms of the detected physical quantity of it a linear electrical signal, although most relationships are nonlinear. Diese vielschichtigen An forderungen an einen elektronischen Sensor sind jedoch nur noch durch die Integration eines Mikroprozessors in den Sensorverstärker zu erfüllen. This multi-layered to requirements on an electronic sensor, however, are only through the integration of a microprocessor in the sensor amplifier to meet.

Das wesentliche Problem eines solchen beeinflußbaren Sensor verstärkers besteht in den Eigenschaften der Stellglieder, z. The main problem of such a sensor amplifier is influenced in the characteristics of the actuators, z. B. ihrem eigenen Temperaturgang oder ihrer mangelnden Ge nauigkeit, der das Sensorsignal verfälscht und daher seiner seits zu Meß- oder Erfassungsfehlern führt. As their own temperature sensitivity or their lack of accuracy Ge, who falsified the sensor signal and therefore in turn leads to measurement or detection errors.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Konstruktion eines Sensor verstärkers anzugeben, der ein von einem Mikroprozessor be einflußbares Stellglied aufweist, das durch seine eigenen Eigenschaften das von dem Sensorverstärker verarbeitete elek trische Signal nicht verfälscht und eine hohe Genauigkeit bei gleichzeitig niedrigem elektronischen Aufwand bietet. The object of the invention is to provide the construction of a sense amplifier which has a be a microprocessor einflußbares actuator not distorted by its own properties, the processed by the sensor amplifier elec tric signal and provides a high accuracy combined with a low electronic work.

Die Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The problem is solved by the features of claim 1. Bei einer Vielzahl elektronischer Sensoren läßt sich ihr elektrisches Signal näherungsweise durch einen wenig veränderlichen Grundwert und einen variablen Wert beschrei ben, der die wesentliche Information beinhaltet. In a variety of electronic sensors, its electrical signal can be approximately beschrei ben by a little changing the basic value and a variable value which includes the essential information. Erfindungs gemäß wird daher das elektrische Signal des Erfassungsteils eines Sensors einem subtrahierenden Verstärker in der Weise zugeführt, daß es in einem ersten Zweig direkt an den Ver stärker und in einem zweiten Zweig über ein digital einstellbares Widerstandsnetzwerk mit einer Phasenverschiebung von 180° gegenüber dem ersten Zweig an den Verstärker angeschlossen ist. Therefore, the electric signal of the detection part of a sensor is Inventions according supplied to a subtracting amplifier in such a manner that it in a first branch directly to the Ver stronger and in a second branch via a digitally adjustable resistor network with a phase shift of 180 ° with respect to the first branch is connected to the amplifier. Durch eine geeignete Dimensio nierung der elektrischen Bauteile ist es daher möglich, die wesentlichen Signalinhalte des Erfassungsteils über den zwei ten Zweig zu beeinflussen, so daß die Genauigkeit des ein stellbaren Widerstandsnetzwerkes voll zur Wirkung gelangen kann. By a suitable Dimensio discrimination of the electrical components, it is therefore possible to affect the essential content of the detection signal part over the two th branch, so that the accuracy of an adjustable resistance network may reach its full effect. Durch die Phasenverschiebung von 180° wird aus dem subtrahierenden Verstärker ein addierender Verstärker, so daß das Widerstandsnetzwerk die Verstärkung dieses Verstärkers beeinflußt. Through the phase shift of 180 ° is subtracted from the amplifier a addierender amplifier so that the resistance network will affect the gain of this amplifier.

Je nach Dimensionierung der elektrischen Bauteile über nimmt der Zweig 1 oder der Zweig 2 den größeren Anteil der Gesamtverstärkung des Sensorverstärkers. Depending on the dimensioning of the electrical components to the branch 1 or branch 2 receives the larger proportion of the overall gain of the sensor amplifier. Das Wider standsnetzwerk ist vorzugsweise als Digital-Analog-Um setzer mit R2R-Netzwerk ausgebildet. The counter is preferably designed as a digital-to-order setter with R2R network stood network. Dieses Netzwerk ist sehr temperaturunempfindlich und weist eine hohe Ge nauigkeit auf. This network is very temperature sensitive and has a high Ge on accuracy. Es hat insbesondere den Vorteil, daß sein Eingangswiderstand konstant ist so daß es direkt in einen zweiten Signalkreis eingefügt werden kann. It has the particular advantage that its input resistance is constant so that it can be directly inserted in a second signal circuit. Das Netzwerk ist direkt an die Datenleitungen eines Mikroprozessors anschließbar, was eine einfache Programmierung ermöglicht. The network is connected directly to the data lines of a microprocessor, which allows for easy programming. Durch die Kombination dieser vorteilhaften Merkmale ent steht ein Sensorverstärker, der die Aufgabenstellung voll erfüllt. The combination of these advantageous features ent is a sensor amplifier, which fully meets the task.

Anhand eines Anführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Based on a Anführungsbeispiels the invention is illustrated.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau. Fig. 1 shows the schematic structure. Das Erfassungsteil ( 1 ) liefert in einem ersten Signalzweig das Signal an einen subtrahierenden Verstärker ( 2 ). The detection part (1) provides in a first signal path, the signal to a subtracting amplifier (2). In einem zweiten Signalzweig liefert es das Signal an ein digital einstellbares Wider standsnetzwerk dessen Ausgang seinerseits dem subtrahierenden Verstärker zugeführt ist. In a second signal path, it provides the signal to a digitally adjustable abutment stood network whose output in turn is supplied to the subtracting amplifier. Dieses Ausgangssignal ist 180° ver schoben. This output signal is shifted 180 ° ver. Durch die subtrahierenden Eigenschaften des Ver stärkers ( 2 ) werden beide Signal addiert. By subtracting characteristics of the Ver er (2), both signal are added. Das Ausgangssignal des Verstärkers ( 2 ) wird der Signalverarbeitung ( 3 ) des Sensorverstärkers zugeführt. The output of the amplifier (2) is supplied to the signal processing (3) of the sensor amplifier. Das Gesamtsignal des Sensorver stärkers steht im Ausgang ( 5 ) zur Verfügung. The total signal of Sensorver stärkers is at the output (5) is available. Das Widerstands netzwerk ( 6 ) wird von den Datenleitungen eines Mikroprozessors ( 7 ) angesteuert. The resistor network (6) is driven from the data lines of a microprocessor (7). Die Eingangsdatenleitungen des Mikro prozessors sind in dem Anschluß (B) zusammengefaßt. The input data lines of the micro-processor are (B) in the terminal summarized.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines über den Mikroprozessor ( 7 ) beeinflußbaren induktiven Näherungsschalters. Fig. 2 shows the structure of the microprocessor (7) can be influenced inductive proximity switch. Das Er fassungsteil dieses Näherungsschalters besteht besteht aus einem Resonanzkreis ( 9 ) der an den nicht invertierenden Ein gang eines Impedanzwandlers ( 10 ) angeschlossen ist. The He-making part of this proximity switch is composed of a resonant circuit (9) of the transition of an impedance converter to the non-inverting A (10) is connected. Das Ausgangssignal dieses Impedanzwandlers ist in einem ersten Zweig dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsver stärkers ( 11 ) zugeführt, wobei das Eingangssignal durch die Widerstände ( 16 , 17 ) beeinflußbar ist. The output signal of the impedance converter is supplied in a first branch to the non-inverting input of a Operationsver er (11), wherein the input signal through the resistors (16, 17) can be influenced. Der Impedanzwandler ( 10 ) liefert in einem zweiten Zweig sein Ausgangssignal an ein Widerstandsnetzwerk ( 6 ). The impedance converter (10) provides in a second branch of its output to a resistor network (6). Dieses Widerstandsnetzwerk ist ein Digital-Analog-Umsetzer mit R2R-Netzwerk. This resistor network is a digital-to-analog converter with R2R network. Das Ausgangssignal dieses Netzwerkes ( 6 ) ist an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ( 12 ) angeschlossen. The output signal of this network (6) is connected to the inverting input of the operational amplifier (12). Der Ausgang des Operationsverstärkers ( 12 ) ist über den Widerstand ( 18 ) dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ( 11 ) zuge führt. The output of the operational amplifier (12) via the resistor (18) to the inverting input of the operational amplifier (11) supplied leads. Weil die Eingangssignale an dem Operationsverstärker ( 11 ) gegeneinander um 180° verschoben sind, erfolgt eine Addition beider Signalzweige. Because the input signals are moved to the operational amplifier (11) against each other by 180 °, is carried out an addition of the two signal branches. Ober die Widerstände ( 18 , 13 ) ist der Signalanteil des Widerstandsnetzwerkes ( 6 ) wählbar. Upper resistors (18, 13) is the signal portion of the resistor network (6) selectable. Das Aus gangssignal des Operationsverstärkers ( 11 ) wird über den Spannungsteiler ( 19 , 14 ) dem Resonanzkreis des Erfassungsteils zugeführt. From the output signal of the operational amplifier (11) via the voltage divider (19, 14) supplied to the resonant circuit of the detection part. Während der Rückkopplungsfaktor des Sensorver stärkers über die Widerstandskombination ( 14 , 19 ) frei wähl bar ist, und somit eine Voreinstellung des Näherungsschalters für einen bestimmten Betriebszustand vorgenommen werden kann, gewährleistet das Netzwerk ( 6 ) die Feineinstellung der Ver stärkung des Sensorverstärkers. Bar during the feedback gain of the Sensorver stärkers on the combination of resistors (14, 19) free dial-up, and thus a default setting of the proximity switch for a particular operating condition can be made, the network (6) ensures the fine adjustment of the Ver amplification of the sensor amplifier. Die Schalteingänge ( 12 ) des Sensorverstärkers ( 6 ) sind an die Datenleitungen ( 20 ) des Mikroprozessors ( 7 ) angeschlossen. The switching inputs (12) of the sensor amplifier (6) are connected to the data lines (20) of the microprocessor (7). In dieser Darstellung ist nur eine Schaltstellung gezeigt. In this illustration, only one switching position shown. Ober die Eingangsdatenlei tungen ( 8 ) ist der Mikroprozessor für seine unterschiedlichen Aufgaben ansteuerbar, entweder extern oder intern. Upper Eingangsdatenlei the obligations (8) of the microprocessor for its different tasks can be controlled, either externally or internally.

Im Falle eines internen Betriebes ist es z. In the case of an internal operation, it is for. B. möglich, in den Ozillatorschwingkreis einen Temperatursensor zu inte grieren, diesen an eine Auswertungsschaltung anzuschließen, und mit dem elektrischen Ausgangssignal dieser Auswertungs schaltung den Mikroprozessor über die Anschlüsse ( 8 ) anzu steuern. As possible in the Ozillatorschwingkreis integrate a temperature sensor to inte, to connect it to an evaluation circuit and to the electrical output signal of this evaluation the microprocessor circuit via the ports (8) to be driven. Auf diese Weise ist es möglich, daß der Mikro prozessor ( 7 ) das Netzwerk ( 6 ) so ansteuert, daß das Aus gangssignal ( 5 ) des Sensorverstärkers in Bezug auf das elektrische Signal des Erfassungsteils ( 1 ) in der Weise ver stellbar ist, daß störende Beeinflussungen des elektrischen Signal des Erfassungsteils ( 1 ) durch seine physikalische Um gebung oder seine physikalischen Eigenschaften kompensiert sind, oder das Betriebszustände des Sensorverstärkers von außen ansteuerbar sind, z. In this way, it is possible that the micro-processor (7) the network (6) so controls that the off output signal (5) of the sense amplifier in respect to the electric signal from the detection part (1) is adjustable in such a way ver that disturbing influences on the electric signal from the detection part (1) by its physical order gebung or its physical properties are compensated for, or the operation states of the sensor amplifier are controllable from the outside, z. B. in der Weise, daß der Sensor verstärker eines induktiven Näherungsschalters von außen so angesteuert ist, daß ein Schaltsignal einer Schaltstufe ( 5 ) nur abgegeben wird, wenn der Schwingkreis ( 9 ) eine definierte Amplitude aufweist. B. in such a manner that the sensor amplifier of an inductive proximity switch is controlled from the outside so that a switching signal of a switching stage (5) is only emitted when the resonant circuit (9) has a defined amplitude. Es ist auch denkbar, daß in einem zusätzlichen Speicher das nicht lineare Signalver halten des Empfangteils ( 1 ) abgelegt ist, und der Mikro prozessor aufgrund dieser Daten das Ausgangssignal des Sensorverstärkers linearisiert. It is also conceivable that in an additional memory, the nonlinear Signalver holding of the receiving part (1) is stored, and the micro processor based on these data, the output of the sensor amplifier linearized.

Claims (9)

  1. 1. Sensorverstärker für elektronisch arbeitende Sensoren mit einem sensorischen Erfassungsteil und einem elektronischen Auswertungsteil, wobei Erfassungsteil und Auswertungsteil in der Weise zusammengeschaltet sind, daß das Erfassungs teil eine physikalische Größe in ein elektrisches Signal wandelt, das von dem Auswertungsteil weiterverarbeitet und in ein Nutzsignal analoger oder digitaler Art umgesetzt wird, mit einem elektrischen Stellglied, das die elektrische Verstärkung des Auswertungsteils beeinflußt, dadurch ge kennzeichnet , daß das elektrische Signal des Erfassungsteils ( 1 ) einem subtrahierenden Verstärker ( 2 ) in der Weise zuge führt ist, daß es in einem ersten Zweig direkt an den Ver stärker und in einem zweiten Zweig über ein digital ein stellbares Widerstandsnetzwerk ( 6 ) mit einer Phasenver schiebung von 180° gegenüber dem ersten Zweig an den Ver stärker ( 2 ) angeschlossen ist. 1. Sensor amplifier for electronically operating sensors with a sensor detection part and an electronic evaluation part, said detection part and the evaluation part are connected together in such a manner that the detection part converts a physical quantity into an electrical signal, further processed by the evaluation part and analog in a useful signal, or digital type is reacted with an electric actuator, which influences the electrical gain of the evaluation part, characterized in that the electrical signal of the sensing part (1) to a subtracting amplifier (2) in such a way supplied that it in a first branch is stronger and connected in a second branch via a digital stellbares a resistor network (6) having a Phasenver shift of 180 ° with respect to the first branch to the Ver stronger (2) directly to the Ver.
  2. 2. Sensorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk ( 6 ) ein Digital-Analog-Umsetzer mit R2R-Netzwerk ist. 2. Sensor amplifier according to claim 1, characterized in that the resistor network (6) is a digital-to-analog converter with R2R network.
  3. 3. Sensorverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der subtrahierende Verstärker ein Operationsverstärker ( 11 ) ist. 3. Sensor amplifier according to claim 1 and 2, characterized in that the subtracting amplifier is an operational amplifier (11).
  4. 4. Sensorverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk von einem Mikroprozessor ( 7 ) angesteuert ist. 4. Sensor amplifier according to claim 2, characterized in that the resistor network by a microprocessor (7) is driven.
  5. 5. Sensorverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsteil ein Schwingkreis ( 9 ) eines induktiven Näherungsschalters ist, und der Schwingkreis ( 9 ) ein Oszillatorschwingkreis ist und so geschaltet ist, daß er über elektronische Kompo nenten mit dem subtrahierenden Verstärker ( 11 ) positiv rückgekoppelt verbunden ist, wobei die Oszillatoramplitude des Schwingkreises über das Widerstandsnetzwerk ( 6 ) be einflußbar ist. 5. Sensor amplifier according to one or more of claims 1-4, characterized in that the detection part, an oscillating circuit (9) is an inductive proximity switch and the resonant circuit (9) is a tank circuit and is connected so as to components on electronic compo with is positively fed back to the subtracting amplifier (11), said oscillator amplitude of the resonant circuit via the resistance network (6) is be einflußbar.
  6. 6. Sensorverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor ( 7 ) das Netzwerk ( 6 ) so ansteuert, daß das Ausgangssignal ( 5 ) des Sensorverstärkers in Bezug auf das elektrische Signal des Erfassungsteils ( 1 ) in der Weise verstellbar ist, daß störende Beeinflussungen des elektrischen Signals des Er fassungsteils ( 1 ) durch seine physikalische Umgebung oder seine physikalischen Eigenschaften kompensiert sind oder das Betriebszustände des Sensorverstärkers von außen an steuerbar sind. 6. Sensor amplifier according to one or more of claims 1-5, characterized in that the microprocessor (7) in such a network (6), that the output signal (5) of the sense amplifier in respect to the electric signal from the detection part (1) in such is adjustable, that disturbing influences of the electrical signal of the He female part (1) by its physical environment or its physical properties are compensated for, or the operation states of the sensor amplifier are controllable from the outside.
  7. 7. Sensorverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor ( 7 ) durch einen Temperatursensor angesteuert ist, der die Umgebungstemperatur des Schwing kreises ( 9 ) erfaßt. 7. Sensor amplifier according to claim 6, characterized in that the microprocessor (7) is controlled by a temperature sensor which detects the ambient temperature of the oscillating circuit (9).
  8. 8. Sensorverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorverstärker eines induktiven Näherungsschalters von außen so angesteuert ist, daß ein Schaltsignal einer Schaltstufe des Sensorverstärkers nur abgegeben wird, wenn der Schwingkreis ( 9 ) eine definierte Amplitude aufweist. 8. The sensor amplifier according to claim 6, characterized in that the sensor amplifier of an inductive proximity switch is controlled from the outside so that a switching signal of a shift stage of the sense amplifier is only emitted when the resonant circuit (9) has a defined amplitude.
  9. 9. Sensorverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtlineares Signalverhalten des Erfassungsteils ( 1 ) durch den Mikroprozessor ( 7 ) linearisiert ist. 9. Sensor amplifier according to claim 6, characterized in that a non-linear signal behavior of the detection part (1) by the microprocessor (7) is linearized.
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