DE2118448A1 - Fahrzeug-Detektor - Google Patents

Fahrzeug-Detektor

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DE2118448A1
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Milton Roslyn Pa. Friedmann (V.St.A.). B05c
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Fischer and Porter GmbH
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Fischer and Porter GmbH
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    • G08G1/01Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/042Detecting movement of traffic to be counted or controlled using inductive or magnetic detectors

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  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

PP 71/4
2118U8
Anm.t FISCHER & PORTER GMBH, 3401 Groß Ellershausen
Fahrzeug-Detektor
Es wird die Priorität der entsprechenden US-Patentanmeldung Serial No. 29,393 vom 17. April 1970 in Anspruch genommen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeug-Detektor -mit ' einem Oszillator und einem mit diesem gekoppelten, in der Fahrbahn oder Fahrspur eingebetteten Fühler, dessen Impedanz von den Metallmassen eines Fahrzeuges beeinflußt wird, so daß durch die Impedanzänderung ein Steuersignal zum Betätigen einer Steuereinrichtung für Signalanlagen, Yerkehrszählanlagen, Parkplatzsperren u.dgl. erzeugt wird.
In Verkehrssteueranlagen, Verkehrszählanlagen, Parksperrschranken u.dgl., in denen die Anwesenheit eines Fahrzeuges erfaßt wird, um Steuervorgänge auszulösen, erfolgt die Fahrzeugerfassung im allgemeinen durch in die Fahrbahn oder die Fahrspuren eingebettete induktive Schleifen, die mit hochfrequenter Spannung gespeist werden. Die Impedanz der Schleifen wird durch die Nähe metallischer Massen des Fahrzeuges im Feld der Schleifen beeinflußt. .
Bei bekannten Fahrzeug-Detektoren mit veränderlicher Frequenz ist hierzu die Schleife in den Kreis eines Hochfrequenzoszillators eingefügt, dessen jeweilige Frequenz von der Schleifenimpedanz abhängt. Die Anwesenheit eines Fahrzeuges in der Nähe der Schleife ergibt eine merkliche Änderung der Oszillatorfrequenz, die durch einen Frequenz- oder Phasendiskriminator erfaßt wird, der ein Steuersignal für das in Tätiglceitsetzen des zugeordneten Systems erzeugt.
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Die Impedanz der Schleife verändert sich mit den täglichen oder jahreszeitlich auftretenden Wettereinflüssen (Temperatur, Nässe, Erdfeuchtigkeit) "bezüglich der Induktivität des Widerstandes und ihrer Kapazität gegen Erde. Bei solchen Fahrzeug-Detektoren wirken die besagten Abhängigkeiten der Schleifenimpedanz auf den Oszillator zurück, so daß zum einwandfreien Arbeiten solcher Detektoren aufwendige automatische Abgleicheinrichtungen erforderlich sind.
Ein weiterer Nachteil bei mehreren solcher Detektoren ist ihre gegenseitige Beeinflussung, die zum fehlerhaften Arbeiten führen kann. Da die Anwesenheit eines Fahrzeuges in der Schleife eines Detektors eine Frequenzänderung in diesem bewirkt, kann nämlich diese Frequenzänderung durch einen benachbarten Detektor erfaßt werden, wenn die beiden Schleifen beider Detektoren eine transformatorische Kopplung dieser Detektoren bewirken. Dies kann dann eintreten, wenn der eine Detektor z.B. einem Frequenzgang von 60 bis 90 kHz unterliegt und der benachbarte Detektor z.B. auf 70 kHz anspricht. In diesem Fall kann der erste Detektor fälschlicherweise auch den zweiten auslösen.
Bei anderen bekannten Detektoren dieser Art basiert die Erfassung eines Fahrzeuges auf der Phasenbeziehung eines Parallelresonanzkreises, wobei der induktiven Schleife eine veränderbare Kapazität parallelgeschaltet ist. Der Parallelresonanzkreis wird mit hochfrequenter Spannung mit konstanter Amplitude und Phase gespeist. Diese Spannung spiegelt den Impedanzverlauf des Parallelresonanzkreises wider. Die Phasenänderung der Impedanz bei Annähern eines Fahrzeuges wird durch einen Phasen-Diskriminator erfaßt, der eine Steuerspannung für das Ansprechen eines Relais zur Inbetriebsetzung der angeschlossenen Steuereinrichtung erzeugt.
Bei der ersten Installation eines solchen Detektors ist eine Feineinstellung des Detektors zum Erhalt einer durch die Schleifenimpedanz bestimmten Anfangsphasenlage notwendig.
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Falls längsame Änderungen der Schleifenimpedanz als Ergebnis sich ändernder Umgebungseinflüsse auftreten, muß die Schleife erneut abgestimmt werden, um die Anfangsphasenlage wiederherzustellen, andernfalls zeigt die Ausgangsgröße die Anwesenheit von Fahrzeugen, die die Phasenlage beeinflußt, nicht fehlerfrei an.
Ferner besteht bei den bekannten Detektoren mit veränderlicher Frequenz der Nachteil, daß bei in der Fühlerzone parkenden oder liegenbleibenden Fahrzeugen ein einwandfreies Arbeiten einer Verkehrssignalanlage nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluß der sich ändernden Umweltbedingungen ohne aufwendige Abgleicheinrichtungen auszuschalten, sowie eine Feineinstellung des installierten Detektors entbehrlich zu machen.
Die Aufgabe, einen wirksamen, betriebssicheren und einfach konzipierten Fahrzeug-Detektor der eingangs genannten Art zu schaffen, wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Oszillator mit konstanter Frequenz mit dem Fühler durch Kopplungsmittel gekoppelt ist, an denen eine vom Impedanzwert des Fühlers abhängige Oszillatorspannung abgenommen wird, die in einem Gleichrichterfilter gleichgerichtet und als proportionale Ausgangsgleichspannung mit einer von ihr abgeleiteten, nur von langsamen Impedanzänderungen abhängigen Bezugsspannung in einem Differentialverstärker (Vorwärtsverstärker) verglichen und daraus nur bei einer durch die Anwesenheit eines Fahrzeuges in der Fühlerzone hervorgerufenen Impedanzänderung des Fühlers ein verstärktes Steuersignal für die Steuereinrichtung abgeleitet wird.
Die Erfindung ermöglicht eine Empfindlichkeit der Detektoren zu erreichen, die die"einwandfreie Erfassung von Motorrädern und kleinen Fahrzeugen bis zu großen Lastzügen erlaubt.
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Ein einwandfreies und definiertes Arbeiten der Steuereinrichtung für Verkehrsanlagen (Signalampeln u.dgl.) bei im Bereich der Fühlerzone stehenbleibenden Fahrzeugen ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Oszillatorspannung gleichgerichtet einem Rückstellkreis zugeführt ist, der den Yorwartsverstärker bei Impedanzänderung des Fühlers durch ein Fahrzeug nach Ablauf einer durch ein vom Rückstellkreis abhängiges Zeitglied bestimmten Zeitspanne zur Beendigung des Steuersignals für die Steuereinrichtung veranlaßt.
Bei Detektoren mit fester Frequenz kann ein gegenseitiges fe fehlerhaftes Beeinflussen benachbarter Detektoren leicht dadurch verhindert werden, daß unterschiedliche Frequenzen von ausreichendem Abstand für die Detektoren gewählt sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeug-Detektors nach der Erfindung vereinfacht dargestellt und nachfolgend näher erläutert.
Die Anwesenheit eines Fahrzeuges 0 wird durch einen Fühler in Form einer in die Fahrbahn oder Fahrspur B eingebetteten induktiven Schleife oder einer eingebetteten, nicht dargestellten druckempfindlichen Kapazität erfaßt, deren Elektrodenabstand bei Anwesenheit eines Fahrzeuges verringert wird, W so daß eine Änderung der Impedanz eintritt. Bei Verwendung einer viereckförmigen Schleife 10 können z.B. drei Spulen— windungen mit den Kantenlängen 180 cm oder vier Spulenwindungen mit den Kantenlängen 120 cm je nach der gewünschten Fühlerzone vorgesehen sein.
Die Schleife 10 ist durch Leiter 11 in Form eines verdrillten, z.B. mehr als 150 m langen Doppelleiters an die Primärwicklung 12 eines Transformators 13 angeschlossen, Die einseitig geerdete Sekundärwicklung 14 ist über einen Reihenwiderstand 15 mit dem Ausgang eines R-F-Oszillators 16 mit konstanter
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Frequenz verbunden. Die Sekundärwicklung 14 bildet mit dem Reihenwiderstand 15 einen Spannungsteiler, an dessen Abgriff •17 die Oszillatorspannung abgenommen wird.
Der Oszillator 16 kann ein stabiler, elektronischer Schaltkreis bekannter Art sein, dessen Frequenz z.B. im Bereich von 60 bis 100 kHz liegt und bereits fabrikatorisch eingestellt oder durch einen Steuerquarz vorgegeben ist.
TJm eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung benachbarter, gestrichelt umrandet dargestellter Detektoren zu verhindern, kann jeder Oszillator 16 mit einer anderen festen Frequenz arbeiten, wobei die einzelnen Frequenzen einen genügend großen Frequenzabstand von beispielsweise 5 kHz voneinander haben, um eine gegenseitige Störung unter Berücksichtigung einer möglichen Frequenzabweichung zu vermeiden.
Die Oszillatorspannung V.. am Abgriff 17 wird in einem G-leichrichterfilter 18 bekannter Art in eine Ausgangsgleichspannung Vp umgewandelt, deren Größe proportional der Amplitude der Oszillatorspannung V^ ist.
Sobald ein Fahrzeug G in den Bereich der Schleife 10 gelangt, wird deren Impedanz verändert, so daß die Oszillatorspannung V. und entsprechend auch die Ausgangsgleichspannung V2 rasch absinkt. Die Ausgangsgleichspannung Vg wird dem invertierenden (-) Eingang eines insbesondere integrierten Differentialverstärkers 19 bekannter Art mit zwei in Differenzschaltung verbundenen Eingangsstufen zugeführt. Der andere nichtinvertierende (+) Eingang ist positiv; der Ausgang hat eine positive Polarität.
Dem nichtinvertierenden (+) Eingang des als Vorwärtsverstärker 19 arbeitenden Differentialverstärkers wird eine Bezugsspannung von einem selbstabstimmenden Kondensator 20 über eine Pufferstufe aus einem Feldeffekt-Transistor 21 und einem
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Widerstand 22 zugeführt. Der Kondensator 20 ist mit seinem einen Pol mit dem nichtinvertierenden (+) Eingang eines als Führungsverstärker arbeitenden Differentialverstärkers 23 und mit seinem anderen Pol über eine rückwärts vorgespannte Trenndiode 24 mit dem Ausgang des Führungsverstärkers 23 verbunden. Der invertierende (-) Eingang des Führungsverstärkers 23 ist an den Ausgang des Vorwärtsverstärkers 19 angeschlossen. Eine feste negative Spannung wird von der Klemme 25 dem nichtinvertierenden (+) Eingang des Führungsverstärkers 23 zugeführt.
Der Ausgang des Vorwärtsverstärkers 19 ist ferner an eine Relaistreiberstufe 26 angeschlossen, so daß bei zunehmend positiver Ausgangsspannung die Relaistreiberstufe 26 eine angeschlossene Steuereinrichtung J in Tätigkeit setzt, die dann ein Verkehrssignal L, z.B. eine Verkehrsampel ., oder eine andere Vorrichtung schaltet.
Der Fahrzeug-Detektor nach der Erfindung erlaubt die Zusammenarbeit mit allen bekannten Verkehrssteuereinrichtungen oder fahrzeugabhängigen Anlagen. Als Relaistreiberstufe kann jede elektronische oder elektromagnetische Vorrichtung bekannter Art benutzt werden.
Sobald ein Fahrzeug C in den Bereich einer Schleife 10 gelangt, fällt die Oszillatorspannung V^ und damit proportional die Ausgangsgleichspannung V2 ab, so daß am Ausgang des Vorwärt sverstärke rs 19 ein vergrößertes Steuersignal auftritt, das über die Relaistreiberstufe 26 die angeschlossene Steuereinrichtung J betätigt.
Das Steuersignal lädt gleichzeitig über den Führungsverstärker 23 den Kondensator 20. Der Kondensator 20 bleibt geladen, da er sich weder über die sperrende Trenndiode 24 noch über die hohe Impedanz des als Puffer wirkenden Feldeffekt-Transistors 21 schnell entladen kann. Der nichtinvertierende (+) Eingang des Vorwärtsverstärkers 19 erhält die Bezugsspannung
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vom Kondensator 20, die in Hinblick auf die lange Zeitkonstante des Kondensators 20, der Pufferstufe 21, 22 und der
Trenndiode 24 im wesentlichen konstant "bleibt. Somit bleibt das ausgangsseitige Steuersignal des Vorwärtsverstärkers 19 auf einem hohen Wert, so daß die Relaistreiberstufe 26 währenddessen dauernd erregt bleibt und die Steuereinrichtung J in Tätigkeit hält.
Der Kondensator und die mit ihm verbundenen Komponenten des Detektors wirken wie eine elektrische Haltevorrichtung, die das bei Anwesenheit eines Fahrzeuges erzeugte Steuersignal
zur Betätigung der Steuereinrichtung eine längere Periode
aufrechterhält.
Um eine Störung der Tätigkeit der Steuereinrichtung durch
parkende oder fahrunfähige Fahrzeuge zu vermeiden, ist ein
Rückstellkreis vorgesehen, durch den bei einer Verkehrssteuereinrichtung ein durch Anwesenheit eines geparkten oder fahrunfähigen Fahrzeuges ausgelöstes Ampelsignal nach einem bestimmten Zeitintervall getilgt wird und die Anlage in ihren Zustand zurückkehrt, den sie ohne Steuersignal einnimmt. Beispielsweise kann das Zeitintervall 10 Min. betragen, das an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt sein soll.
Um die besagte Rückstellung der Anlage in ihren Ruhezustand zu erzielen, ist die Oszillatorspannung V- einem zweiten
Gleichrichterfilter 27 zugeführt, deren der Oszillatorspannung proportionale Ausgangsgleichspannung V, über einen Kondensator dem rückgeführten invertierenden (-) Eingang eines als Rückstellverstärker 28 arbeitenden Differentialverstärkers zugeführt wird, dessen nichtinvertierender (+) Eingang geerdet ist. Der Rückstellverstärker 28 enthält einen Differenzbildner mit hoher Verstärkung bei tiefen Frequenzen. Wenn die
Anwesenheit eines Fahrzeuges zu einer Verringerung der Oszillatorspannung V1 führt, wird auch die Ausgangegleichepannung V, proportional verringert und somit die positive Ausgangsspännung des Rückstellverstärkers 28 vergrößert.
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Diese Ausgangsspannung wird über eine Diode 29 einem geerdeten RC-Parallelkreis 30, 31 zugeführt, dessen Zeitkonstante das Zeitintervall für die Rückstellung "bestimmt. Der einstellbare Widerstandswert des Widerstandes 30 bestimmt die Entladungsgeschwindigkeit des Kondensators 20. Da der Kondensator 31 stets auf der positiven Sättigungsspannung des Rückstellverstärkers 28 gehalten wird, ist die Entladezeit im wesentlichen konstant.
Wenn genügend Ladung aus dem Kondensator 31 abfließt, wird die Diode 32 zwischen den Pluspolen der Kondensatoren 31 und 20 stromdurchlässig und die Spannung zwischen Kathode und "Anode- der Diode 32 ist bestimmt durch die Spannungsdifferenz zwischen beiden Kondensatoren. Die Stromdurchlässigkeit der Diode 32 bewirkt die schnelle Entladung des Kondensators über die Widerstände 33 und 30, bis das Steuersignal des Vorwärts verstärke rs 19 gegen Null abnimmt, wodurch die Relaistreiberstufe 26 entregt und die Steuereinrichtung in den Ruhezustand zurückgebracht wird.
Der Kondensator 31 ist jedes Mal voll geladen, wenn ein Fahrzeug in den Bereich der Schleife 10 gelangt und wenn ein Fahrzeug die Schleife vor Ablauf der Rückstellperiode verläßt, wobei der Kreis in der vorbeschriebenen Art erst nath Ablauf des bestimmten Zeitintervalls wiederhergestellt ist. Auch wenn das Fahrzeug im Bereich der Schleife 10 über dieses Zeitintervall hinaus verbleibt, wird der Kreis nach Ablauf dieser Periode ebenfalls wiederhergestellt.
Die Selbstabstimmung des Detektors nach der Erfindung macht eine Kompensation der Impedanzänderung der Schleife durch Umwelteinflüsse überflüssig. Nach Installierung der Schleife 10 in der Fahrbahn und Verbindung mit dem Detektor wird die Oszillatorspannung V^ an der Sekundärwicklung H in Abwesenheit eines Fahrzeuges von der Impedanz der Schleife 10 bestimmt. Die Oszillatorspannung V* bestimmt ihrerseits die
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Höhe der positiven Ausgangsgleichspannung V2, die dem invertierenden (-) Eingang des Torwärtsverstärkers 19 zugeführt wird.
Am Anfang ist der Kondensator 20 noch ungeladen. Die positive Ausgangsgleichspannung V2 wird relativ zur Spannung Full am nichtinvertierenden (+) Eingang des Vorwärtsverstärkers 19 durch diesen Verstärkt, wobei dessen Ausgangsspannung negativ wird. Die negative Ausgangsspannung wird dem invertierenden (-) Eingang des Führungsverstärkers 23 zugeführt, so daß dessen Ausgangsspannung positiv wird und über die Trenndiode 24 den Kondensator 20 auflädt. Mit zunehmender Ladung des Kondensators 20 verringert sich die Differenz der beiden Eingangsspannungen des Vorwärtsverstärkers 19. Wenn die besagte Differenz praktisch Full wird, hat der Vorwärtsverstärker 19 keine Eingangsgrößen mehr und seine Ausgangsspannung fällt unter die Spannung des Kondensators 20, so daß die Trenndiode 24 stromsperrend wird und den Ladekreis des Kondensators 20 unterbricht. Damit ist die Selbstabstimmung bei der Erstinstallierung erfolgt. In der Praxis läuft der Vorgang in wenigen Sekunden ab.
Das Verhalten der Anlage bei der Erstinetallierung hängt von der Impedanz der Schleife zu diesem Zeitpunkt ab. Die danach auftretenden, von Umwelteinflüssen herrührenden Impedanzänderungen haben eine entsprechende Änderung der Oszillatorspannung V^ an der Sekundärwicklung des Transformators zur Folge. Bei Zunahme der Oszillatorspannung V-. wird der Kondensator 20 in vorbeschriebener Weise auf eine höhere Spannung aufgeladen. Wenn die Oszillatorspannung V- abnimmt, was im Vergleich zu den vom Kondensator 20 abhängigen Zeitkonstanten langsam vor sich geht- hält die Entladung des Kondensators 20 bei rückwärts vorgespannter Trenndiode 24 die Differentialspannung am Eingang des Vorwärtsverstärkers 19 im wesentlichen auf Null. Beim Laden oder Entladen des Kondensators 20 wird die dem nichtinvertierenden (+) Eingang des Vorwärtsverstärkers 19
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ziigeführte Bezugs spannung selbsttätig so angepaßt, daß eine Kompensation der Impedanzänderungen der Schleife erfolgt.
8 Patentansprüche
■1 Figur
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Claims (8)

  1. FP 71/4 - 11 -
    Patentansprüche
    ( 1.) Fahrzeug-Detektor mit einem Oszillator und einem mit diesem gekoppelten, in der Fahrbahn oder Fahrspur eingebetteten Fühler, dessen Impedanz von den Metallmassen eines Fahrzeuges beeinflußt wird, so daß durch die Impedanzänderung ein Steuersignal zum Betätigen einer Steuereinrichtung für Signalanlagen, Verkehrszählanlagen, Parkplatzsperren u.dgl. erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (16) mit konstanter Frequenz mit dem Fühler (10) durch Kopplungsmittel (12, 13, H» 15) gekoppelt ist, an denen eine vom Impedanzwert des Fühlers (10) abhängige Oszillatorspannung (V..) abgenommen wird, die in einem Gleichrichterfilter (18) gleichgerichtet und als proportionale Ausgangsgleichspannung (V2) mit einer von ihr abgeleiteten, nur von langsamen Impedanzänderungen abhängigen Bezugsspannung in einem Differentialverstärker (Vorwärtsverstärker 19) verglichen und daraus nur bei einer durch die Anwesenheit eines Fahrzeuges (C) in der Fühlerzone hervorgerufenen Impedanzänderung des Fühlers (10) ein verstärktes Steuersignal für die Steuereinrichtung (J) abgeleitet wird.
  2. 2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorspannung (V..) gleichgerichtet einem Rückstellkreis (27, 28) zugeführt ist, der den Vorwärtsverstärker (19) bei Impedanzänderung des Fühlers (10) durch ein Fahrzeug (C) nach Ablauf einer durch ein vom Rückstellkreis abhängiges Zeitglied (30, 31) bestimmten Zeitspanne zur Beendigung des Steuersignals für die Steuereinrichtung (J) veranlaßt.
  3. 3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kopplungsmittel ein Transformator (13) dient, dessen Primärwicklung (12) über einen Doppelleiter (11)
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    PP 71/4 — 12 —
    mit einer induktiven Schleife (10) verbunden ist und dessen einseitig geerdete Sekundärwicklung (14) mit einem Reihenwiderstand (15) an den einen Ausgang eines R-F-Oszillators (16) angeschlossen ist, wobei der Reihenwiderstand mit der Sekundärwicklung einen Spannungsteiler bildet, an dessen Abgriff (1?) die Oszillatorspannung (Vh) liegt.
  4. 4. Detektor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Oszillatorspannung (V.,) proportionale Ausgangsgleichspannung (Vp) dem invertierenden Eingang (-) des Vorwärtsverstärkers (19) zugeführt ist, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang (-) eines zweiten Differentialverstärkers (Führungsverstärker 23) verbunden ist, der seinerseits ausgangsseitig über eine rückwärts vorgespannte Trenndiode (24) und eine Pufferstufe (21, 22) den nichtinvertierenden Eingang (+) des Vorwärtstransistors (19) beeinflußt sowie über einen das Bezugssignal bestimmenden Kondensator (20) auf seinen eigenen vorgespannten (25) nichtinvertierenden Eingang (+) rückgeführt ist.
  5. 5. Detektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ausgang des Führungsverstärkers (23) über die Trenndiode (24) und eine Diode (32) mit dem Zeitglied (30, 31) verbunden ist, das über eine weitere gegengeschaltete Diode (29) mit dem Ausgang eines dritten Differentialverstärkers (Rückstellverstärker 28) in Verbindung steht, dessen invertierendem Eingang (-) über einen Kondensator die Aüsgangsgleichspannung (V^) eines von der Oszillatorspannung (V-) gespeisten zweiten G-leichrichterfliters (27) zugeführt ist, wobei der nichtinvertierende Eingang (+) des Rückstellverstärkers (28) geerdet ist.
  6. 6. Detektor nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied ein RC-Paralle!kreis (30, 31) dient.
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    PP 71/4 - 13 -
  7. 7.. Detektor nach Anspruch. 4, dadurch, gekennzeichnet, daß als • Pufferstufe ein Feldeffekt-Transistor (21) dient, dessen Gate-Elektrode an den Ausgang des Führungskondensators (23) angeschlossen ist und dessen über einen Widerstand (22) geerdete Elektrode mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Yorwärtsverstärkers (19) verbunden ist.
  8. 8. Detektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vorwärtsverstärkers (19) über eine Relaistreiberstufe (26) die Steuereinrichtung beaufschlagt.
    109845/1249
    Leerseite
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