DE2341161A1 - CONTROL CIRCUIT RESPONDING TO CHANGES IN CAPACITY AND RESISTANCE - Google Patents
CONTROL CIRCUIT RESPONDING TO CHANGES IN CAPACITY AND RESISTANCEInfo
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- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
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Description
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise die hochempfindliche Antennenanordnung für auf Kapazitätsänderungen ansprechende Schaltkreise umfassen, wie sie in dem am 19. Juni 1973 erteilten US-Patent 3 7^0 567 des Erfinders Carl E. Atkins der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind.The present invention can advantageously the highly sensitive antenna arrangement for capacitance-sensitive circuits, as shown in FIG the inventor's U.S. Patent 3,760,567, issued June 19, 1973 Carl E. Atkins of the present application.
Die vorliegende Erfindung betrifft auf Kapazitätsund Widerstandsänderungen ansprechende Steuerschaltkreise. Eine Vielzahl solcher auf Zustände bzw. Bedingungen ansprechende Schaltkreise sind bereits Stand der Technik, wie z.B. die im folgenden aufgeführten US-Patentschriften zeigen:The present invention relates to control circuits responsive to changes in capacitance and resistance. A large number of such state-responsive circuits are already state of the art, such as e.g. the US patents listed below show:
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3 200 304, 3 200 305, 3 275 897, Re 26 828, 3 314 O8l, 3-339 212, 3 382 4O8, 3 435 298, 3 492 542, 3 551 753, 3 555 368, 3 564 3^6, 3 568 005, 3 568 006, 3 569 728.3 200 304, 3 200 305, 3 275 897, Re 26 828, 3 314 O8l, 3-339 212, 3 382 4O8, 3 435 298, 3 492 542, 3 551 753, 3 555 368, 3 564 3 ^ 6, 3 568 005, 3 568 006, 3 569 728.
Bei gewissen Anwendungsfällen jedoch, wie z.B. bei der Feststellung der richtigen oder unrichtigen Anlegung von Sicherheitsgurten in Kraftfahrzeugen ist es notwendig, zwischen Menschen bzw. Säugetieren und. unbelebten, die Sitze einnehmenden Objekten bzw. Lasten zu unterscheiden. Die Anmelderin hat festgestellt, daß durch Ankoppeln eines einen Sitz einnehmenden Menschen, Säugetieres oder Gegenstandes mittels eines Fühlers, der an einer ausgewählten Stelle bzw. an mehreren ausgewählten Stellen des Sitzes angeordnet ist, an einem Schwingkreis und durch Peststellung des Grades der Dämpfung der Schwingungen in dem Schwingkreis eine schärfere Unterscheidung zwischen Menschen und anderen Säugetieren und unbelebten, leitenden oder nicht leitenden Gegenständen erreicht werden kann, wenn diese in die Nähe oder in Berührung mit einem leitenden Fühler kommen, der benachbart einer ausgewählten Sitzoberfläche angeordnet ist. Die Anmelderin hat ferner festgestellt, daß diese bessere Unterscheidung auf den verschiedenen Graden der Herabsetzung des Gütefaktors Q eines Schwingkreises beruht, die durch die Menschen und andere Säugetiere und unbelebte Objekte bewirkt werden, die daran angekoppelt werden.In certain applications, however, such as determining the correct or incorrect application of seat belts in motor vehicles, it is necessary between humans or mammals and. inanimate that To distinguish between objects and loads that occupy seats. The applicant has found that by coupling one a person, mammal or object occupying a seat by means of a feeler attached to a selected one Place or at several selected places of the seat is arranged on an oscillating circuit and by Peststellung the degree of damping of the vibrations in the resonant circuit a sharper distinction between humans and others Mammals and inanimate, conductive or non-conductive objects can be reached if these are in the vicinity or come into contact with a conductive probe located adjacent a selected seating surface. The applicant has also found that this better distinction is based on the various degrees of degradation the quality factor Q of an oscillating circuit is based on humans and other mammals and inanimate objects which are coupled to it.
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Der Gütefaktor Q eines Schwingkreises ist durch seine Engergiespeicherfähigkeit im Vergleich zu seinem Energieverbrauch bestimmt.The quality factor Q of an oscillating circuit is due to its Energy storage capacity compared to its energy consumption certainly.
Wenn die komplexe Impedanz, die ein Mensch, ein anderes Säugetier oder ein unbelebtes Objekt darstellt, an den Schwingkreis gekoppelt wird, wird die Dämpfung der Schwingungen in dem Schwingkreis dadurch erhöht. Da die komplexe Impedanz von Menschen und anderen Säugetieren eine wesentliche ohm'sche Widerstandskomponente bzw. eine einen Stromverbrauch bewirkende Komponente.umfaßt, die bei den meisten unbelebten Objekten nicht vorhanden ist, wird der Gütefaktor Q. eines Schwingkreises stärker herabgesetzt, wenn er mit Menschen oder anderen Säugetieren verbunden wird, als wenn er mit unbelebten Objeten verbunden wird. Aufgrund der Herabsetzung des Gütefaktors Q des Schwingkreises, erfolgt eine feststellbare Herabsetzung der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen bzw. der Resonanz des Schwingkreises, sobald der Schwingkreis mit Menschen oder anderen Säugetieren verbunden wird.When the complex impedance that a human, other mammal, or inanimate object represents, to the Resonant circuit is coupled, the damping of the vibrations in the resonant circuit is increased. Because the complex Impedance of humans and other mammals is an essential ohmic resistance component or one Power consumption-causing component. Includes that at the most inanimate objects is not present, the quality factor Q. of an oscillating circuit is reduced more, when connected to humans or other mammals than when connected to inanimate objects. Due to the reduction in the quality factor Q of the resonant circuit, there is a noticeable reduction in the amplitude and / or the duration of the damped oscillations or the resonance of the oscillating circuit as soon as the oscillating circuit associated with humans or other mammals.
Die auf Kapazitäts- und Widerstandsänderungen ansprechende Schaltung besitzt einen weiten Verwendungsbereich und kann z.B. auch zur überwachung von Rohrsystemen verwendetThe one that responds to changes in capacitance and resistance Circuit has a wide range of uses and can also be used, for example, to monitor pipe systems
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werden. Aufgrund der besonders hohen Ansprechempfindlichkeit des Schwingkreises auf die Belastung durch einen Menschen, kann ein Fühler verwendet werden, dessen dem zu messenden Objekt ausgesetzte Fläche nur einige Quadratzentimeter (einige wenige Quadratzoll) groß ist und die damit kleiner als alle bisher verwendeten Fühlerflachen ist.will. Due to the particularly high sensitivity of the resonant circuit to the load caused by a People, a probe can be used whose area exposed to the object to be measured is only a few square centimeters (a few square inches) is large and is therefore smaller than all previously used feeler surfaces.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein von Zuständen bzw. Bedingungen abhängiger Steuerschaltkreis vorgesehen, in dem mindestens ein Schwingkreis periodisch durch von einem Impulsgenerator abgegebene Impulse angeregt wird und während jedes Nüllpotentials bzw. Niveaus zwischen den Impulsen in seiner natürlichen bzw. Resonanzfrequenz schwingen kann, wobei die Änderung der Amplitude und/oder der Dauer der Schwingungen des Schwingkreises, die durch Verbinden mit einer äußeren Impedanz mit einer großen kapazitiven oder Widerstandskomponente bewirkt wird hervorgehoben und/oder festgestellt wird, um ein Steuersignal zu erzeugen. Die Änderung der Amplitude der gedämpften Schwingungen kann vor ihrer Peststellung hervorgehoben werden, indem ein Oszillatorschaltkreis vorgesehen wird, der von der positiven Amplitude der gedämpften Schwingungen stoßartig in Schwingungen versetzt wird. Auf diese Weise erhält man am Oszillatorschaltkreis ein oszillierendes Ausgangssignal, sobald dieAccording to the present invention, a state or condition-dependent control circuit is provided, in which at least one resonant circuit is periodically excited by pulses emitted by a pulse generator and while each zero potential or level between the pulses can oscillate in its natural or resonance frequency, wherein the change in the amplitude and / or the duration of the oscillations of the resonant circuit caused by connecting with an external impedance with a large capacitive or resistance component is emphasized and / or is detected to generate a control signal. The change in the amplitude of the damped oscillations can occur before their position can be highlighted by an oscillator circuit is provided, which is caused to vibrate abruptly by the positive amplitude of the damped vibrations will. In this way, an oscillating output signal is obtained from the oscillator circuit as soon as the
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positive Amplitude der gedämpften Schwingung des Schwingkreises über einer bestimmten Schwelle liegt und kein Ausgangssignal, wenn die positive Amplitude unter dem vorbe~ stimmten Schwellwert liegt. Das oszillierende oder nicht oszillierende Ausgangssignal kann dann festgestellt werden, um ein Steuersignal zu bilden.positive amplitude of the damped oscillation of the resonant circuit is above a certain threshold and no output signal if the positive amplitude is below the previous ~ correct threshold. The oscillating or non-oscillating output signal can then be determined to form a control signal.
Im folgenden wird die Erfindung anhand sehematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings of exemplary embodiments.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 in einem schematischen Schaltplan eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen auf kapazitive und auf Wxderstandsänderungen ansprechenden Schaltung; 1 shows a first embodiment of the invention in a schematic circuit diagram capacitive circuit responsive to changes in resistance;
Fig. 2 in einem schematischen Schaltplan eine zweiteFig. 2 in a schematic circuit diagram, a second
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung undEmbodiment of the circuit according to the invention and
Fig. 3 in einem schematischen Schaltplan eine dritte3 shows a third in a schematic circuit diagram
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung.Embodiment of the circuit according to the invention.
Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, liefert ein Impulsgenerator 10 periodische Impulse positiver Polarität, zwischen denen die Amplitude im wesentlichen auf dem Erdpotential istAs can be seen from Fig. 1, a pulse generator 10 supplies periodic pulses of positive polarity between where the amplitude is essentially at ground potential
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Diese Impulse werden einem Vorspannungsschaltkreis 12 zugeführt, der einen Widerstand Rl, eine Kapazität Cl und eine Sperrdiode Dl umfaßt. Die positiv verlaufenden Impulse werden zu einem Schwingkreis 14 durchgelassen, der eine Induktivität Ll, eine Kapazität C2 und eine komplexe Impedanz einer äußeren, nicht gezeigten Last umfaßt, wobei die äußere Last über einen Fühler 16 mit dem Schwingkreis 14 verbunden ist. Ein Detektor 18 ist mit dem Schwingkreis 14 verbunden, um Veränderungen in der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen festzustellen, die den Ausgang des Schwingkreises 14 darstellen.These pulses are fed to a bias circuit 12, which has a resistor Rl, a capacitance Cl and a blocking diode Dl comprises. The positive running impulses are passed to an oscillating circuit 14, an inductance Ll, a capacitance C2 and a complex impedance of an outer, not shown Load includes, wherein the external load is connected to the resonant circuit 14 via a sensor 16. A detector 18 is connected to the resonant circuit 14 to detect changes in determine the amplitude and / or the duration of the damped oscillations, which the output of the resonant circuit 14 represent.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Pig. I gezeigten Schaltung erläutert. Der Impulsgenerator 10 liefert periodisch Impulse positiver Polarität zu dem Vorspannungsschaltkreis 12, wobei diese Impulse vorzugsweise im Frequenzbereich von 10 bis 20 KHz liegen, und die Einschaltdauer etwa 50 % beträgt; es sind jedoch auch andere Frequenzen und andere Werte der Einschaltdauer verwendbar. Der Wert der Kapazität Cl wird so gewählt, daß sie annähernd einen Kurzschluß für die positiv verlaufenden Impulse darstellt. Während jedes positiv verlaufenden Impulses wird die Kapazität Cl mit der in Fig. 1 gezeigten Polarität aufgeladen, wobei jedoch die Diode Dl insgesamt so vorgespannt wird, daßThe following describes the operation of the Pig. I explained the circuit shown. The pulse generator 10 periodically supplies pulses of positive polarity to the bias circuit 12, these pulses preferably being in the frequency range of 10 to 20 KHz, and the duty cycle being approximately 50 % ; however, other frequencies and other duty cycle values can also be used. The value of the capacitance C1 is chosen so that it approximately represents a short circuit for the positive pulses. During each positive-going pulse, the capacitance Cl is charged with the polarity shown in FIG. 1, but the diode Dl as a whole is biased in such a way that
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sie in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Auf diese Weise fließt ein Strom durch die Induktivität Ll des Schwingkreises 14 und führt somit der Induktivität Ll Energie zu, die in dem magnetischen Feld gespeichert wird. Die Impedanz der Induktivität Ll ist gering und lädt daher den Ausgang des Impulsgenerators 10 in einem solchen Maß, daß die Erzeugung eines Steuersignals im Detektor 18 verhindert wird, und daß ferner verhindert wird, daß die Kapazität C2 sich in einem nennenswerten Grad auflädt. Nachdem die gespeicherte Energie in der Induktivität Ll einen Maximalwert erreicht hat, stellt die Induktivität Ll einen Kurzschluß für das restliche Ausgangssignal des Impulsgenerators dar, um die Amplitude des Impulses für · den verbleibenden Teil des positiv verlaufenden Impulses etwa auf das Erdpotential zu begrenzen. Die so in der Induktivität Ll gespeicherte Energie nimmt nicht an dem Schwingen des Schingkreises 14 in seiner Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz teil. Wenn das Hinterende des positiv verlaufenden Impulsausganges des Impulsgenerators 10 erreicht wird, fällt das magnetische Feld der Induktivität Ll zusammen und induziert dabei einen Stromimpuls, der durch die Induktivität Ll gegen Erde, d.h. gegen Masse, fließt, und bewirkt, daß die Kapazität Cl auf ein höheres Niveau aufgeladen wird.it is operated in the forward direction. In this way, a current flows through the inductance Ll of the resonant circuit 14 and thus supplies the inductance Ll with energy which is stored in the magnetic field. the The impedance of the inductance Ll is low and therefore charges the output of the pulse generator 10 to such an extent that that the generation of a control signal in the detector 18 is prevented, and that it is also prevented that the Capacity C2 charges itself to a significant degree. After the stored energy in the inductance Ll has reached a maximum value, the inductance Ll represents a short circuit for the remaining output signal of the Pulse generator represents the amplitude of the pulse for · the remaining part of the positive going pulse to be limited to the earth potential. The energy stored in this way in the inductance Ll does not decrease Oscillation of the oscillating circuit 14 in its natural frequency or Resonance frequency part. When the tail end of the positive going pulse output of the pulse generator 10 reaches is, the magnetic field of the inductance Ll coincides and induces a current pulse that through the inductance Ll to earth, i.e. to earth, flows, and causes the capacitance Cl to a higher Level is charged.
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Da die Diode Dl eine Diode mit gespeicherter Ladung ist, speichert sie eine größere Ladung für eine längere Zeit und verliert diese Ladung schneller als die meisten Halbleiterdioden. Die Diode Dl besitzt eine merkliche Diffusionslextfähigkeit in dem Zeitpunkt, in dem die hintere Flanke des positiven Impulses durchläuft und da diese Leitfähigkeit existiert, verhindert sie, daß die Diode Dl den Vorspannschaltkreis 12 von dem Schwingkreis 14 isoliert. Da die Kapazität Cl von dem positiven Impuls des Impulsgenerators 10 und dem induktiven Impuls von der Induktivität Ll beaufschlagt wird, wirkt sie wie eine kleine Batterie und verursacht einen Stromfluß von Masse durch die Induktivität Ll, die aufgrund von Diffusion leitende Diode Dl, durch die Kapazität Cl selbst und durch den Impulsgenerator 10 gegen Masse. Auf diese Weise wird erneut Energie elektromagnetisch in der Induktivität Ll gespeichert. Der umgekehrte Strom durch die Diode Dl bewirkt eine schnelle Eliminierung des durch die Diffusionslextfähigkeit hervorgerufenen leitenden Zustandes der Diode Dl und die Diode Dl wird damit in die Lage versetzt den Vorspannungsschaltkreis 12 von dem Schwingkreis 14 zu isolieren. Da die Diode Dl aufgrund der in der Kapazität Cl verbleibenden Restladung in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist, stellt sie eine hohe Impedanz fürSince the diode Dl is a stored charge diode, it stores a larger charge for a longer one Time and loses this charge faster than most semiconductor diodes. The diode Dl has a noticeable Diffusion flexibility at the point in time when the trailing edge of the positive pulse traverses and since this conductivity exists, it prevents the diode Dl from removing the bias circuit 12 from the resonant circuit 14 isolated. Since the capacitance Cl of the positive pulse of the pulse generator 10 and the inductive pulse is acted upon by the inductance Ll, it acts like a small battery and causes a flow of current from ground through the inductance Ll, the conductive diode Dl due to diffusion, through the capacitance Cl itself and through the pulse generator 10 to ground. In this way, energy becomes electromagnetic again in the Inductance Ll stored. The reverse current through the diode Dl causes a rapid elimination of the caused by the diffusion extensibility of the conductive state of the diode Dl and the diode Dl is thus enables the bias circuit 12 to be isolated from the resonant circuit 14. Since the diode Dl due the residual charge remaining in the capacitance Cl is biased in the reverse direction, it represents a high impedance for
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den Schwingkreis 14 dar und verhindert somit dessen Aufladung. In ähnlicher V/eise ist der Detektorschaltkreis. 18 so ausgebildet, daß er den Schwingkreis 14 nicht auflädt. Wenn der Induktivität Ll nicht langer Energie zugeführt wird, fällt ihr magnetisches Feld zusammen und bewirkt ein Schwingen des Schwingkreises 14 in seiner Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz. Während das Signal zwischen den Impulsen auf seinem Null-Pegel (O-Pegel) ist, d.h. in der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden positiv verlaufenden Impulsen, wenn die Amplitude etwa auf dem Masse- bzw. Erdpotential ist, entlädt sich die Kapazität Cl teilweise durch den Widerstand Rl, Die Werte der Widerstände Rl und der Kapazität Cl sind so gewählt, daß die Diode Dl während des Null-Pegels zwischen den Impulsen in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Der Widerstand Rl und die Kapazität Cl können durch einen Kurzschlußkreis ersetzt werden, wenn der Ausgang des Impulsgenerators 10 zwischen den positiv verlaufenden Impulsen nicht etwa das Massepotential annimmt sondern stattdessen ein negatives Signal abgibt.represents the resonant circuit 14 and thus prevents its charging. The detector circuit is similar. 18 designed so that it does not charge the resonant circuit 14. If the inductance Ll is no longer supplied with energy, its magnetic field collapses and causes the oscillating circuit 14 to oscillate in its natural frequency or resonance frequency. While the signal between the pulses is at its zero level (0 level), ie in the time between successive positive-going pulses when the amplitude is approximately at ground potential, the capacitance C1 partially discharges through the resistance Rl, The values of the resistors Rl and the capacitance Cl are chosen so that the diode Dl is reverse biased during the zero level between the pulses. The resistor R1 and the capacitance C1 can be replaced by a short circuit if the output of the pulse generator 10 does not assume the ground potential between the positive pulses but instead emits a negative signal.
Wenn keine Last an den Fühler gekoppelt ist, liegen die Amplitude, die Frequenz und die Dauer der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises lh relativ fest und der Detektor 18 ist so ausgelegt, daß er in diesem Fall nicht anspricht. Wenn jedoch eine Last mit einer komplexenIf no load is coupled to the sensor, the amplitude, the frequency and the duration of the damped oscillations of the resonant circuit lh are relatively fixed and the detector 18 is designed so that it does not respond in this case. However, when a load with a complex
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Impedanz, die eine wesentliche V/iderstandskomppnente aufweist, über den Fühler 16 mit dem Schwingkreis verbunden wird, so wird der Gütefaktor Q des Schwingkreises Ik herabgesetzt, wodurch die Amplitude und/oder die Dauer der Schwingungen des Schwingkreises 14 stark herabsetzt werden. Ein unbelebtes Objekt bzw. ein unbelebter Gegenstand, der in den meisten Fällen keine wesentliche Widerstandskomponente aufweist, hat nur eine geringe oder keine Auswirkung auf den Gütefaktor Q des Schwingkreises lh und daher auch keine oder nur geringe Auswirkung auf die Amplitude und/oder die Dauer der Schwingungen des Schwingkreises lh. Ferner ist eine Last, die eine komplexe Impedanz mit einer wesentlichen kapazitiven Komponente aufweist, in ähnlicher Weise in der Lage die Schwingungen des Schwingkreises 14 zu dämpfen, wenn sie mit dem Schwingkreis über den Fühler 16 verbunden wird.Impedance, which has a substantial resistance component, is connected to the resonant circuit via the sensor 16, the quality factor Q of the resonant circuit Ik is reduced, as a result of which the amplitude and / or the duration of the oscillations of the resonant circuit 14 are greatly reduced. An inanimate object or an inanimate object, which in most cases has no significant resistance component, has little or no effect on the quality factor Q of the resonant circuit lh and therefore no or only little effect on the amplitude and / or the duration of the Oscillations of the oscillating circuit lh. Furthermore, a load which has a complex impedance with a substantial capacitive component is similarly able to dampen the oscillations of the oscillating circuit 14 when it is connected to the oscillating circuit via the sensor 16.
Der Detektor ist vorzugsweise, in bekannter Weise so ausgebildet, daß er auf Herabsetzungen der Amplitude und/ oder der Dauer der gedämpften Schwingungen, die in dem Schwingkreis bewirkt werden, anspricht, um ein Steuersignal abzugeben.The detector is preferably designed in a known manner in such a way that it reacts to reductions in amplitude and / or the duration of the damped oscillations that are caused in the resonant circuit, responds to a control signal submit.
Die Änderungen in der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen können vorteilhafterweise vorThe changes in the amplitude and / or the duration of the damped oscillations can advantageously occur
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ihrer Zuführung zu dem Detektor verstärkt werden. Die vorzugsweise Ausführuiigsform gemäß ]?ig. 2 umfaßt eine Verstarlrun.gsvorrichtu.ng.their feeding to the detector are amplified. The preferred embodiment according to]? Ig. 2 includes an implementation device.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Impulsgenerator 20, Vorspannungsschaltkreise 22 und 21J der in Fig. 1 gezeigten Art, Schwingkreise 26 und 28, verstärkende Kreise 30 und 32, Detektorkreise 34 und 36 und Lastschaltkreise 38, 40 und 42. Die beiden parallelen ein Steuersignal erzeugenden Schaltkreise, die von den Vorspannschaltkreisen 22 und 24, den Schwingkreisen 26 und 28, den Verstärkungsschaltkreisen 30 und 32 und den Detektorschaltkreisen 34 und 36 gebildet werden, sind in ihrem Auf1-bau und in ihrer Funktion identisch. Daher wird nur einer dieser Schaltkreise im einzelnen beschrieben.The apparatus shown in Fig. 2 comprises a pulse generator 20, bias circuits 22 and 2 1 J of the type shown in Fig. 1, the resonant circuits 26 and 28, amplifying circuits 30 and 32, detecting circuits 34 and 36 and load circuits 38, 40 and 42. The two parallel, a control signal generating circuits by the biasing circuits 22 and 24, the resonant circuits 26 and 28, the gain circuits 30 and 32 and the detector circuits 34 are formed and 36 are in their on 1 - identical construction and in their function. Therefore, only one of these circuits will be described in detail.
Der Vorspannschaltkreis 22 ist mit dem Impulsgenerator 20 verbunden, um dessen Ausgangsimpulse zu empfangen und sie zu dem Schwingkreis 26 weiterzuleiten, der einen Fühler Al und eine Induktivität L2 umfaßt, wobei die Kapazität für den Schwingkreis von der Antenne Al und den Kapazitäten C7 und ■ C8 des Verstärkungsschaltkreises 30 gebildet wird. Der Verstärkungsschaltkreis 30 umfaßt einen Transistor Q Rückkopplungskapazitäten C7 und C8 und Vorspannungs- bzw. The bias circuit 22 is connected to the pulse generator 20 in order to receive its output pulses and to pass them on to the oscillating circuit 26, which comprises a sensor A1 and an inductance L2, the capacitance for the oscillating circuit from the antenna A1 and the capacitances C7 and C8 of the amplification circuit 30 is formed . The amplification circuit 30 includes a transistor Q feedback capacitances C7 and C8 and bias or
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Strombegrenzungswiderstände RS und R9 und ist mit dem Schwingkreis 26 verbunden, um dessen Ausgangssignal zu empfangen und in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal ein oszillierendes Eingangssignal für den Detektor 34 zu bilden.Current limiting resistors RS and R9 and is with the resonant circuit 26 is connected to receive its output signal and in dependence on this output signal an oscillating input signal for the detector 34 to form.
Der Detektor 3^ umfaßt Begrenzungswiderstände R12 und R13 und den Transistor Q 5 und wird so betrieben, daß er ein Steuersignal zu den Lastschaltkreisen 38 und 40 abgibt, sobald er ein vorbestimmtes Ausgangssignal von dem Verstärkungsschaltkreis 30 empfängt. Der. Schaltkreis gemäß Fig. 2 funktioniert wie folgt:The detector 3 ^ includes limiting resistors R12 and R13 and transistor Q 5 and is operated to provide a control signal to load circuits 38 and 40 emits as soon as it has a predetermined output signal from the amplification circuit 30 receives. Of the. Circuit according to Fig. 2 works as follows:
Der Impulsgenerator 20, der Vorspannungsschaltkreis 22 und der Schwingkreis 26 arbeiten wie in Pig. I beschrieben, wobei der Schwingkreis 26 periodisch gedämpfte Schwingungen mit seiner Eigenfrequenz bzw. seiner Resonanzfrequenz erzeugt. Wenn eine komplexe Impedanz mit einer wesentlichen Widerstandskomponente kapazitiv mit dem Fühler Al gekuppelt wird, wird der Gütefaktor Q' des Schwingkreises 26 herabgesetzt, wodurch wiederum eine Verringerung der Amplitude und/oder der Dauer der hervorgerufenen Schwingungen in dem Schwingkreis 26 jeweils während des O-Pegels zwischen den Impulsen des Impulsgenerators 20 bewirkt wird. Darüber hinaus kann eine Last mit einer komplexen Impedanz, dieThe pulse generator 20, the bias circuit 22 and the resonant circuit 26 work as in Pig. I described, the resonant circuit 26 periodically damped oscillations generated with its natural frequency or its resonance frequency. When a complex impedance with a substantial Resistance component is capacitively coupled with the sensor Al, the quality factor Q 'of the oscillating circuit 26 reduced, which in turn reduces the amplitude and / or the duration of the generated vibrations in the resonant circuit 26 each during the 0 level between the pulses of the pulse generator 20 is effected. In addition, a load with a complex impedance that
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eine wesentliche kapazitive Komponente aufweist, ähnlich in der Lage sein» die Schwingungen des Schwingkreise 26 zu dämpfen, wenn sie über die Antenne Al mit dem Schwingkreis 26 gekuppelt wird.has an essential capacitive component, similarly being able to »the oscillations of the oscillating circuit 26 to attenuate when it is coupled to the resonant circuit 26 via the antenna A1.
Der Verstärkungsschaltkreis 30 hebt die Reduktion der Amplitude der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises 26, die durch die Last bewirkt wird, hervor. In Abwesenheit eines positiven Ausgangs von dem Impulsgenerator ist der Transistor Q 3 normalerweise nicht leitend, da an Basis und Emitter keine in Vorwärtsrichtung gerichtete Vorspannung vorhanden ist. Die Kapazitäten CJ und C8 werden entsprechend den Erfordernissen des Schwingkreises 26 so gewählt, daß sie eine ausreichende Rückkopplung ergeben, um Schwingungen des Transistors Q 3 zu erzwingen, wenn der Transistor Q 3 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Auf diese Weise wird, wenn ein positiver Impuls dem Vorspannungsschaltkreis 22 und dem Schwingkreis 26 zugeführt wird, um ein Schwingen des letzteren mit seiner Eigenfrequenz zu erreichen, sobald der Impulsausgang des Impulsgenerators 20 im wesentlichen ein Masse- oder Erdpotential oder ein negatives Potential besitzt, der Transistor Q 3 stoßartig zu Schwingungen angeregt aufgrund der Vorspannung, die von den positiven Abschnitten der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises bewirkt wird. Die SchwingungBoost circuit 30 emphasizes the reduction in amplitude of the damped oscillations of resonant circuit 26 caused by the load. In the absence of a positive output from the pulse generator, transistor Q 3 will normally not conduct because there is no forward bias at the base and emitter. The capacitances CJ and C8 are selected according to the requirements of the resonant circuit 26 so that they provide sufficient feedback to force the transistor Q 3 to oscillate when the transistor Q 3 is forward biased. In this way, when a positive pulse is applied to the bias circuit 22 and the resonant circuit 26 to cause the latter to oscillate at its natural frequency as soon as the pulse output of the pulse generator 20 has essentially a ground potential or a negative potential, the Transistor Q 3 suddenly excited to oscillate due to the bias voltage caused by the positive sections of the damped oscillations of the resonant circuit. The vibration
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des Transistors Q 3 wird während der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises aufrecht erhalten aufgrund der Rückkopplung, die durch die Kapazitäten C7 und 08 erreicht v wird· Durch die Widerstände R8 und R9 wird für die Erregerspannung ein Schwellmaß "bestimmt, oberhalb dem der Transistor Q 3 schwingt. R8 und R9 sind so gewählt, daß die Amplitude:der "normalgedämpften" Schwingungen-d.h. den nicht durch eine an den Fühler Al angekoppelte Impedanz zusätzlich gedämpften Schwingungen - des Schwingkreises ausreicht, den !Transistor Q 3 zu Schwingungen anzustoßen· Der Transistor Q 3 ist vorgespannt, sodaß während der Schwingungen eine positive Gleichspannungskomponente an seinem .Emitter vorhanden ist. Wie "bereits erwähnt, hat der positive Impuls des Impulsgenerators 20 keine genügende Amplitude, um den Transistor Q 3 so vorzuspannen, daß er zu schwingen beginnt· Daher ist das vom Emitter des Transistors Q 3 abgenommene Ausgangssignal eine pulsierende Spannung mit einer positiven Gleichstromkomponente, solang der Schwingkreis 26 mit einer genügenden Amplitude in seiner Eigenfrequenz schwingt, während der Emitterausgang von Q 3 etwa das Massepotential aufweist, wenn die Amplitude der Eigenfrequenz schwingungen des Schwingkreises 26 ungenügend ist, um Schwingungen von Q 3 zu bewirken und außerdem nur die relativ geringe Amplitude des positiven Impulses des Impulsgenerators 20 vorhanden ist. Die Amplitude der Eigenfrequenzschwingung des Schwii^creises wird in ausreichendem Maße herabgesetzt, um Schwingungen des Transistors Q 3 zu verhindern, wenn eine Last mit einer kmplecenof transistor Q 3 is maintained during the damped oscillation of the resonant circuit due to the feedback, which reaches through the capacitances C7 and 08 v · By the resistors R8 and R9 is a Schwellmaß "is determined for the excitation voltage above which the transistor Q 3 resonates . R8 and R9 are selected so that the amplitude of : the "normally damped" oscillations - that is, the oscillations not additionally damped by an impedance coupled to the sensor A1 - of the resonant circuit is sufficient to trigger the transistor Q 3 to oscillate. The transistor Q 3 is biased so that a positive DC voltage component is present at its emitter during the oscillations output signal taken from the emitter of transistor Q 3 is a pulsating voltage with a positive DC current component, as long as the resonant circuit 26 oscillates with a sufficient amplitude in its natural frequency, while the emitter output of Q 3 has about the ground potential when the amplitude of the natural frequency oscillations of the oscillating circuit 26 is insufficient to cause oscillations of Q 3 and also only the relative low amplitude of the positive pulse of the pulse generator 20 is present. The amplitude of the natural frequency oscillation of the oscillation circuit is reduced sufficiently to prevent oscillation of the transistor Q 3 when a load is spliced with a
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Impedanz, die eine wesentliche kapazitive oder Widerstandskomponente aufweist, kapazitiv mit dem Fühler Al gekoppelt wird. Auf diese Weise wird die Verminderung der Amplitude der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises 26 am Emitterausgang des Transistors Q 3 verstärkt angezeigt, indem der Ausgang von einem periodischen schwingenden Ausgangssignal, das eine Gleichstomkomponente aufweist, zu einem nicht schwingenden Ausgangsignal etwa im Bereich des Massepotentials übergeht. Mit dem Begriff "Verstärkung" ist hier diese Änderung des vom Transistor Q 3 abgegebenen Signals bezeichnet, die eintritt, wenn der Schwingkreis über ein gewisses Maß hinaus gedämpft wird.Impedance, which is a significant capacitive or resistive component has, is capacitively coupled to the sensor Al. This way the diminution will the amplitude of the damped oscillations of the resonant circuit 26 at the emitter output of the transistor Q 3 amplified displayed by taking the output of a periodic oscillating output signal that is a DC component has, changes to a non-oscillating output signal approximately in the range of the ground potential. With the term "Gain" is referred to here as this change in the signal output by transistor Q 3, which occurs when the oscillating circuit is dampened to a certain extent.
Der Detektor 3^9 der die Widerstände R12 und R13 · und den Transistor Q 5 umfaßt, stellt die Anwesenheit oder Abwesenheit von Schwingungen an dem Ausgang des Verstärkungsschaltkreises 30 fest und erzeugt ein entsprechendes Steuersignal. Der Widerstand R12 begrenzt den Basisstrom und der Widerstand R13 begrenzt den Kollektorstrom des Transistors Q 5. Während jeder Periode, während der der Transistor Q 3 schwingt und damit anzeigt, daß der Schwingkreis 26 nicht belastet ist, wird der Transistor Q 5 von der Gleichstromkomponente der Schwingung leitend gemacht, wodurch der Kollektor des Transistors Q 5 annähernd auf das Basispotential gebracht wird. Wenn der Transistor Q 3 aufhörtThe detector 3 ^ 9, which comprises the resistors R12 and R13 and the transistor Q 5, detects the presence or absence of oscillations at the output of the amplification circuit 30 and generates a corresponding control signal. The resistor R12 limits the base current and the resistor R13 limits the collector current of the transistor Q 5. During each period during which the transistor Q 3 oscillates, indicating that the resonant circuit 26 is not loaded, the transistor Q 5 is of the direct current component of the Oscillation made conductive, whereby the collector of the transistor Q 5 is brought approximately to the base potential. When the transistor Q 3 stops
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zu schwingen und sein Emitter etwa auf das Basispotential gebracht wird und damit eine Belastung des Schwingkreises 26 anzeigt, wird der Transistor Q 5 ausgeschaltet, bzw. gesperrt und sein Kollektor steigt auf die Speisespannung, an, die vorzugsweise etwa + 10 Volt Gleichstrom beträgt.to oscillate and its emitter is brought approximately to the base potential and thus a load on the resonant circuit 26 indicates, the transistor Q 5 is switched off or locked and its collector rises to the supply voltage, which is preferably about + 10 volts direct current.
Auf diese Weise wird, wenn der Fühler Al mit einer Impedanz gekuppelt ist, die entweder eine wesentliche kapazitive oder eine wesentliche Widerstandskomponente aufweist, was bei Menschen und anderen Säugetieren der Fall ist, ein Steuersignal mit Speisespanmingspotential am Kollektor des Transistors Q 5 erzeugt; ansonsten weist das 'Steuersignal 'im we sent liehen das^ Masse_potential auf.In this way, when the sensor Al is coupled to an impedance that is either a substantial one has capacitive or a substantial resistance component, which is the case in humans and other mammals is, a control signal with supply voltage potential at the collector of the transistor Q 5 generated; otherwise, the 'control signal' is essentially on the ^ mass_potential.
Die auf diese Weise erzeugten Steuersignale können entweder für sich allein oder in Kombination verwendet werden, um eine Anzahl von Lastschaltkreisen zu steuern. Z.B. kann der Ausgang des Detektors 34 einen Lastschaltkreis oder einen Lastschaltkreis 40 oder diese beiden Lastschaltkreise gleichzeitig, steuern. In ähnlicher Weise kann der Ausgang des Detektors 36 verwendet werden, um einen Lastschaltkreis 42 oder den Lastschaltkreis 40 oder beide Lastschaltkreise 40 und 42 zu steuern. Alternativ können beideThe control signals generated in this way can either be used alone or in combination, to control a number of load circuits. For example, the output of detector 34 can be a load circuit or a load circuit 40 or both of these load circuits at the same time. Similarly, the Output of the detector 36 can be used to set up a load circuit 42 or the load circuit 40 or both load circuits 40 and 42 to control. Alternatively, both
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Steuersignale von den Detektoren 34 und 36 unabhängig voneinander oder in Kombination verwendet werden, um einen einzigen Lastschaltkreis 40 zu steuern, der logische Schaltkreise wie z.B. einen ODER- oder einen UND- Schaltkreis umfassen kann.Control signals from detectors 34 and 36 can be used independently or in combination to create a single load circuit 40 to control the logic circuits such as an OR or an AND circuit may include.
In der zweiten bevorzugten vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die verschiedenen Schaltkreiskomponenten wie folgt dimensioniert sein:In the second preferred embodiment described above, the various circuit components be dimensioned as follows:
••
•
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Pig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Detektors 44, der einen Höchstwertdetektor bzw. Höchstwertanzeiger 116 umfaßt. Eer Ausgang des Höchstwertanzeigers wird an der Verbindungsstelle zwischen der Diode D4 und der Kapazität C12 und dem Widerstand R1.8 abgenommen. Die negativen Abschnitte der gedämpften Schwingung des Schwingkreises 14 schalten den Transistor Q 7 ab und bewirken, daß eine gesteuerte Ladung der Kapazität C12 über den Widerstand R17 und die Diode D4 zugeführt wird. Der Widerstandswert des Widerstandes Rl8 ist so gewählt, daß eine Entladung der Kapazität C12 zwischen den positiven Abschnitten der gedämpften Schwingung des Schwingkreises 14 verhindert wird. Daher arbeiten, wenn der Schwingkreis 14 mit seiner Eigenfrequenz schwingt die Diode D4 die Kapazität C12 und der Widerstand Rl8 als ein Köchstwertanzeiger, der die Detektorausgangsspannung auf einem Potential hält, das etwa der SpeisespannungPig. 3 shows a further embodiment of a detector 44 which comprises a peak value detector or maximum value indicator 1 sixteenth The output of the maximum value indicator is taken from the junction between the diode D4 and the capacitance C12 and the resistor R1.8. The negative portions of the damped oscillation of the resonant circuit 14 turn off the transistor Q 7 and cause a controlled charge to be supplied to the capacitance C12 via the resistor R17 and the diode D4. The resistance of the resistor R18 is chosen so that a discharge of the capacitance C12 between the positive sections of the damped oscillation of the resonant circuit 14 is prevented. Therefore, when the resonant circuit 14 oscillates at its natural frequency, the diode D4, the capacitance C12 and the resistor R18 operate as a maximum value indicator which keeps the detector output voltage at a potential which is approximately the supply voltage
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entspricht. Wenn der Schwingkreis Ik von dem positiv verlaufenden
Impuls des Impulsgenerators 10 mit Energie versorgt wird, liegt an dem Transistor Q 7 eine solche Vorspannung,
daß er nicht leitend ist und sein Kollektor
weist etwa die Speisespannung auf und das Ausgangssignal
des Detektors wird wiederum auf einem Potential gehalten, das in etwa der Speisespannung entspricht. Wenn jedoch der
Schwingkreis Ik vermittels des Fühlers 16 mit einer äußeren
Impedanz gekoppelt wird, die entweder eine wesentliche
kapazitive oder Widerstandskomponehte besitzt, wird die
Amplitude der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises
14 herabgesetzt und damit die Zeit, während der der Transistor
Q 7 abgeschaltet ist, ebenfalls herabgesetzt.
Aufgrund dessen wird die Ladung, die der Kapazität C12
während der Resonanzschwingungen des Schwingkreises zugeführt wird, herabgesetzt und damit auch die Spitzenamplitude,
die von dem Höchstwert bzw. Spitzenanzeig.er 46 festgestellt
wird. Auf diese Weise kann eine Änderung des Detektorausv gangssignals von 2 : 1 für kleine Amplitudenänderungen
der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises Ik erhalten
werden.is equivalent to. When the resonant circuit Ik is supplied with energy by the positive pulse of the pulse generator 10, the transistor Q 7 has such a bias that it and its collector are not conductive
has approximately the supply voltage and the output signal
of the detector is in turn held at a potential which corresponds approximately to the supply voltage. If, however, the resonant circuit Ik is coupled to an external impedance by means of the sensor 16, which is either a substantial
has capacitive or resistance components, the
Amplitude of the damped oscillations of the oscillating circuit
14 and thus the time during which the transistor Q 7 is switched off, also reduced.
Because of this, the charge that the capacitance C12
while the resonance oscillations of the oscillating circuit is fed, is reduced, and thus also the peak amplitude, which is determined by the maximum value or peak indicator 46. In this way, a change in the detector output signal of 2: 1 can be used for small changes in amplitude
the damped oscillations of the oscillating circuit Ik can be obtained.
Die vorstehend beschriebenen auf kapazitive und auf Widerstandsänderungen ansprechenden Schaltungen können in verschiedenster V/eise verwendet werden. So können z.B.The capacitive and resistance changes responsive circuits described above can be incorporated into different ways can be used. E.g.
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Änderungen der Antennenbelastung durch einen miniaturisierten Belastungsschaltkreis bewirkt werden, der eine Scheibe bzw. Kondensatorplatte umfaßt, die für eine wahlweise Kopplung mit dem Fühler Al oder dem Fühler A2 bestimmt ist. Ein solcher Belastungsschaltkreis kann z.B. in einen Gegenstand eingebaut sein, der von einer Person getragen wird, wie z.B. in einen Ring oder in ein Uhrband und kann als Schlüssel verwendet werden, um z.B. zu bewirken, daß ein Steuerschaltkreis ein Schloß öffnet. Das Ausgangssignal von einem beliebigen oder von allen der Detektorschaltkreise kann durch Anschluß eines Polaritäts-Umkehrschaltkreises abgewandelt werden. Im Fall des Detektors gemäß Fig. 3 kann eine negative Spannung verwendet werden, indem die Diode D4 entgegen der dargestellten Richtung gepolt wird. Ferner kann die /Jider stands komponente der Impedanz, mit der der Schwingkreis belastet wird, ohmisch mit dem Fühler gekoppelt werden und nicht kapazitiv. Es können auch andere dem Fachmann bekannte Detektorverfahren d.h. Verfahren zur Feststellung von Änderungen der Schwingungen des Schwingkreises verwendet werden, die von den offenbarten Verfahren abweichen; so kann z.B. eine Synchronitätsfeststellung oder eine Zeitvergleichsmethode verwendet werden, um Änderungen in der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen festzustellen. EsChanges in the antenna load can be caused by a miniaturized load circuit, the one Disc or capacitor plate includes, which for an optional coupling with the sensor Al or the sensor A2 is determined. Such a load circuit can e.g. be built into an object worn by a person, such as a ring or a watch strap and can be used as a key to cause a control circuit to open a lock, for example. The output signal any or all of the detector circuits can be obtained by connecting a polarity reversing circuit be modified. In the case of the detector according to FIG. 3, a negative voltage can be used, by the diode D4 opposite to the direction shown is polarized. Furthermore, the / Jider stands component of the Impedance with which the resonant circuit is loaded can be ohmically coupled to the sensor and not capacitively. It Other detection methods known to the person skilled in the art, i.e. methods for determining changes in the vibrations, can also be used of the resonant circuit are used that differ from the disclosed method; for example, a synchronicity determination or a time comparison method can be used to detect changes in amplitude and / or determine the duration of the damped oscillations. It
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können ferner auch andere Impulsgeneratoren als der offenbarten verwendet werden, um periodisch den Schwingkreis mit Energie zu versorgen und eine Eigenfrequenzschwingung desselben zu erreichen.pulse generators other than the one disclosed can also be used to periodically control the resonant circuit to supply with energy and to achieve a natural frequency oscillation of the same.
Alle in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Angaben und Merkmale werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.All information and characteristics disclosed in the registration documents are used, insofar as they are used individually or in combination are new compared to the prior art, claimed as essential to the invention.
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