DE2235056B1 - Schaltungsanordnung fuer einen induktiven aufnehmer - Google Patents

Description

• Überschreitet die zu überwachende Spannung die Vergleichsspannung, dann kippt die Ausgangsspannung des Verstärkers von einem zum anderen Extremwert schlagartig um. Die Vergleichsspannung wird aus einem mit dem Verstärkerausgang verbundenen Spannungsteiler erzeugt, der das Ausgangssignal auf den Eingang mitkoppelt. Die Höhe derVergleichsspaunung bestimmt den Trigger-Pegel und ist am Spannungsteiler einstellbar. Da die bekannte Schaltung bei ganz bestimmten Eingangsspannungen, dem Ein- und Ausschaltpegel, von dem einen in den anderen stabilen Zustand kippt, ist sie als Schwellwertschaltung zur Umformung der von induktiven Aufnehmern abgegebenen Spannungsimpulsen mit von der Drehzahl abhängigen Amplitudenwerten nicht verwendbar, denn sie spricht nicht auf jene Impulse an, deren Amplitudenwert unter dem Einschaltpegel liegen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen induktiven Aufnehmer anzugeben, die auf Wechselspannungsimpulse unterschiedlicher Amplitude anspricht und die die auftretenden Störimpulse unterdrückt.
• Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Wechselspannung an den Eingang eines Spitzenwertgleichrichters angelegt ist, der aus dem Spitzenwert der Wechselspannung eine proportionale Gleichspannung bildet, die der Schwellwertschaltung zugeführt wird und deren Einschaltpegel so ändert, daß der Spitzenwert der Wechselspannung gerade noch die Schwellwertschaltung zum Kippen bringt.
• Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein teilweise im Blockschaltbild dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, F i g. 2 Spannungsdiagramme, die die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 1 verdeutlichen und Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung.
• Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung besteht aus einem Differenzverstärker 11 mit zwei Eingangsklemmen 20 und 21, die üblicherweise als nichtinvertierender und invertierender Eingang bezeichnet werden, sowie einer Ausgangsklemme 16. Über einen aus ohmschen Widerständen gebildetes Vorspannungsnetzwerk wird eine Gleichvorspannung an der Eingangsklemme 20 erzeugt, die einen Trigger-Pegel festlegt. Der Differenzverstärker vergleicht die an den beiden Widerständen 3 und 9 anstehenden Spannungsabfälle. Seine Ausgangsspannung kippt von einem positiven Extremwert in einen negativen Extremwert schlagartig um, sobald die Spannung am Widerstand 3 den Trigger-Pegel um wenige mV überschreitet.
• Das Vorspannungsnetzwerk besteht im einzelnen aus den beiden in Serie liegenden Widerständen 13 und 14, wobei Widerstand 13 direkt mit dem Verstärkerausgang 16 und Widerstand 14 mit Masse verbunden ist. Deren gemeinsamer Verbindungspunkt 15 ist über einen Widerstand 12 mit dem nichtinvertierenden Eingang 20 und im Punkt 10 mit dem Widerstand9 verbunden, der zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und Masse liegt. Zwischen Masse und dem invertierenden Eingang 21 liegt der Widerstand 3. Der Signaleingang 1 ist mit einem induktiven Aufnehmer elektrisch verbunden. Von dort gelangt die umzuformende Wechselspannung u ~ über den Koppelkondensator 2 an den invertierenden Eingang 21.
• Die Wechselspannung u ~ liegt zusätzlich an dem Eingang 5 eines Spitzenwertgleichrichters 4 an. Dieser bildet am Kondensator 7 aus dem jeweiligen negativen Spitzenwert der Wechselspannung eine proportionale Gleichspannung, die am Ausgang 6 ansteht. Vom Ausgang 6 gelangt ein Teil dieser Spannung über den Widerstand 8 an den Schaltungspunkt 10 und überlagert sich dort additiv zum Spannungsabfall am Widerstand 9. Auf die Darstellung der Funktionsweise der gestrichelt umrahmten Schaltung des Spitzenwertgleichrichters kann hier verzichtet werden, da diese hinreichend bekannt ist, z. B. aus dem genannten Buch von Tietze/Schenk, S.250.
• An Hand der in F i g. 2 a und 2 b dargestellten Spannungsverläufe wird die Arbeitsweise der Schaltung erläutert. Die beiden oberen Diagramme in Fig. 2 a und 2 b zeigen je einen Wechselspannungsimpuls, die bei zwei unterschiedlichen Drehzahlen durch das umlaufende Teil im Aufnehmer induziert werden. Da während des Vorbeilaufens zwei Flußänderungen mit entgegengesetzten Vorzeichen entstehen, wird gemäß dem Induktionsgesetz eine Spannung induziert, die einen Nulldurchgang aufweist.
• F i g. 2 a zeigt einen Spannungsimpuls mit kleiner Amplitude, der bei niedriger Drehzahl entsteht und F i g. 2 b entsprechend einen Spannungsimpuls bei hohen Drehzahlen. Neben diesen Nutzimpulsen werden, wie geschildert, noch Störimpulse erzeugt, deren Amplitude bezogen auf die jeweilige Drehzahl kleiner als das jeweilige Nutzsignal ist. Dieses Signalgemisch gelangt an den Eingang 1 der Schaltung und von dort als Spannungsabfall an dem Widerstand 3 an den Eingang 21 des Differenzverstärkers 11. Dieser vergleicht den Spannungsabfall mit der am Schaltungspunkt 10 anstehenden Spannung, die aus der Summe der vom Ausgang 16 rückgeführten festen Teilspannung und der vom Spitzengleichrichter gelieferten veränderlichen Spannung besteht. Demnach ändert sich die Vorspannung am Eingang 20 in dem Maße, wie der Höchst- oder Spitzenwert des Eingangssignals steigt oder sinkt. Die Widerstände 8 bzw. 12, 13 und 14 sind nun so dimensioniert, daß die am nichtinvertierenden Eingang 20 anstehende Spannung nur um den Betrag unterhalb der am Eingang 21 anstehenden Spannung liegt, der erforderlich ist, um den Verstärker 11 zum Kippen zu bringen.
• Damit wird erreicht, daß bei jeder Umdrehung nur der mit der höchsten Amplitude induzierte Spannungsimpuls die Schaltung zum Kippen veranlaßt, während die Störimpulse unterdrückt werden. Da sich ihr Kippunkt oder Trigger-Pegel in Abhängigkeit von der Amplitude des Nutzsignals selbsttätig ändert, sich also der jeweiligen Drehzahl entsprechend verstellt, werden auch die Störimpulse mit der jeweils steigenden oder fallenden Amplitude unterdrückt.
• Der Ladekondensator 7 entlädt sich über die Widerstände 8 und 9 nach Masse. Diese Widerstände sind so zu bemessen, daß sich der Kondensator innerhalb einer Periode von u~ nicht nennenswert ändert. Die Schaltung kippt in ihren Urzustand zurück, sobald der Momentanwert der Wechselspannung den Einschaltschwellwert um den Betrag d der Hysterese unterschreitet. Die beiden unteren Diagramme der F i g. 2 a und 2 b zeigen den Verlauf der Spannung U am Ausgang 16 des Differenzverstärkers über der Zeit t für eine Periode von u ~ an.
• Bei der Prüfung und Einstellung von Drehzahl, Schließwinkel und Zündzeitpunkt an Otto-Motoren in Kfz-Fahrzeugen werden häufig die Nulldurchgänge der in induktiven Aufnehmern induzierten Spannungsimpulse als Meßsignal fixiert. Für solche Messungen kann die Schaltung nach F i g. 3 bevorzugt verwendet werden.
• Die Schaltung nach F i g. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 1 dadurch, daß sie erst dann in ihre Ausgangslage zurückkippt, wenn die Wechselspannung u ~ durch Null geht. Dies wird erreicht, indem der nichtinvertierende Eingang 20 des Differenzverstärkers 11 über einen Schalter auf Masse gelegt wird, sobald die Spannung am Eingang 21 den Schwelllwert überschreitet und den Verstärker in die andere Lage kippt. Als Schalter wird ein Feldeffekttransistor 17 verwendet, dessen Kanalstrecke zum Widerstand 9 parallel liegt und dessen Gate mit einem Widerstand 19 an Masse liegt. Der Widerstand 19 ist über eine Diode 18 mit dem Verstärkerausgang 16 verbunden. Im Ruhezustand liegt die Ausgangsspannung des Verstärkers, wie Fig.2 zeigt, auf positivem Potential. Die Diode 18 ist durchlässig und legt eine Sperrspannung an das Gate, so daß die Kanalstrecke hochohmig ist. Kippt der Verstärker, dann springt die Ausgangsspannung U auf einen negativen Wert. Die Diode sperrt, das Gate liegt auf Masse und der Transistor legt den Eingang 20 auf Massepotential. Die Schaltung kippt erst in ihren Ruhezustand zurück, wenn die Spannung am Eingang 21 Massepotential annimmt, d. h. wenn die Amplitude der Wechselspannung durch Null geht.
• An die Ausgangsklemme 16 ist eine nicht dargestellte Auswerteinrichtung anschließbar, die die Frequenz der erzeugten Impulse, die ein Maß für die Drehzahl ist, mißt und die gleichzeitig die Rückflanken der Impulse zur Bestimmung der oberen Totpunktlage der Welle auswertet.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnupg für einen induktiven Aufnehmer, in dem durch Änderung der äußeren magnetischen Verhältnisse durch periodisch vorbeibewegte Teile eine Wechselspannung induziert wird, mit einer Schwellwertschaltung, die die Wechselspannung in eine Impulsfolge gleicher Frequenz umformt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung (u~) an den Eingang eines Spitzenwertgleichrichters (4) angelegt ist, der aus dem Spitzenwert der Wechselspannung eine proportionale Gleichspannung bildet, die der Schwellwertschaltung (11) zugeführt wird und deren Einschaltpegel so ändert, daß der Spitzenwert der Wechselspannung gerade noch die Schwellwertschaltung zum Kippen bringt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, unter Verwendung eines Schmitt-Triggers mit Differenzverstärker, bei dem zur Einstellung des Trigger-Pegels das Ausgangssignal über ein Rückkopplungsnetzwerk dem nichtinvertierenden Eingang zurückgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Spitzenwertgleichrichter gebildete Gleichspannung über einen ohmschen Spannungsteiler (8, 9) an den nichtinvertierenden Eingang (20) und die umzuformende Wechselspannung an den anderen, invertierenden Eingang (21) des Differenzverstärkers (11) anliegt.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen induktiven Aufnehmer, in dem durch Änderung der äußeren magnetischen Verhältnisse durch periodisch vorbeibewegte Teile eine Wechselspannung induziert wird, mit einer Schwellwertschaltung, die die Wechselspannung in eine Impulsfolge gleicher Frequenz umformt.

   Induktive Aufnehmer werden unter anderem bei der Messung von Vorgängen an Kraftfahrzeugen beispielsweise bei der Ermittlung der Drehzahl des Motors oder der Winkelstellung der Kurbelwelle für die Anzeige des oberen Totpunktes eines Zylinders eingesetzt. Als Aufnehmer kann eine mit Gleichstrom erregte Drahtspule mit Eisenkern verwendet werden, die neben dem drehbaren Teil so angeordnet ist, daß bei jeder Umdrehung ein auf dem drehbaren Teil an einer markierten Stelle angeordnetes Eisenstück an der Spule vorbeibewegt wird (vgl. ATMV 145-9, Dezember 1961, S. 267). Infolge der dabei auftreten den Fluß änderungen werden in der Spule Spannungsimpulse induziert, die in einer Auswertvorrichtung mit Schwellwertverhalten aufbereitet werden.

   Die Amplitude der induzierten Spannungsimpulse steigt mit der Drehzahl an. Außer den Spannungsimpulsen entstehen an der Aufnehmerspule noch Störimpulse, die durch Material abweichungen am drehbaren Teil insbesondere Ausnehmungen oder Erhöhungen, auf dieselbe Weise wie die erwünschten Spannungsimpulse jedoch zu anderen Zeitpunkten induziert werden. Diese Störimpule gelangen mit den Nutzimpulsen in die Auswertschaltung und verfälschen das Meßergebnis.

   Aus der deutschen Auslegeschrift 1 673 376 ist eine Schwellwertschaltung bekannt, die aus einem Wechselstromgenerator als Steuerorgan und einem daran angeschlossenen Trigger besteht und die bei Überschreiten bzw. Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl einen Schaltvorgang auslöst. Der Generator liefert eine Wechselspannung, deren Höhe und Frequenz von der Drehzahl abhängig ist. Er speist einen am Eingang des Triggers liegenden Spannungsteiler. Die an diesem Spannungsteiler abgegriffene Spannung wird der Basis eines Transistors zugeführt, dem ein weiterer Transistor nachgeschaltet ist. Beide Transistoren bilden den Trigger, der zwischen zwei stabilen Zuständen hin- und zurückkippt, wenn seinem Eingang eine entsprechende Steuerspannung zugeführt wird. Übersteigt die zugeführte Spannung, und zwar deren Scheitelwert, einen vorgegebenen Wert (Schwellwert), dann kippt der Trigger in den anderen stabilen Zustand. Aus diesem Zustand kippt er wieder in den Anfangszustand zurück, sobald der Scheitelwert der Eingangsspannung wieder unter diesen Schwellwert abgesunken ist. Das bedeutet, daß der Trigger bei jeder Halbwelle, die den Schwellwert der Eingangsspannung übersteigt, hin und zurückkippt; bleibt dagegen der Scheitelwert der Eingangsspannung unter dem Schwellwert, spricht der Trigger nicht an. Es entstehen also bei Eingangsspannungen oberhalb eines bestimmten Schwellwertes am Ausgang des Triggers Rechteckimpulse, deren Frequenz der Generatorfrequenz entspricht. Diese Impulse werden durch ein aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehendes Integrierglied integriert und einer Schaltstufe zugeführt.

   Diese bekannte Schwellwertschaltung ist zur Umformung der von einem induktiven Aufnehmer abgegebenen Spannungsimpulse in Rechteckimpulse gleicher Frequenz nicht geeignet, da ihre Wirkungsweise von einem fest eingestellten Schwellwert abhängig ist, und sie deshalb erst bei einer vorgegebenen Drehzahl auf die Amplitudenwerte der Spannungsimpulse ansprechen kann.

   Zur Umformung der sinus ähnlich verlaufenden Spannungsimpulse in Rechteckimpulse können Schwellwertschaltungen mit einem Differenzverstärker verwendet werden. Solche unter dem Namen Schmitt-Trigger mit Differenzverstärker bekannten Schwellwertschaltungen sind in dem Buch von T i e t z e / S c h e n k »Halbleiter-Schaltungstechnik«, 1971, 2.Auflage, S.304 beschrieben. Bei der Verwendung eines solchen Differenzverstärkers als Schwellwertschaltung wird an dem einen Eingang eine konstante Gleichspannung und an dem anderen Eingang die zu überwachende Spannung angelegt.