DE2528593B2

DE2528593B2 - Signaluebertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2528593B2
Application number: DE19752528593
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Inazawa Aichi Satoh (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1975-06-26
Publication date: 1977-12-01
Also published as: JPS513548A; US4071714A; FR2276648B1; DE2528593A1; DE2528593C3; FR2276648A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalübertragungsvorrichtung, bestehend aus einem Signalgeber, der an eine Kopplungseinrichtung in Form eines Magnetkernes mit zwei um diesen angeordneten elektromagnetischen Spulen, und aus einem Signalemplänger in Form eines Halbleiter-Magnetflußdetektors besteht, der den von den zwei elektromagnetischen Spulen erzeugten Fluß erfaßt und ihn in einen elektrischen Strom umformt.

Aus der DT-PS 1100 516 ist eine Einrichtung zur Meldung der gegenseitigen Lage zweier relativ zueinander bewegter Objekte bekannt, um beispielsweise Ortsbestimmungen zur Steuerung und Regelung von Bewegungsvorgängen durchzuführen. Diese bekannte Einrichtung stellt eine Verbesserung einer Einrichtung zur Meldung der gegenseitigen Lage zweier relativ zueinander bewegter Objekte dar, von denen eines mit einer Magnetfeldquelle und das andere mit einem Hallspannungserzeuger versehen ist. Die Verbesserung besteht darin, daß der Hallspannungserzeuger in einem in der Mitte eines magnetisch leitenden Rückschlußjoches liegenden Querspalt angeordnet ist und daß die Magnetfeldquelle ein permanenter Flachmagnet ist, dessen Polachse senkrecht zu seiner Bewegungsebene und diese senkrecht zur Flächenebene des Hallspannungserzeugers verläuft. Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung lassen sich daher durch eine einzige Magnetfeldquelle als Geber und einen einzigen Hallspannungserzeuger als Empfänger riehtungsabhängige Spannungen erzeugen, so daß Rückschlüsse auf die relative Lage zweier zueinander beweglicher Gegenstände möglich sind.

Aus der DT-AS 1141004 ist eine Vorrichtung bekannt, um eine kräftefreie und winkelgetreue elektrische Umwandlung der Drehbewegung eines Gebers, insbesondere eines Elektrizitätszählers, in die Drehbewegung eines Empfängers umzuwandeln. Gemäß einer Ausführungsforni werden beispielsweise zur Steuerung eines Drehstrommotors Auslöseglieder in

■ Form von Hall-Leitern und als Steuerglieder Magnete insbesondere Dauermagnete verwendet. An einer Geberachse sind mittels eines unmagnetischen Tragkörpers drei mit umlaufende Dauermagnete angebracht und weiter sind an deren Umlaufweg drei Hall-Leiter angeordnet. Letztere liegen in Reihe an den Klemmen einer Gleichstromquelle während ihre Hallspannungsflächen an die drei Phasen der Ständerwicklung angeschlossen sind und zwar über je einen der ein Gleichrichter-Ventil enthaltenden Verstärker. Beim

• Umlaufen der Geberachse kommen die drei Hall-Leiter aufeinanderfolgend in das Magnetfeld der Magnete und die dadurch in den Hall-Leitern entstehende Hallspannung bewirk! in der Ständerwicklung eine aufeinanderfolgende Erregung der einzelnen Wicklungen, so daß

■ der Motor umläuft. Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung wird also eine Drehbewegung mit Hilfe einer magnetischen Kupplungseinrichtung unter Verwendung von Hall-Leitern in eine andere Drehbewegung entsprechend einem bestimmten Übersetzungsverhältnis umgewandelt.

Aus der DT-AS 10 98 035 ist eine bistabile Kippschaltung mit einem Magnetkern mit möglichst angenähert rechteckiger Hystereseschleife bekannt, in dessen magnetischen Kreis ein Hallgenerator eingefügt ist. Gemäß diesem bekannten Vorschlag soll der Hallgenerator elektrisch im Steuerkreis eines Transistors (Schalttransistors) derart angeordnet sein, daß abhängig von der Größe bzw. Polarität der Ausgangsspannung des Hallgenerators der Transistor ausgesteuert oder gesperrt wird.

Aus der FR-PS 14 18 992 ist eine elektronische Vorrichtung bekannt, die insbesondere für die Telegraphietechnik verwendet werden kann und die einen Magnetkreis mit mehreren Steuerwicklungen enthält, die über einen Magnetkern und einen Hallgenerator entweder in positiver oder negativer Weise erregt werden können. Der Hallgenerator ist an einen Impulsgenerator angeschlossen und besitzt einen weiteren Ausgang, an welchen die über die Steuerwicklungen modifizierten Erregerimpulse des Hallgenerators abgegriffen werden. Je nach der Polarität der Erregung in den jeweiligen Steuerwicklungen erscheinen an dem Ausgangsanschluß des Hallgenerators entweder positive oder negative Impulse, die mit Hilfe eines Verstärkers verstärkt werden und dann eine bistabile Kippstufe ansteuern. Beim Erscheinen von positiven Impulsen befindet sich dann die bistabile Kippstufe in dem einen Zustand und beim Erscheinen von negativen Impulsen befindet sie sich in dem anderen Kippzustand.

Keine der erläuterten bekannten Einrichtungen bzw. Schaltungsanordnungen ist in der Lage eine logische Funktion wie beispielsweise eine UND-Funktion durchzuführen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Signalübertragungsvorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, die neben der Übertragungslunkion auch gleichzeitig eine logische UND-Funktion durchzuführen vermag.

Ausgehend von der Signalübertragungsvorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom Signalgeber erzeugten Signale aus einem Gleichspannungssi-

ι aar bestehen, und daß der Halbleiter-Magnetfluß-S"^aP_tor dje durch das Signalpaar erzeugten magneti^c''^e piQsse schwellenmäßig erfaßt, wobei der Schwelert oberhalb des Magnetfluuwertes lieg', der durch ^len^iiuiges Gleichspannungssignal erzeugt wird. ^el" _findungsgemäß arbeitet also der Magnetflußdetekach dem Prinzip einer .Schwellwertschaltung, wobei ^tor _Ha|_b|_ej_ter-Magnetflußdetektor nur dann ein A ;ssignal erzeugt, wenn die Summe der beiden alc; die vorgegebene Schwelle überschrei-

^tet|'m einzelnen kann die Erfindung noch dadurch eine teilhafte Weiterb^:ldung erfahren, daß der Halbleiter- !?,^r _gnetf!ußdetektor mit einem Verstärker verbunden

ι der den Signalempfänger speist. Dieser Verstärker ; ?..'η zweckmäßig aus einem Operationsverstärker hestthen und einen Transistorschalter betätigen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzen die elektromagnetischen Spulen gleiche Windungszahl und sind gleichsinnig um den Magnetkern _:,

^!m" folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen _der Erfindung in Vergleich zum Stand der Technik ■inhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt ' pjg I ein Blockschaltbild einer Signalübertragungs- ; vorrichtung gemäß dem Stand der Technik,

pjg 2 eine Fi g. 1 ähnelnde Ansicht einer anderen Signalübertragungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,

pig 3 ein Schallbild einer Signalübertragungsvorrichtung die für die Realisierung der Erfindung verwendet werden kann, und

pig 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Signalübertragungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine bisher angewandte Signalübertraeungsvorrichtung unter Verwendung einer Relaiseinrichtung dargestellt. Die dargestellte Anordnung weist einen Signalsender bzw. -geber 10, eine allgemein mit 12 bezeichnete Relaiseinrichtung, die als Hauptbauteile eine an den Signalgeber 10 angeschlossene elektromagnetische Spule 10 und einen beweglichen Kontakt 16 aufweist sowie einen mit dem beweglichen Kontakt 16 verbundenen Signalempfänger 18 auf. Letzterer weist einen elektronischen Rechner, integrierte Digitalschaltkreise usw. auf, die jedoch nicht näher dargestellt sind.

Im Betrieb wird ein elektrisches Eingangssignal vom Signalgeber 10 an die elektromagnetische Spule 12 angelegt, um den beweglichen Kontakt sich unter dem Einfluß mechanischer Mittel an seinen feststehenden Gegenkontakt anlegen zu lassen. Genauer gesagt: Das Eingangssignal erregt die elektromagnetische Spule 12. so daß in einem zugeordneten, nicht dargestellten Eisenkern ein Magnetfluß erzeugt wird, wodurch der ebenfalls nicht dargestellte Eisenanker durch den Magnetkern angezogen und mithin der Kontakt ■ingeschlossen wird. Wenn das Eingangssignal aufgehoben und hierdurch die Spule 12 entregt wird, wird der Anker durch eine betriebliche mit ihm gekoppelte Feder od. dgl. in seine Ausgangsstellung zurückgebracht. Infolgedessen trennt sich der bewegbare Kontakt !6 vom feststehenden Kontakt. Auf diese Weise schließt und öffnet der Kontakt 16 zur Übertragung des Eingangssignals vom Signalgeber 10 zum Signalempfän-

^g obgleich vorstehend angegeben wurde, daß der Kontakt 16 durch den nicht dargestellten bewegbaren Anker geschlossen und geöffnet wird, kann er auch, beispielsweise bei Verwendung eines Zungen- oder Reedrelais (nicht dargestellt), unmittelbar durch die Magnetwirkung betätigt werden, die durch den von der Spule 14 erzeugten Magnetfluß gewährleistet wird.

Bei der beschriebenen Anordnung kann durch das Relais 12 ohne weiteres die elektrische Isolierung bzw. Trennung zwischen dem Signalgeber 10 und dem Signalempfänger 18 aufrechterhalten werden, doch wirft die Verwendung der beschriebenen mechanischen Einrichtungen verschiedene Probleme auf. etwa die Verzögerung der Übertragungszeit, die Verkürzung der Betriebsiebensdauer der mechanisch betätigten Bauteile, ein Rattern und Prellen von Kontakten usw.

F i g. 2 veranschaulicht eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 1. die einen Signalgeber 10, einen Strom/Licht-Wandler 14' der über ein Filter 20 an den Signalgeber 10 angeschlossen ist, einen optisch mit dem Wandler 14' gekoppelten Licht/Strom-Wandler 16' und einen .Signalempfänger 18 aufweist.

Ein vom Signalgeber 10 abgegebenes elektrisches ι Eingangssignal wird dem Filter 20 aufgeprägt, wodurch die im Signal enthaltene Rauschkomponente ausgefiltert und die Stromstärke des Signals begrenzt wird. Das Filter 20 besteht dabei im allgemeinen aus einem WC-Filterkreis in Form eines oder mehrerer Widerstän- > de und eines oder mehrerer Kondensatoren. Mit anderen Worten: Das Filter besteht aus einer die Aufladung und Entladung des Kondensators ausnutzenden Integrierschaüung.

Das sirommäßig begrenzte Signal vom Filter 20 wird Μ dann dem Strom/Licht-Wandler 14' zugeführt, der Licht in einer der Größe des Signals entsprechenden optischen Quantität in Richtung des Pfeils A gemäß Fig. 2 ausstrahlt. Der Lichi/Strom-Wandler 16' empfängt das vom Wandler 14' emittierte Licht und wandelt ι es in einen entsprechenden Strom um, der seinerseits zum Signalempfänger 18 geleitet wird. Bekannte Beispiele für Strom/Licht-Wandler 14' sind Glühlampen, lichtemittierende Dioden u. dgl., während Beispiele für Licht/Strom-Wandler Phototransistoren u. dgl. sind. i" Bei der Anordnung gemäß F i g. 2 kann mithin das Eingangssignal vom Signalgeber 10 ohne mechanische Betätigung zum Signalempfänger 18 übertragen werden.

Wenn der Strom/Licht-Wandler 14' mit hoher 4", Geschwindigkeit arbeitet, z. B. im Fall einer lichtemittierenden Diode, stellt das Filter 20 einen wesentlichen Bauteil zur Verhinderung von Störungen aufgrund von Rauschen dar. Dies führt zu einer aufwendigen Konstruktion. Bei Verwendung einer Glühlampe -,Ii od. dgl. als Strom/Lichl-Wandler 14' entfällt zwar die Notwendigkeit für die Verwendung des Filters 20, doch muß dabei die Glühlampe wegen ihrer kurzen Betriebslebensdauer häufig ersetzt werden, was einen großen Wartungsarbeitsaufwand zur Folge hat. Vi In Fig. 3 ist eine Signalübertragungsvorrichtung dargestellt, die einen Signalgeber 10, eine allgemein mit 22 bezeichnete, an den Signalgeber 10 angeschlossene Magnetvorrichtung, einen magnetisch an letztere angekoppelten Magnetflußdetektor 24 und einen mi Signalempfänger 18 aufweist.

Der Signalgeber 10 weist einen Druckknopfschalter la. eine Gleichstromversorgung \b und einen strombegrenzenden Widerstand U- auf, die in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, um ein beim ·,■,-·, Schließen des Kontakts entstehendes Signal zu erzeugen.

Die Magnetvorrk'htung 22 weist einen Magneten 22.), eine induktiv um diesen herum angeordnete elektro-

magnetische Spule 22b sowie zwei Eingangsleitungen auf. die an den Widerstand Ir bzw. den Schalter la des Signalgebers IO angeschlossen sind.

Bei Betätigung des Druckschalters 10a fließt ein Strom von der Gleichstromversorgung 10b über den strombegrenzenden Widerstand 10c in die Spule 22a. so daß im Magnetkern 22a ein in Richtung des Pfeils A in F i g. 3 wirkender Magnetfluß erzeugt wird.

Der Magnetflußdetektor 24 weist ein magnetisch ansprechendes oder empfindliches Halbleiterelement 24a und einen Operationsverstärker 24b auf, dessen beide Eingange über das Halbleiterelement 24a geschaltet sind, um das Ausgangssignal von letzterem zu verstärken. Der Ausgang des Verstärkers 24b ist an die Basis eines Transistors 24c in Emitterschaltung angeschlossen, dessen Kollektor, wie durch die Pfeile dargestellt, über einen Kollektorwiderstand 24(/an eine Gleichstromversorgung angeschlossen ist. Letztere dient auch zur Speisung des Halbleiterelements 24a und des Verstärkers 24i>.

Bei Magnetisierung des Magnetkerns 22a zur Erzeugung des Magnetflusses in ihm liefert das Halbleiterelement 24a in der Dichte des so erzeugten Magnetflusses proportionales Ausgangssignal. Dieses wird durch den Operationsverstärker 24b verstärkt, um dem Transistor 24ceinen Basisstrom zuzuführen.

Sobald der Magnetfluß aufhört, wird kein Basisstrom an den Transistor 24c geliefert. Infolgedessen wird der Transistor 24c in seinen Sperrzustand versetzt, in welchem das Kollektorpotential auf einem hohen logischen Wert oder Pegel gehalten wird.

Der Signalempfänger 18 weist zwei NAND-Gatterschaltungen 18a und 18b. eine lichtemittierende Diode 18c und einen Widerstand 18c/ auf. die in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Die NAND-Schaltung 18a ist mit ihrem Eingang an den Kollektor des Transistors 24c angeschlossen, dessen eine Klemme an eine Gleichstromversorgung Vco angeschlossen ist, die zur Speisung des Magnetflußdetektors 24 dient. Wenn am Eingang der NAND-Schaltung 18a ein hoher logischer Wert anliegt, erzeugt dieses Element ein Ausgangssignal mit einem niedrigen logischen Wert, während die NAND-Schaltung 18b ein Ausgangssignal mit einem hohen logischen Wert oder Pegel erzeugt. Wenn das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 18b seinen hohen logischen Wert besitzt, fließt kein Strom von der Gleichstromversorgung Vcc über den Widerstand 18c/ und die lichtemittierende Diode J8c, so daß letztere kein Licht emittiert. Beim Anliegen eines seinen niedrigen logischen Wert besitzenden Eingangssignals an der NAND-Schaltung I8a kann jedoch ein Strom von der Gleichstromversorgung Vcc über die Diode 18c fließen, so daß diese Licht emittiert. Gemäß F i g. 3 wird das Ausgangssignal von der NAND-Schaltung 18a einer Nutzsehalüing zugeführt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist somit ersichtlich, daß bei der Anordnung gemäß F i g. 3 ein vom Signalgeber 10 abgegebenes Signal, selbst wenn es eine Gleichstromkomponente besitzt, unter Ausnutzung von Magnetismus als Übertragungsmedium zum Signalempfänger 18 übertragen werden kann, ohne daß irgendwelche mechanischen Betätigungen durchgeführt werden. Außerdem wiril durch die induktive Anordnung der elektromagnetischen Spule 22b um den Magnetkern 22;/ herum eine Integrierschaltung mit einer Induktivität und einem Widerstand gebildet, durch welche in dem vom Signalgeber 10 ;>hgcgcbcncn Signal enthaltene Rauschkoniponenlen ausgefiltert werden. Durch entsprechende Wahl der Größen der Induktivität und des Widerstands in Abhängigkeit von der Größe der Rauschkomponenten kann das Filter 20 (Fig. 2) weggelassen werden.

In Fig. 4, in welcher den Teilen von F i g. 3 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist ein Ausführungsbeispiel der neuartigen Signalübertragungsvorrichtung dargestellt. Gemäß F i g. 4 sind zwei elektromagnetische Spulen 22£ und 22c induktiv um einen einzigen Magnetkern 22a herumgewickelt, wobei diese Spulen jeweils zwei Eingangsenden 26 bzw. 28 aufweisen. Der Signalgeber 10 kann dabei zwei Signale mit Gieichstromkomponenten an die beiden Eingangsendpaare 26 bzw. 28 anlegen.

Bekanntlich erzeugt ein durch eine elektromagnetische Spule oder Wicklung fließender Strom einen Magnetfluß, dessen Fließrichtung durch die Stromflußrichtung in der Spule und deren Wicklungsrichtung bestimmt wird und dessen Größe von der Größe des Stromes und von der Zahl der Spulenwindungen abhängt. Bei Anwendung des beschriebenen Verhältnisses zwischen Magnetfluß und Strom wird es bei der Anordnung gemäß Fig. 4 möglich, eine logische Operation bezüglich der logischen Summe, eine »ODER«-Funktion oder »UND«-Funktion durchzuführen.

Genauer gesagt: Wenn die elektromagnetischen Spulen 22b und 22c beispielsweise beide die gleiche Windungszahl und die gleiche Wicklungsrichtung besitzen, erzeugen zwei an die Eingangsenden 26 bzw. 28 der Spulen 226 bzw. 22c angelegte Signale Magnetflüsse, die sowohl bezüglich Fließrichtung als auch Magnetflußdichte einander gleich sind, so lange die Signale in den Spulen Ströme fließen lassen, die bezüglich Fließrichtung und Größe einander gleich sind. Unter diesen Bedingungen kann die logische Summe der an die Spulen-Eingangsenden 26 und 28 angelegten Signale erhalten werden. Die Magnetvorrichtung 22 wirkt folglich mit dem Magnetflußdetektor 24 als UND-Glied zusammen. Die gleichzeitige Anlegung der beiden Signale an die Magnetvorrichtung 22 an beiden Eingangspaaren 26 und 28 führt zu einem Magnetfluß mit der gleichen Fließrichtung und der doppelten Dichte wie der Dichte eines Magnetflusses infolge eines Signals, das an das eine Eingangspaar 26 bzw. 28 der Magnetvorrichtung 22 angelegt wird. Der Magnetflußdetektor 24 kann so ausgelegt werden, daß er auf die doppelte Magnetflußdichte aufgrund des an beide Eingangspaare 26 und 28 angelegten Signals anspricht. Der so ausgelegte Magnetflußdetektor 24 spricht dabei nicht auf die getrennte bzw. einzelne Anlegung der Signale an die jeweiligen Eingänge 26 bzw. 28 der Magnetvorrichtung an, vielmehr spricht er nur dann an, wenn die Signale gleichzeitig an beide Paare von Eingangsenden 26 und 28 angelegt werden. Dies führt zur logischen Operation der Bildung des logischen Produkts der beiden an die Eingangsendpaarc 26 und 28 angelegten Signale. Die Magnetvorrichtung 22 wirkt somit als UND-Glied mit dem Magnetflußdetektor 24 zusammen.

Mit der Erfindung wird ersichtlicherweise also eine Signalübertragungsvorrichtung geschaffen, bei welcher cn von einem Signalgeber erzeugtes Eingangssignal mit Gleichstromkomponente unter Ausnutzung eines Magnetflusses als Übertragungsmedium zu einem Signalempfängcr übertragen wird, wobei der Signalgeber vom Signalempfä'nger elektrisch isoliert ist und wobei keine mechanischen Betätigungsvorgänge durchgeführt wer-

den. Darüber hinaus kann die Signalübertragungsvorrichtung mehrere Signale logisch verarbeiten, weil der resultierende Magnetfluß entsprechend dem Resultat der mit den verschiedenen Signalen durchgeführten logischen Operation erzeugt und dann in ein entsprechendes Signal umgewandelt wird, das seinerseits dem Signalempfänger zugeführt wird. Mit der Erfindung kann mithin die Signalübertragungsschaltung vereinfacht und eine wirtschaftliche Konstruktion gewährleistet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

/09 54 B/M¹J

Claims

Patentansprüche:

I. Signalübertragungsvorrichtung, besu : aus einem Signalgeber, der an eine Kopplung uirichtung in Form eines Magnetkernes mit zwei um diesen angeordneten elektromagnetischen Spulen, und aus einem Signalempfänger in Form eines Halbleiier-Magnetflußdetektors besteht, der den von den zwei elektromagnetischen Spulen erzeugten Fluß erfaßt und ihn in einen elektrischen Strom umformt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Signalgeber (10) erzeugten Signale aus einem Gleiehspannungssigna'paar bestehen, und dal'· der Halbleiter-Magnetflußdetektor (24a) die durch das Signalpaar erzeugten magnetischen Flüsse .schwellenmäßig erfaßt, wobei der Schwellenwert oberhalb des Magnetflußweries liegt, der durch ein einziges Gleichspannungssignal erzeugt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Magnetflußdetektor (24;iJ mit einem Verstärker (24bj verbunden ist, der den Signalempfänger speist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aus einem Operationsverstärker besteht und einen Transistorschalter (24c/,)beiäügt.
4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Spulen (24b, 241^ gleiche Windungszahl aufweisen und gleichsinnig um den Magnetkern (22ajgewickelt sind.