DE2518255A1 - Anordnung zum automatischen erkennen von gegenstaenden oder tieren - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SOCIETS ANONYMÜ COTIBAR
15, Rue Marechal de Hetz
F-55002 Bar-le-Duc, Frankreich

Anordnung zum automatischen Erkennen von Gegenständen oder Tieren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zum Erkennen von Gegenständen oder Tieren; sie bezieht sich insbesondere jedoch nicht ausschließlich auf eine Anordnung zur automatischen Erkennung von Tieren, die Teil einer Herde bilden, und zwar im Hinblick darauf, bezüglich .jedes. Tieres Informationen bestimmen zu können, die sich auf dessen Entwicklung im Laufe eines Zeitabschnitts im Leben des betreffenden Tieres beziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen, wie eine Anordnung der vorstehend genannten Art auf besonders einfache und wirksame Weise aufzubauen ist.

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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß ein durch eine Selbstinduktivität gebildeter Primärkreis vorgesehen ist, der von einem Wechselstromgenerator veränderbarer Frequenz gespeist wird, dessen Frequenz N bestimmte unterschiedliche Werte durchläuft, daß Sekundärkreise in dem Fall gebildet sind, daß zu erkennende Gegenstände oder Tiere vorgesehen sind, daß jeder Sekundärkreis durch einen entsprechenden Gegenstand oder ein entsprechendes Tier festgelegt ist und aus einer Selbstinduktivität besteht, die unter der Wirkung der Selbstinduktivität mit dem Primärkreis in dem Fall gekoppelt ist, daß der Gegenstand oder das Tier in hinreichender Nähe zu dem betreffenden Kreis ist, daß 1<n<N Kreise, die aus einer Selbstinduktivität und einem dazu in Reihe liegenden Kondensator gebildet sind, an den Anschlüssen der Selbstinduktiyität des Sekundärkreises angeschlossen sind und mit diesem jeweils einen Resonanzkreis für eine Frequenz unter den N Frequenzen bilden, die durch den Strom veränderbarer Frequenz festgelegt sind, daß Detektoreinrichtungen vorgesehen sind, die die durch die Resonanz des Sekundärkreises hervorgerungenen Änderungen des Ersatzwiderstandes der aus dem Primärkries und dem Sekundärkreis gebildeten Kreisanordnung feststellen, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Anzahl und die Lage der Änderungen des betreffenden Ersatzwiderstands bestimmen, der Mittels der Detektoreinrichtungen für die η Resonanzkreise des Sekundärkreises ermittelt ist, derart, daß ein N Bits umfassendes Wort gebildet ist, welches höchstens η "1"-Verknüpfungsbits enthält und der Nummer des erkannten Gegenstandes oder Tieres entspricht, und daß eine Synchronisierschaltung vorgesehen 1st, die den einen Strom variabler Frequenz abgebenden Stromgenerator, die Detektoreinrichtungen und die Einrichtungen zu synchronisieren gestattet,

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welche die Anzahl und die Lage der betreffenden Änderungen des Ersatzwiderstandes festlegen.

Gemäß einem "besonderen Merkmal der Erfindung enthält die Erkennungsanordnung außerdem einen Codeumsetzer bzw. Codewandler, der die N Bits umfassenden Signale, die von den genannten Einrichtungen abgegeben werden, die die Anzahl und die Lage der Änderungen des Ersatzwiderstands festlegen, in einen Binärcode umsetzt.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Prinzipschaltbild Detektoreinrichtungen, die in der Erkennungsanordnung gemäß der Erfindung verwendet werden.

Fig. 1a zeigt einen Sekundärkreis, der insbesondere mit einem Primärkreis gemäß Fig. 1 verbunden ist. Fig. 2 zeigt in einem Kurvendiagramm die Änderungen des Ersatzwiderstands der in Fig. 1 dargestellten Schaltung in Abhängigkeit von der Wirkung des Sekundärkreises. Fig. 3 zeigt in einem übersichtlichen Schaltplan eine Erkennungsanordnung gemäß der Erfindung. Fig. 4 bis 11 zeigen Kurven, durch die der Verlauf von Signalen veranschaulicht ist, die an verschiedenen Schaltungspunkten der in Fig. 3 dargestellten Anordnung auftreten. Fig. 12 zeigt einen Schaltplan eines Codeumsetzers, der Teil der Erkennungsanordnung gemäß der Erfindung ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild umfaßt hauptsächlich einen Primärkreis, der aus einer Selbstinduktivität mit einem Innenwiderstand r. besteht und der von einem Genera tor Eg variabler Frequenz gespeist wird, der einen Innen-

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widerstand Rg besitzt. Die Speisung des Primärkreises erfolgt dabei über einen komplexen Widerstand R₁ + jX..

Der Primärkreis ist über eine Gegeninduktion mit einem Sekundärkreis gekoppelt, der eine Selbstinduktivität L„ mit einem Innenwiderstand r„ umfaßt. An den Anschlüssen dieses Sekundärkreises ist ein komplexer Widerstand Rp + jX„ angeschlossen. Der Sekundärkreis ist durch einen zu erkennenden Gegenstand oder ein zu erkennendes Tier gebildet. Der Koeffizient der Gegeninduktion zwisiien den Selbstinduktivitäten L^ und Lp ist M.

Der Ersatzwiderstand der in Fig. 1 dargestellten Schaltung, und zwar bei Messung an den Anschlüssen A und B, ist durch folgende Beziehungen gegeben:

	+	2	+	H2	w2 <	f	(ι	R,	X2	)2
	R2)	+	X.	+
M2V/		W +	(I		X?	)2
(r.	Rp)	+	, +	+
,)

Re = (R₁ + r ) +
^{Ί Ί}

Xe = }L + Lw - ^p ²^ p- (2)

¹¹ ( )^

Diese Beziehungen ermöglichen festzustellen, daß die durch den Sekundärkreis verursachte Impedanzänderung eine Funktion der Frequenz der Spannung ist, die von dem Generator Eg erzeugt wird, und zwar auf Grund der mit der Frequenz erfolgenden Änderung der an den Anschlüssen der Selbstinduktivität L₂ angeschlossenen Impedanz Z .

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_ 5 —

Durch die Koppelung von Sekundärkreisen, die auf die Frequenz völlig verschieden reagieren, mit dem Sekundärkreis ist es demgemäß möglich, die Sekundärkreise bei der Untersuchung des Verhaltens des oben definierten Ersatzwiderstandes Ze zu unterscheiden.

Zum anderen ermöglichen die Beziehungen (1) und (2) herzuleiten, daß die Änderung des Ersatzwiderstands in der Umgebung der Resonanzfrequenz des Sekundärkreises am wichtigsten ist.

Mit Rücksicht auf die vorstehenden Ausführungen und die nachfolgenden Ausführungen sei bemerkt, daß man in dem Fall, daß es erforderlich ist, eine große Anzahl von Gegenständen oder Tieren zu erkennen, eine einzige Frequenz für einen Gegenstand oder ein Tier hinzufügen kann, ohne daß dies eine sehr beträchtliche Anlage zur Folge hat. Es ist nämlich vorgesehen, die Eigenschaften der noch zu beschreibenden Schaltung auszunutzen, um eine Vielzahl von Resonanzfrequenzen für jeden zu erkennenden Gegenstand oder jedes zu erkennende Tier zu bestimmen; unter der Annahme, daß η Frequenzen aus N Grundfrequenzen erfaßt werden, ■ ermöglicht dies,

i = η i

C,_T -Kombinationen von η Frequenzen

zu erzielen und demgemäß ebenso die festzulegenden Nummern.

Zu diesem Zweck ist die Impedanz Z„ des Sekundärkreises durch 1 bis η Kreise gebildet, die aus der Reihenschaltung einer Selbstinduktivität und eines Kondensators bestehen und die parallel an den Anschlüssen der Selbstinduktivität Lp angeschlossen sind.

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Das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erhaltene Wertepaar für N und η beträgt N = 12 und η = 3; dies ermöglicht, C_n ¹ + C_n ² + C_n ⁵ = 12 + 66 + 220 = 298 Kombinationen zu erzielen. Dies bedeutet, daß im vorliegenden Fall die Erkennung von 298 unterschiedlichen Gegenständen oder Tieren möglich ist.

Diese besondere Lösung umfaßt die Anordnung von 298 Sekundärkreisen, von welchen zwölf Kreise jeweils einen Kreis Ic enthalten, der einer Selbstinduktivität Lp parallelgeschaltet sind, von denen 66 Kreise jeweils zv/ei Kreise Ic umfassen, die einer Selbstinduktivität Lp parallelgeschaltet sind, und von denen 220 Kreise jeweils drei Kreise Ic umfassen, wie die Kreise l^Ci, ^p⁰Z' "H⁰V ^"^e ^ⁿ ^S· 1^a dargestellt sind und die einer Selbstinduktivität L₂ parallelgeschaltet sind.

Die betreffende Lösung umfaßt zum anderen die Speisung des Primärkreises mit einem Strom variabler Frequenz, die zwölf unterschiedliche Werte durchläuft bzw. annimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Primärkreis allein aus einer Selbstinduktivität L., die von dem Generator Eg her gespeist wird, so daß es möglich ist, sich von gegebenenfalls vorhandenen Frequenzdriften zu befreien.

Die Beziehungen (1) und (2) werden damit zu:

ρ P

Re = r. + —5— ^ύ —s (3)

¹ R ^ + X
s s

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2 2
MwX

Xe = L₁W - —-*—-⁵^ (4)

^Rs ^{+ X}s

wobei R = r„· + r.. und X = L_ow + Iv/ - — ist.
s^l s 2 cv/

γ_ί ist der Realteil der Impedanz des Kreises Ic, der an
den Anschlüssen der Selbstinduktivität L angeschlossen
ist und der mit dieser Selbstinduktivität einen Resonanzkreis für eine bestimmte Frequenz bildet.

Die Reaktion des Sekundärkreises ist durch folgenden Ausdruck gekennzeichnet:

Der Verlauf dieses Ausdrucks bzw. Terms ist durch die
Kurve a in Fig. 2 dargestellt, während der Verlauf der Ersatzimpedanz Ze gegeben ist durch die Beziehung

2 2
MwX

Ze

5 O

^Rs ^{+ X}s

und durch die Kurve b in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Es sei bemerkt, daß-dann, wenn gemäß dieser letzten Kurve der Sekundärkreis ein Signal erhält, dessen Frequenz gleich seiner Resonanzfrequenz w ist, der betreffende Sekundärkreis in der V/eise reagiert, daß er die Srsatzimpedanz Ze der Kreisanordnung derart ändert, daß an den Anschlüssen A und B dieser Kreisanordnung ein Impuls auftritt, dessen Ausnutzung v/eiter unten noch beschrieben wird.

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Wenn der Sekundärkreis in der in Fig. 1a dargestellten ¥eise realisiert ist, ruft er drei aufeinanderfolgende impulsmäßige Änderungen der Ersatzimpedanz Ze hervor, wenn die Frequenz des Generators Eg aufeinanderfolgend die Kreisresonanzfrequenzen durchläuft, die durch die Kreise I₁C., lpCp und 1-^c festgelegt sind. Der Sekundärkreis zeigt eine lineare Reaktion in Abhängigkeit von der Frequenz, und zwar bei allen anderen Signalfrequenzen als den Resonanzfrequenzen.

Die auf die Änderung der Ersatzimpedanz Ze zurückgehenden Impulse sind relativ schwach, und zwar derart, daß es schwierig ist, diese Impulse unmittelbar festzustellen, um Signale zu erhalten, die eine ausnutzbare numerische bzw. digitale Information darzustellen imstande sind.

Es ist daran gedacht worden, das an die Selbstinduktivität L₁ abgegebene Signal zu wobbeln, und zwar dadurch, daß den? betreffenden Signal ein Signal mit einer Frequenz überlagert wird, welche· hinreichend hoch ist gegenüber der Ablenkgeschwindigkeit dieses Signals. Die Änderung Δ Ze der Ersatzimpedanz ist damit ein Signal, das sich im Rhythmus der Wobbelung ändert (Fig. 4).

Die Erkennungsanordnung, deren Prinzipschaltbild in Fig. 1 dargestellt ist, wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig". 3 im einzelnen beschrieben.

In dieser Figur sind unter ausführlicher Darstellung lediglich die Elemente veranschaulicht, die der Aufbau des Primärkreises nach sich zieht.

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Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung enthält hauptsächlich einen Stromgenerator 1, der einen Strom variabler Frequenz abgibt, einen Detektorkreis 2 und eine Synchronisierschaltung 3· Diese Schaltungsteile sind durch Strichpunktlinien umrahmt.

Der Stromgenerator 1 enthält einen Signalgenerator 4 in Form eines Sägezahngenerators, dessen Eingang an einein Ausgang der Synchronisierschaltung 3 angeschlossen ist und dessen Ausgang an einem Eingang einer Summierschaltung 5 angeschlossen ist. Der andere Eingang der Summierschaltung ist an dem Ausgang einer Wobbelschaltung 6 angeschlossen, die durch einen 1000-Hz-Oszillator gebildet ist.

Der Ausgang der Summier schaltung 5 i'st mit dem Eingang eines Spannungs-Frequenz-Wandlers 7 verbunden. Der Ausgang dieses Wandlers bzw. Umsetzers 7 ist über einen Stromverstärker 8 mit dem einen Ende einer Selbstinduktivität L. verbunden, die Teil der Detektorschaltung 2 ist.

Der Spannungs-Frequenz-Wandler 7 ist z.B. durch eine integrierte monolithische Schaltung des Typs XR205 gebildet, wie sie von der Firma Societe Exar hergestellt und vertrieben wird; diese Schaltung enthält den genannten eigentlichen Wandler, eine Modulations- und Verformungsschaltung und einen Pufferkreis.

Die Viobbelschaltung 6 ist durch einen Oszillator gebildet, bestehend aus einem Operationsverstärker 9 des Typs LM301, wie er von der Firma Soci6te National Semiconductor hergestellt und vertrieben wird. Ferner umfaßt die Wobbelschaltung ein aktives Filter 10, zwei ZENER-Dioden 11, 12, die

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rait umgekehrter Polung zwischen dem Eingang des Filters 10 und Masse angeschlossen sind und die die Amplitude des von dem Oszillator abgegebenen Signals stabilisieren.

Der Sägezahnsignalgenerator 4 besteht aus einem Operationsverstärker 13 des Typs LM301, der als Spannungsintegrator geschaltet ist.

Eine Relaiskontaktfeder 14, die zwischen dem unter Spannung stehenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers liegt und die.einem Kondensator 15 parallelgeschaltet ist, stellt die Zurückstellung des Integrators auf Null sicher.

Die Summierschaltung 5, die dazu dient, die Sägezahnspannung einem Signal hinzuzufügen, das von der "Vfobbelschaltung 6 abgegeben wird, ist durch einen Operationsverstärker 16 gebildet, der als Inverterverstärker geschaltet ist.

Der Stromverstärker 8, der dazu dient, einen Strom variabler Frequenz an die Selbstinduktivität L. abzugeben, ist ein nicht invertierender Verstärker. Ein Widerstand R₀₀, der in Reihe mit der durch die Selbstinduktivität L gebildeten Last liegt, liefert an seinen Anschlüssen eine Gegenkopplungsspannung, die dem Strom proportional ist, der in der Last fließt.

Der betreffende Verstärker enthält eine Differenzeingangsstufe, eine Potentialumsetzstufe und eine Einheitsverstärkungspufferstufe. Eine derartige Anordnung ermöglicht, mit einer konstanten Verstärkung einen Durchlaßbereich von 200 kHz zu erzielen.

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Die Detektorschaltung 2, die die Seitistinduktivität L₁ enthält, ist am Ausgang des Stromverstärkers 8 angeschlossen, und zwar in Reihe mit dem Gegenkopplungswider stand R^,-,, dessen anderes Ende an Masse liegt.

Der dem Masseanschluß gegenüberliegende Anschluß der Selbstinduktivität L₁ ist mit der Anode einer Diode 17 verbunden, deren Kathode über die Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators 19 an Hasse liegt. Die Anordnung dieser drei Bauelemente stellt einen Signaldetektor für die an die Selbstinduktivität L₁ abgegebenen Signale dar. Dieser Detektor kann in gleicher Weise durch eine integrierte Schaltung gebildet sein, die dieselbe Funktion in einer wirksameren Weise bei einem besseren Signal/Rauschverhältnis in den interessierenden Verhältnissen gewährleistet. Man kann diese Virkung einer Schaltung ausnutzen, die von der Firma Society EXAR ausgeführt und unter der Bezeichnung XR200 vertrieben wird. Diese Schaltung wird in einem Amplitudendemodulator verwendet.

Die Zeitkonstante der Detektorschaltung bestimmt folgende zwei Bedingungen.

Die Impedanz -^- des Kondensators 19 ist gering gegenüber dem Ersatzwiderstand der Detektorschaltung für die Trägerfrequenz, deren Frequenz mindestens gleich 30 kHz beträgt. Dieselbe Impedanz ist jedoch hoch in bezug auf den zuvor erwähnten Ersatzwiderstand für das Wobbeisignal.

Der Verbindungspunkt der Diode 17, des Widerstands 1.8 und des Kondensators 19 ist über einen Verstärker 20 mit dem Eingang eines Wobbelfrequenzdecoders 21 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Impulszählers 22 verbunden ist.

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lin weiterer Eingang des Impulszählers 22 ist am Ausgang des Verstärkers 20 über einen eine Impulsformung vornehmenden Transistor 23 vom npn-Leiti'ähigkeitstyp angeschlossen.

Der Ausgang des Zählers 22 ist am Eingang eines Speichers angeschlossen, dessen Verschiebung und Löschung durch die Synchronisierschaltung 3 gesteuert werden.

Der Decoder 21, der Zähler 22 und der Speichel" 24 sind Schaltungsteile des Typs LM567, 7493 bzw. 7476, wie sie von der Firma Societe National Semiconductor hergestellt und vertrieben werden.

Obgleich in der beschriebenen Ausführungsform der Decoder die Decodierung der Wobbeifrequenz gewährleistet, kann in gleicher Weise ein Decoder verwendet werden, der die Decodierung der zweiten Oberwelle dieses Frequenz sicherstellt. Tatsächlich ist das Decodersignal reich an Oberwellen der Wobbeifrequenz, und der Betrieb mit der zweiten Oberwelle ermöglicht, den Primärkreis von parasitären Wirkungen zu befreien.

Die Synchronisierschaltung 3 enthält hauptsächlich einen Taktgenerator 25 sehr niedriger Frequenz, deren Periode ungefähr 300 ms beträgt.

Dieser Taktgenerator ist durch eine astabile Kippschaltung gebildet, die mittels eines Operationsverstärkers 26 realisiert ist. Der Ausgang des Verstärkers 26 ist mit einem Eingang einer Auslöseschaltung 27 verbunden, deren Ausgang mit einem Eingang eines Zählers 28 verbunden ist. Mit einem weiteren Eingang des Zählers 28 ist ein Ausgang einer bistabilen Kippschaltung 29 verbunden.

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Der Null-Rückstelleingang des Zählers 28 ist an einem weiteren Ausgang der bistabilen Kippschaltung 29 angeschlossen, die mittels eines externen Signals der Erkennung_sanordnung gesteuert wird. Dieses Signal entspricht einer Information bezüglich der Position eines Tieres oder eines zu erkennenden Gegenstands, wohingegen ein Ausgang des Zählers 28 über einen Inverter 30 mit einem Eingang der Kippschaltung 29 verbunden ist.

Der Zähler 28 weist zum anderen vier Ausgänge auf, die an entsprechenden Eingängen einer Demultiplexerschaltung 31 angeschlossen sind. Diese Demultiplexerschaltung 31 weist drei Ausgänge auf, an denen der Speicher 24 der Detektorschaltung, der Eingang der Befehls- bzw. Steuerschaltung 14a des Relais 14 und eine Informationscodeumsetzerschaltung angeschlossen sind. Diese Informationscodeumsetzerschaltung dient zur Codeumsetzung von Informationen, die von der Erkennungsanordnung bzw. Erkennungsschaltung abgegeben v/erden. Die betreffende Codeumsetzerschaltung, die in Fig. 12 dargestellt ist, wird später noch beschrieben werden.

Der mit dem Speicher 24 verbundene Ausgang der Demultiplexerschaltung ist tatsächlich ein Mehrfachausgang. An dem betreffenden Ausgang ist nämlich der Speicher 24 über ein invertierendes ,NAND-Glied 32 angeschlossen. Der Ausgang dieses Verknüpfungsgliedes ist mit dem Speicher 24 über eine Verzögerungsschaltung 33 verbunden, die die Zurückstellung dieses Speichers auf Null steuert.

Der in Fig. 1a schematisch dargestellte Sekundärkreis der Erkennungsschaltung bzw. -anordnung weist folgende Eigenschaften auf. Die Selbstinduktivitäten 1;., Ip» I-.? der

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Reihenkreise lc sind durch Selbstinduktivitäten mit einem Eisenkern hoher Anfangspermeabilität und geringen Verlusten gebildet. Die Kondensatoren c , c , c-, sind in vorteilhafter Weise Gliminerkondensatoren mit einem kleinen Verlustwinkel.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Erkennungsanordnung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 11 untersucht bzw. erläutert werden.

Der Generator 4 gibt ein Sägezahnsignal mit einer Dauer von 6s ab. Dieses' Signal wird der Summier schaltung 5 zugeführt, die diesem Signal ein 1000-Hz-Signal hinzufügt, das von der »Tobbeischaltung 6 abgegeben wird. Das Summensignal wird dem Spannungs-Frequenz-Wandler 7 zugeführt, der an seinem Ausgang ein Signal konstanter Spannung abgibt, wobei jadoch die Frequenz dieses Signals der dem betreffenden V/andler zugeführten Eingangsspannung proportional ist.

Mittels des Verstärkers 8 wird das Ausgangssignal des Wandlers an die Selbstinduktivität L. abgegeben, der durch Gegeninduktion mit einem Sekundärkreis gekoppelt ist, z.B. mit dem in Fig. 1a dargestellten Kreis, der von einem zu erkennenden Tier oder Gegenstand hervorgerufen ist. -

Der Signale in Form von Sägezahnsignalen abgebende Signalgenerator 4 wird durch' die Synchronisierschaltung 3 periodisch auf Null zurückgesetzt, und zwar derart, daß das an die Selbstinduktivität L₁ abgegebene Signal ein Frequenzhubsignal darstellt.

Der Spannungs-Frequenz-Wandler ruft eine Auslenkung bzw.

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Wobbelung in einem Frequenzband zwischen 30 kHz und 200 kHz hervor.

Die zwölf Grundfrequenzen, unter denen in dem in Fig. 1a betrachteten Fall drei Frequenzen in Übereinstimmung mit dem Sekundärkreis ausgev/ählt sind, teilen sich zwischen 50 kHz und 160 kHz auf, und zwar in einem Intervall von 10 kHz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Frequenzen.

Im Zuge einer Frequenzwobbelung v/erden die drei Resonanzkreise des Sekundärkreises aufeinanderfolgend erregt, und in entsprechender Weise wird die lirsatzimpedanz an den Anschlüssen der Selbstinduktivität L, geändert.

Die Spannung an den Anschlüssen der Selbstinduktivität L^ ist eine Spannung, die durch das Wobbeisignal frequenz- und amplitudenmoduliert ist, und zwar selbst bei Fehlen der Wirkung des Sekundärkreises. Diese Amplitudenmodulation wird dadurch unterdrückt, daß der Selbstinduktivität L. ein Strom l(w) = —

1 w

zugeführt wird.

Unter diesen Bedingungen ist - ohne eine Wirkung - die Spannung an den Anschlüssen der Selbstinduktivität konstant, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Dies trifft jedoch nicht ab dem Vdrliegen einer Wirkung des Sekundärkreises zu; ab diesem Zeitpunkt kann man eine Amplitudenmodulation erkennen (Fig. 6).

Die Ermittelung der Amplitudenmodulation ist durch die Diode 17 und den durch den Widerstand 18 und den Kondensator 19 gebildeten Kreis sichergestellt. Das Signal besitzt nach der Ermittelung den in Fig. 6 gezeigten Verlauf.

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Vor einer Wirkung bzw. Reaktion des Sekundärkreices ist dieses Signal 0. Vor Durchlaufen der Resonanz erzeugen die .nichtlinearen Verformungszonen der Impedanz Ze ein demoduliertes Signal, das reich an zweiten und dritten Oberwellen ist. Infolgedessen kann man diese Oberwellen in der Zone AB gemäß Fig. 6 sehen.

Bei der in der Zone BC dargestellten Resonanz ist die Verformung bzw. Verzerrung von Ze linear, und zwar derart, daß lediglich die Grundwelle auftritt.

Nach der Resonanz zeigt sich eine Wellenform, die durch die Zone CD gemäß Fig. 6 verwirklicht ist und die der Zone AB analog ist.

Das demodulierte Signal wird mittels des Verstärkers 20 verstärkt und zum einen dem Decoder 21 und zum anderen dem Zähler 22 zugeführt, nachdem es mittels des Transistors 23 eine Impulsformung erfahren hat.

Der Decoder 21 stellt die Ermittelung der Grundfrequenz von 1000 Hz sicher, indem er sich bei Auftreten dieser Frequenz in dem ihm zugeführten Signal selbst sperrt. Das Ausgangssignal des Decoders 21 ist in Fig. 7 dargestellt.

Der Decoder rastet während etwa 200 ms ein, was 200 Perioden des Wobbelsignals entspricht.

Die von dem Decoder 21 an den Zähler 22 abgegebene Impulsspitze löst die Zählung des betreffenden Zählers aus. Dieser Zähler zählt während 200 Perioden des demodulierten Signals. Das an den Zähler 22 abgegebene Signal ist in Fig. 8 dargestellt.

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Wenn der Zähler 22 die Zählerstellung 16 erreicht, gibt er einen Impuls (Fig. 9) für den Speicher 24 ab, dessen Betrieb durch den Demultiplexer 3 gesteuert wird.

Der Speicher 24 gibt an seinem Ausgang ein Rechtecksignal ab, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Dieses Signal wird von der Codeumsetzerschaltung ausgenutzt. Die Vorderflanke dieses Signals wird durch das Nullrückstellsignal bestimmt, das in Fig. 11 dargestellt ist und das dem Speicher 24 über die Verzögerungsschaltung 33 zugeführt wird.

Jedesmal, wenn die an die Selbstinduktivität L^ abgegebene variable Frequenz gleich einer der drei Frequenzen des in Fig. 1a dargestellten Sekundärkreises ist, gibt demgemäß der Speicher 24 ein Signal des in Fig. 10 dargestellten Typs ab.

In dem betrachteten Beispiel ist am Ausgang der Detektoranordnung ein 12 Bits umfassendes Wort verfügbar, welches drei "1"-Verknüpfungssignale enthält, deren Lagen die Nummer des zu erkennenden Gegenstands oder Tieres angeben.

Diese 12-Bit-Wörter machen, um direkt ausnutzbar zu sein, Anordnungen mit einer entsprechenden Kapazität notwendig, derart, daß es erforderlich ist, hinter der Detektoranordnung Aufnahmeeinrichtungen zu verwenden, die äußerst wichtig sind in bezug auf die Anzahl der Gegenstände oder Tiere, die die Detektoranordnung zu erkennen bestimmt ist.

Es ist daher daran gedacht worden, ■ in einer Codewandlerschaltung 12-Bit-Wörter einzustellen, die von der Erkennungsan-Ordnung her auf Wörter abgegeben werden, welche durch eine verringerte Anzahl von Bits dargestellt sind.

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Jie Codewandlerschaltung ist in Fig. 12 dargestellt. Sie enthält ein Schieberegister 34 mit einem Serieneingang und einem Parallelausgang. Der Eingang des betreffenden Schieberegisters ist am Ausgang des Speichers 24 (Fig. 3) angeschlossen; die Ausgänge des betreffenden Schieberegisters sind an Eingängen eines Vergleichers 3d angeschlossen.

Ein 12-Bit-Zähler 36 ist an einem weiteren Eingang des Vergleichers 35 angeschlossen. Die Ausgänge des Zählers 36 sind an Eingängen eines Schieberegisters 37 angeschlossen, welches Paralleleingänge und einen Serienausgang besitzt. Der Ausgang des Schieberegisters 37 ist an einem 4-Bit-Zähler 38 über ein UND-Glied 39 angeschlossen. Der eine Eingang dieses UND-Gliedes ist über zwei weitere Verknüpfungsglieder 40 und 41 am Ausgang eines Taktschaltung 42 angeschlossen, die dazu dient, das Register 37 zu inkrementieren, bzw. weiterzuschalten.

Ein zweiter Eingang des Verknüpfungsgliedes 41 nimmt ein Steuersignal auf, das von der Synchronisiereinrichtung 3 her stammt. Demgegenüber ist ein zweiter Eingang des Verknüpfungsgliedes 40 an einem Ausgang des Vergleichers 35 angeschlossen, und zwar über ein Verknüpfungsglied 43 und einen Inverter 44.

Der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 40 ist ferner an einem Zähler 45 angeschlossen, der mit vier Ausgängen an einem Demultiplexer 46 angeschlossen ist. Der Demultiplexer 46 ist an dem Inkrementierungseingang des Zählers 36 angeschlossen. Ferner ist der Demultiplexer am Löscheingang einer JK-Kippschaltung 47 angeschlossen. Der Demultiplexer weist ferner einen Ausgang auf, mit dem er am Steuereingang dieser Kippschaltung 47 angeschlossen ist. Der Demultiplexer 46 ist

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außerdem über einen Inverter an einem Eingang des Verknüpfungsgliedes 43 angeschlossen.

Der Ausgang der JK-Kippschaltung 47 ist mit einem Eingang des Registers 37 verbunden, und zwar über ein Verknüpfungsglied 49, dessen einer Eingang am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 40 angeschlossen ist.

Der 4-Bit-Zähler v/eist vier Ausgänge auf. Zwei dieser Ausgänge sind jeweils über einen Inverter 50 bzw. 51 mit zwei Eingängen eines vier Eingänge aufweisenden UND-Gliedes 52 verbunden. Die. beiden anderen Ausgänge des Zählers 38 sind zum einen über einen Inverter 53 und zum anderen direkt mit den Eingängen eines UND-Gliedes 54 verbunden, dessen Ausgang über einen Inverter 55 mit einem Eingang eines UND-Gliedes 56 verbunden ist. Der andere Eingang des UND-Gliedes 56 ist am Ausgang des Inverters 53 angeschlossen, während der Ausgang des UND-Gliedes 57 über einen Inverter 57 mit einem dritten Eingang des UND-Gliedes 52 verbunden ist. Der vierte Eingang des UND-Gliedes 52 ist über einen Inverter 58 mit dem Löscheingang der Kippschaltung 47 verbunden.

Die durch die Elemente 50 bis 57 gebildete Schaltung stellt eine Prüfschaltung dar, die dazu dient festzustellen, ob die Zählerstellung des 4-Bit-Zählers 38 einer 1, 2 oder 3 entspricht oder ob die Zählerstellung über diese drei Nummern hinausgeht. Das UND-Glied 52 läßt in dem Fall die von dem Demultiplexer 46 herkommenden Signale nicht mehr zu dem einzigen 8-Bit-Zähler 59 hin, daß die Zählferstellung des Zählers 48 niedriger ist als 4.

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Die den Codewandler, der beschrieben wird, steuernde Taktschaltung 42 ist eine schnelle Taktschaltung, da die Codewandlung vor dem Ende des jeweiligen Sägezahnsignals beendet sein muß, das von der Erkemiungsanordnung abgegeben wird.

Der Codewandler arbeitet in folgender Weise. Ist die Erkennung einmal vorgenommen bzxv. bewirkt, so ist das 12-Bit-Wort in dem Register 34 vorhanden. Von der Synchronisierschaltung 3 der Erkennungsanordnung wird an den Eingang des IMD-Gliedes 41 eine Impulsspitze mit einer Dauer von 400 ms abgegeben. Dieses UND-Glied 41 nimmt an seinem anderen Eingang die Taktsignale von der Taktschaltung 42 her auf. Diese Taktsignale werden dem Zähler 45 in dem Fall zugeführt, daß das UND-Glied 40 übertragungsfähig ist.

Der Zähler 45 steuert den Demultiplexer 46, der mittels der Taktsignale die verschiedenen Codewandlerinformationen leitet. Der Demultiplexer 46 stellt den 12-Bit-Zähler 36 zunächst auf Null. Vor jeder weiteren Weiterschaltung bzw. Inkrementierung dieses Zählers werden die folgenden Operationen ausgeführt. Das 12-Bit-Wort des Zählers 36, das in dem Register 37 enthalten ist, wird über das UND-Glied 39 mittels der Taktsignale von der Taktschaltung 42 zu dem Zähler 38 hin geführt, und zwar auf einen Befehl des UND-Gliedes 49 hin. Dieser Befehl ergibt sich aus einer Ansteuerung durch die Kippschaltung 47, die ihrerseits von dem Demultiplexer 46 gesteuert wird, und auf Impulse der Taktschaltung 42 hin. Der Zähler und die Anordnung der verschiedenen Verknüpfungsglieder 50,51, 53, 54, 55, 56 und 57 ermöglicht zu bestimmen, ob die Anzahl der in dem 12-Bit-Wort des Zählers 36 enthaltenen "1"-Verknüpfungssignale kleiner als, gleich oder gröi3er als 3 ist.

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Im ersten Fall bewirkt der Impuls, der von dem Inverter 58 herkommt, welcher von einem Ausgang des Demultiplexers 46 gesteuert wird, eine Erhöhung bzw. Inkrementierung der Zählerstellung des 8-Bit-Zählers 59, und zwar über das UND-Glied 52, das diesen Impuls überträgt.

In dem zweiten Fall wird der Impuls in Höhe des Verknüpfungsgliedes 52 gesperrt, und der Zähler 59 wird nicht inkrementiert.

Die Inhalte des Zählers 36 und des Registers 34 werden in dem Vergleicher 35 verglichen. Der Ausgang des Vergleichers 35 ist an dem Verknüpfungsglied 43 angeschlossen. Einem weiteren Eingang dieses Verknüpfungsgliedes wird ein Impuls zugeführt, der mittels des Inverters 48 invertiert ist und der von einem der Ausgänge des Demultiplexers 46 herstammt. Im Gleichheitsfall wird eine Sperrung der Taktsignale der Taktschaltung 42 in Höhe des UND-Gliedes 40 bewirkt, und das 8-Bit-Binärwort ist daher an den Ausgängen des Zählers 59 verfügbar. In dem Fall, daß die Gleichheit noch nicht erzielt ist, beginnt ein neuer Zyklus mit einer neuen Weiterschaltung bzw. Inkrementierung des Zählers 36. Durch eine Nullrückstellung werden, wenn die Codeumwandlung einmal beendet ist, die Schaltungen bzw. Kreise für einen neuen Codeumsetzzyklus wieder eingestellt.

Der Betrieb wiederholt sich auf einen dem UND-Glied 41 zugeführten Codeumsetzungsbefehl hin..

Die dem jeweiligen erkannten Gegenstand oder Tier zugehörige Nummer ist daher in dem Zähler 59 in Binärform verfügbar. Sie

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zu

kann dadurch ausgenutzt werden, daß sie z.B./einer Anzeigeeinrichtung übertragen wird. Sie kann in gleicher Weise zu einer Einrichtung hin übertragen v/erden, die Informationen bezüglich sämtlicher zu erkennender Gegenstände oder Tiere zentralisiert.

Der im Zusammenhang mit Fig. 12 beschriebene Codewandler dient im wesentlichen der Funktion der Anpassung der 12-Bit-Worter, die von der Erkennungsanordnung geliefert v/erden, in Binärwörter.

Es sei indessen bemerkt, daß die 12-Bit-Worter leicht ausnutzbar sind, ohne daß ein Codewandler erforderlich gemacht wird, und zwar unter der Bedingung der Bereitstellung von Informationsverarbeitungseinrichtungen, wie einer Datenverarbeitungseinrichtung.

Die Erkennungsanordnung gemäß der Erfindung ist leicht zu warten bzw. zu unterhalten und zu bedienen. Sie kann unter schwierigen Anwendungsbedingungen arbeiten und erheblichen Temperaturänderungen standhalten.

In der beschriebenen Ausführungsform ist ein N=12 Bit umfassender Code für die Bestimmung jedes zu erkennenden Gegenstandes oder Tieres gewählt worden, wobei von diesen zw_J31f Bits zumindest η = 3 B.its vorhanden sind, die "ein "1" -Bit sind. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß die Zahlen N und η an die Anzahl der zu erkennenden Gegenstände oder Tiere angepaßt sein können.

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Claims (1)

1. 2 ^ 1 ■:? 7 5 b

   Patentansprüche

   M. Anordnung zum automatischen Erkennen von Gegenständen oder Tieren, dadurch gekennzeichnet« daß ein durch eine Selbstinduktivität (L₁) gebildeter Primärkreis vorgesehen ist, der von einem Wechselstromgenerator (1) gespeist wird, dessen Strom in der Frequenz veränderbar ist, die N bestimmte unterschiedliche Werte durchläuft, daß Sekundärkreise vorgesehen sind, die die zu erkennenden Gegenstände oder Tiere umfassen, daß jeder Sekundärkreis für einen entsprechenden Gegenstand oder ein entsprechendes Tier bestimmt ist und durch eine Selbstinduktivität gebildet ist, die durch die Wirkung der Selbstinduktivität mit dem Primärkreis in dem Fall gekoppelt ist, daß der jeweilige Gegenstand oder das jeweilige Tier in hinreichender Nähe dieses Kreises ist, daß 14n<N Kreise vorgesehen sind, die durch die Reihenschaltung einer Selbstinduktivität (I₁, I₂» I3) und eines Kondensators (C₁, C₂, c,) gebildet sind, daß diese Reihenkreise an den Anschlüssen der Selbstinduktivität (L₂) des Sekundärkreises angeschlossen sind und jeweils mit diesem einen Resonanzkreis für eine Frequenz unter den N bestimmten Frequenzen des in der Frequenz veränderbaren Stromes bilden, daß Detektoreinrichtungen (17, 18, 19) vorgesehen sind, die durch die Resonanz des Sekundärkreises hervorgerufene Änderungen der Ersatzimpedanz der durch den Primärkreis und den Sekundärkreis gebildeten Kreisanordnung ermitteln, daß Bestimmungseinrichtungen (22, 24) vorgesehen sind, die die Anzahl und die Lage der Änderungen der betreffenden Ersatzimpedanz bestimmen, welche Änderungen durch die Detektoreinrichtungen für η Resonanzkreise des Sekundärkreises ermittelt werden, derart, daß ein N Bite umfassendes Wort gebildet ist, welches höchstens η "1"-Verknüpfungssignale umfaßt und welches der Nummer des jeweils erkannten

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   2 5 1 B 2 R^Γ)

   Gegenstandes oder Tieres entspricht, und daß eine Synchronisierschaltung (3) vorgesehen 1st, die den Wechselstromgenerator variabler Frequenz, die Detektoreinrichtungen und die Bestinuangseinrichtungen synchronisiert, welche die Anzahl und die Lage der betreffenden Änderungen der Srsatziapedanz zu bestimmen gestatten.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Strom variabler Frequenz abgebende Generator (1) einen Sägezahnsignalgenerator (4) und einen Festfrequenzoszillator (6) enthält, daß die Ausgänge des Sägezahnsignalgenerators (4) und des Festfrequenzoszillators (6) an den Eingängen einer Suaeierschaltung (5) angeschlossen sind und daß der Ausgang dieser Suaalerschaltung (5) alt dem Eingang eines Spannungs-Frequenz-Wandlers (7) verbunden ist.

   3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Frequenz-Wandler (7) an eine» Anschluß der Selbstinduktivität (L₁) des PriBärkreises Über einen Verstärker (8) angeschlossen ist, dessen einer Eingang an Anschlußpunkt des anderen Anschlusses der Selbstinduktivität (L.) und eines RUckkopplungswlderstands (^R _cR) angeschlossen ist, der an Masse liegt·

   4· Anordnung nach eines der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen einen in einer integrierten Schaltung ausgeführten Amplitudendemodulator enthalten.

   5. Anordnung nach eine« der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Änderungen der Ersatzimpedanz der

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   2 5 1 8 ? 5

   durch den Primärkreis und den Sekundärkreis gebildeten Kreieanordnung ermittelnden Detektoreinrichtungen eine Widerstand (16) und einen dazu parallelliegenden Kondensator (19) enthalten, der zusammen Mit dem betreffenden Widerstand zwischen dem Ausgang des einen Strom variabler Frequenz abgebenden Generators (1) und Nasse liegt, daß eine Diode (17) zwischen dem Ausgang des betreffenden Generators (1) und dem Spannung führenden Anschluß des Widerstände (18) und des Kondensators (19) Hegt und daß am Ausgang der Detektoreinrichtungen (17, 18, 19) ein Decoder (21) angeschlossen ist, der eine Frequenzkomponente des Signals des Festfrequenzoszlllators (6) des einen Strom variabler Frequenz abgegebenen Generators zu decodieren gestattet und der die Bestimmungseinrichtungen (22, 24) zu steuern imstande ist, welche die Anzahl und die Lage der Änderungen der betreffenden -cirsatzimpedanz zu bestimmen gestatten.

   6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Frequenzkomponente die Grundfrequenz oder deren zweite Oberwelle ist.

   7· Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Decodierung der Frequenzkomponente des Festfrequenzoszillators dienende Decoder (21) am Ausgang der Detektoreinrichtungen (17, 18, 19) über einen Verstärker (20) angeschlossen ist, dessen Ausgang in gleicher Weise am Eingang der genannten Bestimmungeeinrichtungen (22,24) Über Impulsformungseinrichtungen (23) angeschlossen ist·

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   3. Anordnung nach eines der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Be_s±JLinmungseinrichtungen (22, 24) einen Impulszähler (22) umfassen, dessen Zähleingang am Ausgang der Detektoreinrichtungen (17,16,19) angeschlossen ist und dessen Befehlseingang am Ausgang des die Frequenz des Festfrequenzoszillators (6) decodierenden Decoders (21) angeschlossen ist^und daß der Ausgang des Impulszählers (22) an einem Speicher (24) angeschlossen ist, dessen Befehlseingang an einem Ausgang der Synchronisierschaltung (3) angeschlossen ist.

   9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierschaltung (3) eine Taktschaltung (25) enthält, die Taktsignale sehr niedriger Frequenz abgibt und deren Ausgang an einem Impulszähler (28) angeschlossen ist, welcher einen Demultiplexer (31) steuert, und daß der DemiüLtiplexer (31) einen den einen Strom variäüer Frequenz abgebenden Stromgenerator (4) steuernden Steuerausgang und einen weiteren Steuerausgang aufweist, über den die NullrUckstellung des Speichers (24) der genannten Bestimmungseinrichtungen vornehmbar ist, die die Anzahl und die Lage der Änderungen des Jirsatzwiderstands des Sekundärkreises und des Primärkreises zu bestimmen gestatten.

   10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Demultiplexer (31) über einen Inverter (32) und eine Verzögerungsschaltung (33) an dem Nullrückstelleingang des Speichers (24) angeschlossen ist.

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   ORIGINAL INSPECTED

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   11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Codewandler vorgesehen ist, der die N-Bit-Signale, die von den genannten Best1mmungaelnrichtungen (22, 24) abgegeben werden, welche die Anzahl und die Lage der Änderungen der Ersatzimpedanz zu bestimmen gestatten, in einen Binärcode umzusetzen gestattet.

   12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der betreffende Codewandler ein erstes neun Stellen umfassendes Schieberegister (34) mit einem Serieneingang und einem Parallelausgang enthält, daß ein N-Bit-Zähler (36) vorgesehen 1st, der durch eine Taktschaltung (42) in seiner Zählerstellung we lter schaltbar ist, die durch die Synchronisierschaltung (3) gesteuert ist, daß das genannte erste Schieberegister (34) und der N-Bit-Zähler (36) an den eingängen eines Vergleichers (35) angeschlossen sind,der die Inhalte des betreffenden Schieberegisters und des betreffenden Zählers miteinander vergleicht und der in dem Fall die Stillsetzung der Inkrementierung des N-Bit-Zählers (36) bewirkt, daß dessen Zählerstellung gleich dem Inhalt des ersten Schieberegisters (37) wird, daß ein zweites Schieberegister (37) mit N Stellen vorgesehen ist, welches Paralleleingänge und einen Serienausgang aufweist und welches an einem N-Bit-Zähler angeschlossen ist, daß ein Demultiplexer (46) vorgesehen 1st, der von einem Zähler (45) her gesteuert 1st und der den H-Blt-Zähler (36) sowie das zweite Schieberegister (37) steuert und der durch Signale der Taktschaltung (42) betrieben ist, daß am Ausgang des zweiten Schieberegisters (37) ein Zähler (38) angeschlossen ist, der die Anzahl der "1^N-VerknUpfungssignale zählt, die In dem betreffenden Register (37)

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   enthalten sind, üa. eine Prüfschaltung vorgesehen ist» die festzustellen g^it-ttet, on die /ηζαίι! :1er ^!51^S9-Verknltpfungssignale kleiner als oder gleich η ist, ά&Β ein durch die Prüfschaltung gesteuertes Verknüpfungsglied (52) iüe übertragung von von dem Demultiplexer {46} iierstaisE@2id@!i Signal fr. in 'iem Fall zu sperren gestattet, daß die Anzabl v_tr -'^--."/er^nUpfungsaigiiale kleiner als oder ^lmioh m ist» ■:iSü ϊ.8.2 dia 3ndzähier (59) iiö^enigen Signala .;·-.£ Stande ist, die das betreffende Ysriiii ~"mrrr*igt, wobei die Zählerstslluiig lies lar« i>9,i iie Hummer des jeweils ^vk Qtgenetandss anzeigt,

   S)

   A7ier<iDiing nach Ansprucli 12,

   der H Stellen umfassende Zähler (^S

   anordnung (40 j 41) an der T&k^s --Liu^ ist und d&ß dia

   gliedanordnung (40, 41} sin vs;: dsr S (3) Jier stammendes Steuerftgi^l sö at:i#rung des Yergleiciia;"i ■>'_?:) "und stillsetzendes

   nach einem der A&syrLc-fcä '' bis ^J_? d , daß die SGlts-t-Lnauktanze» <2._Vi Rtihenkreise (l. c^, 1«*^* *^-ϊ) ^der StMu Selbstinduktivitätea asit «itsa Fsrrläcsrs , der eine hohe Anfangspermea'öilität imd gsring« aufweist, und da£ sü# XcsdsssatoierS, ^#c__<s S₂₁₁ der betreffenden Reihenkr#ie# jllam-iri:-0sd#jiäatc-ren ait-•Ineixt geringen Verlust»*okel

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