DE2632295A1

DE2632295A1 - APPROXIMATION DETECTOR

Info

Publication number: DE2632295A1
Application number: DE19762632295
Authority: DE
Inventors: Pierre Rothenburger
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1975-08-06
Filing date: 1976-07-17
Publication date: 1977-02-17
Also published as: GB1548418A; FR2320663B1; FR2320663A1

Description

Deutsche ITT Industries GmbH . P. Rothenburger - 4German ITT Industries GmbH. P. Rothenburger - 4th

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Go/kn78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 go / kn

16. Juli 1976July 16, 1976

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNGDEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT LIMITED LIABILITY

FREIBURG I. BR.FREIBURG I. BR.

AnnäherungsdetektorProximity detector

Die Priorität der Anmeldung Nr. 75 24506 vom 6. August 1975 in Frankreich wird beansprucht.The priority of application no. 75 24 506 dated August 6, 1975 in France is claimed.

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Annäherungsdetektor für beliebige Gegenstände., welchen man auch als Sensor bezeichnen kann/ der fähig ist, die Anwesenheit eines Gegenstandes innerhalb einer vorgegebenen Grenze festzustellen.The invention is concerned with a proximity detector for any objects, which is also referred to as a sensor can / who is able to determine the presence of an object within a given limit.

Ein derartiger Sensor ist Gegenstand der französischen Patentanmeldung Nr. 74 36906, angemeldet am 7. November 1974 unter der Bezeichnung "Detecteur de proximite d'objets de toute nature" (Annälierungsdetektor für beliebige Gegenstände) . Dieser Annäherungsdetektor besteht im wesentlichen aus einem Oszillator mit einem LC-Resonanzkreis, dessen Induktivität vorzugsweise aus einer Induktionsspule besteht, die in einem Halb-Ferrit-Topfkern angeordnet ist, sowie aus einem weiteren LC-Kreis₇ der bei der Oszillationsfrequenz den ersten LC-Resonanzkreis vom Bezugspotential ent-Such a sensor is the subject of French patent application No. 74 36906 , filed on November 7, 1974 under the name "Detecteur de proximite d'objets de toute nature" (annealing detector for any objects). This proximity detector consists essentially of an oscillator with an LC resonance circuit, the inductance of which preferably consists of an induction coil which is arranged in a half-ferrite pot core, as well as a further LC circuit ₇ which is the first LC resonance circuit at the oscillation frequency from the reference potential

7 0 9 8 0 7/0696 "² ~7 0 9 8 0 7/0696 " ² ~

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koppelt. Die Oszillationsamplitude ändert sich, sobald ein Gegen- stand in der Nähe des offnen Endes des Halb-Ferrit-Topfkerns der Indusktionsspule des v/eiteren LC-Kreiscs erscheint.couples. The oscillation amplitude changes as soon as there is an object near the open end of the semi-ferrite pot core the induction coil of the second LC circle appears.

Aufgabe der Erfindung ist eine verbesserte Weiterbildung dieses Annäherungsdetektors mit wesentlich verbesserter Leistungsfähigkeit bei etwa gleichen Kosten.The object of the invention is an improved further development of this Proximity detector with significantly improved performance at roughly the same cost.

Die Erfindung betrifft daher einen Annäherungsdetektor mit einem Verstärker, dessen Ausgang mit seinem Eingang über eine Rückkopplungsschleife gekoppelt ist, welche aus einem Resonanzkreis zur Festlegung der Oszillationsfrequenz und einem weiteren Parallelresonanzkreis _f der in Reihe mit dem Resonanzkreis geschaltet ist, besteht, zum Kachweis,irgendeines Gegenstandes.The invention therefore relates to a proximity detector with an amplifier, whose output is coupled to its input via a feedback loop which _f of a resonant circuit to determine the oscillation frequency and a further parallel resonant circuit which is connected in series with the resonant circuit, there is, for Kachweis, any object .

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Annäherungsdetektor mit den im kennzeichnenden Teil des anliegenden Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst.The above object is achieved according to the invention by a proximity detector with the in the characterizing part of the adjacent Claim 1 mentioned features solved.

Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft die Einfügung des weiteren Parallelresonanzkreises in die Rückkopplungsschleife zwischen dem Resonanzkreis und dem Verstärkereingang.A further development of the invention relates to the insertion Parallel resonance circuit in the feedback loop between the resonance circuit and the amplifier input.

Nach einer weiteren Ausbildung des Annäherungsdetektors nach der Erfindung ist der Resonanzkreis ein Paralle1-LC-Kreis mit einem Rückkopp lungs zweig, der ej,nen mit dem Verstärker ausgang verbundenen Abgriff aufweist. Ferner ist die erste Zuleitung dieses Resonanzkreises mit der Versorgungsspannung und die zweite Zuleitung mit dem Eingang des Verstärkers über den weiteren Parallel-Resonanzkreis zur Einfügung einer Impedanz verbunden, die bei Annäherung des nachzuweisenden Gegenstandes zumindest in der Oszillationsamplitude abnimmt. After a further training of the proximity detector after Invention, the resonance circuit is a parallel 1-LC circuit with a Feedback branch, the one connected to the amplifier output Has tap. Furthermore, the first lead is this resonance circuit with the supply voltage and the second supply line with the input of the amplifier via the further parallel resonance circuit connected to the insertion of an impedance, which decreases when the object to be detected approaches, at least in the oscillation amplitude.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur der Zeichnung, die das Blockschaltbild eines Annäherungsdetektors nach der Erfindung zeigt.Further features emerge from the following description of a Embodiment in conjunction with the figure of the drawing, which shows the block diagram of a proximity detector according to the invention shows.

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Der in der Figur veranschaulichte Annäherungsdetektor oder Sensor enthält einen Verstärker AMP mit einem Eingang ent und einem Ausgang st, der mit dem Eingang über eine Rückkopplungsschleife verbunden ist/ die einen die Oszillationsfrequenz bestimmenden Resonanzkreis und einen weiteren Parallel-Resonanzkreis aufweist, der als Stromresonanzkreis in Anwesenheit eines nachzuweisenden Gegenstandes wirksam ist. Es wurde eine sogenannte "Hartley-Anordnung" gewählt. Der weitere Parallel-Resonanzkreis besteht aus einer Induktionsspule L1 und einem Kondensator C1. Der Resonanzkreis wird von der Induktionsspule L2 und dem Kondensator C2 gebildet. Der eine seiner Anschlüsse wird mit dem Versorgungspotential -VC verbunden/ welches beispielsweise dem Massepotential entsprechen kann.The illustrated in the figure proximity detector or sensor includes an amplifier AMP having an input ent and an output st, which is connected to the input via a feedback loop / the one having the oscillation frequency-determining resonant circuit, and a further parallel resonant circuit as a current resonance circuit in the presence of an object to be verified is effective. A so-called "Hartley arrangement" was chosen. The further parallel resonance circuit consists of an induction coil L1 and a capacitor C1. The resonance circuit is formed by the induction coil L2 and the capacitor C2. One of its connections is connected to the supply potential -VC / which can, for example, correspond to the ground potential.

Die andere Zuleitung wird mit dem Eingang ent des Verstärkers AMP über den Parallel-Resonanzkreis L1-C1 verbunden. Der Abgriff pi der Induktionsspule L2 liegt am Ausgang st des Verstärkers.The other lead is connected to the ent input of the AMP amplifier connected via the parallel resonance circuit L1-C1. The tap pi the induction coil L2 is at the output st of the amplifier.

Eins der Schaltungselemente des Parallel-Resonanzkreises L1-C1 spricht auf die Anwesenheit des nachzuweisenden Gegenstandes an. Vorzugsweise wird die Induktionsspule L1 in einem offenen magnetischen Kreis, angeordnet, wie ein HaIb-Ferritkern, dessen Formgebung zweckentsprechend so gewählt wird, daß die Spule von einem in ihrer Nähe angeordneten Gegenstand 0 beeinflußt wird, was in der Figur durch eine unterbrochene Linie angedeutet wird.One of the circuit elements of the parallel resonance circuit L1-C1 responds to the presence of the object to be detected. The induction coil L1 is preferably arranged in an open magnetic circuit, such as a Halb ferrite core, the shape of which is appropriately chosen so that the coil of a arranged in their vicinity object 0 is influenced, which is indicated in the figure by a broken line.

Der Verstärker AMP kann von beliebiger Art sein und wird beim Gegenstand der Erfindung besonders dem Detektor angepaßt; er enthält den Transistor TR1, die zur Spannungsversorgung vorgesehenen Widerstände R1 und R2 und die der Temperaturkompensation dienende Diode D1.The amplifier AMP can be of any type and is particularly adapted to the detector in the subject matter of the invention; it contains the transistor TR1, which is provided for the voltage supply Resistors R1 and R2 and the temperature compensation diode D1.

Der Schaltkreis enthält den Widerstand R1, die Diode D1 und die Induktionsspulen L1 und L2 und verleiht der Basis des Transistors T1 eine solche Vorspannung, daß er gerade leitet.The circuit includes resistor R1, diode D1 and the Inductors L1 and L2 and biases the base of transistor T1 so that it just conducts.

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Zwar ist im statischen Fall der über den Transistor TR1, den Widerstand R2 und einen Teil der Induktionsspule fließende Strom notwendigerweise niedrig genug, damit die Emitterspannung um einen Wert, der etwa der Schwellspannung V„„ des Transistors entspricht, kleiner ist als die der Basis. Dieser Strom ist sogar noch kleiner, wenn die Schwellspannung der Diode D1 etwas oberhalb der des Transistors TR1 gewählt wird, da er nahezu gleich ist dem Quotienten der Differenz dieser Spannung durch den Wert des Widerstands R2. Wird dagegen eine Oszillation an den Eingang ent angelegt, so kann festgestellt werden, daß ihre negativen Halbwellen den Transistor TR1 ausschalten, während ihre positiven Halbwellen verstärkt werden; ihre Amplitude ist auf den Wert begrenzt, bei dem die Diode D1 dazu neigt, in Sperrichtung polarisiert zu werden. Diese verstärkten positiven Halbwellen werden über den Ausgang st und den Abgriff pi zur Aufrechterhaltung der ursprünglichen Oszillation eingespeist. In diesem Fall ist der mittlere, durch den Transistor TR1 fließende Strom relativ groß.In the static case, the current flowing through the transistor TR1, the resistor R2 and part of the induction coil is necessarily low enough that the emitter voltage is lower than that of the base by a value that corresponds approximately to the threshold voltage V "" of the transistor. This current is even smaller if the threshold voltage of the diode D1 is selected somewhat above that of the transistor TR1, since it is almost equal to the quotient of the difference between this voltage and the value of the resistor R2. If, on the other hand, an oscillation is applied to the input ent, it can be determined that its negative half-waves switch off the transistor TR1, while its positive half-waves are amplified; its amplitude is limited to the value at which the diode D1 tends to be polarized in the reverse direction. These amplified positive half-waves are fed in via the output st and the tap pi to maintain the original oscillation. In this case, the mean current flowing through the transistor TR1 is relatively large.

Die Wirkungsweise des ganzen Annäherungsdetektors hängt von der Wahl der Elementenwerte ab. Letztere werden leicht ermittelt werden können durch Anwendung fachmännischer Erwägungen, so daß bei Abwesenheit eines Gegenstands in der Nähe der Induktionsspule L1 eine elektrische Schwingung durch den Transistor TR1 bei einem relativ hohen Niveau aufrechterhalten bleibt. Die Oszillationsfrequenz ist dann etwa gleich der Abstiirunfrequenz des Resonanzkreises L2-C2. Die Schaltungselemente des weiteren Parallel-Resonanzkreises L1-C1 werden so bemessen, daß seine Abstimmfrequenz unter diesen Bedingungen so ausreichend unterschiedlich von der Oszillationsfrequenz ist, daß der weitere Parallel-Resonanzkreis L1-C1 lediglich eine niedrige Impedanz und kleine Verluste hinsichtlich des an die Basis des Transistors TR1 angelegten Signals darstellt.The way the entire proximity detector works depends on the choice of element values. The latter will be easily determined can, by applying expert considerations, so that in the absence of an object in the vicinity of the induction coil L1 electrical oscillation is maintained at a relatively high level by the transistor TR1. The oscillation frequency is then approximately equal to the tuning frequency of the resonance circuit L2-C2. The circuit elements of the further parallel resonance circuit L1-C1 are dimensioned so that its tuning frequency is sufficiently different from that under these conditions The oscillation frequency is that the further parallel resonance circuit L1-C1 only has a low impedance and small losses of the signal applied to the base of transistor TR1.

Dagegen sind die Eigenschaften der abgestimmten Kreise bei der Vorbeiführung eines Gegenstandes O in der Nähe der Induktionsspule L1On the other hand, the characteristics of the tuned circles are when an object O is passed in the vicinity of the induction coil L1

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derart, daß die zwischen dem Gegenstand und der Induktionsspule bestehende Kopplung, die von der komplexen elektrischen Konstanten des Gegenstandes abhängt, sowohl die Induktivität der Induktionsspule L1 als auch ihre Kapazität relativ nach Masse, die sich zur Kapazität des Kondensators C2 addiert, verändert. Es ergibt sich eine Änderung der Abstimmfrequenz jedes abgestimmten Kreises in einer solchen Weise, daß die Abstimmfrequenzen beider abgestimmter Kreise gegeneinander streben. Wenn der Gegenstand eine bestimmte Grenze erreicht, werden diese Frequenzen einander so ausreichend nahe kommen, daß der weitere Schaltkreis L1-C1 alssuch that the between the object and the induction coil existing coupling created by the complex electrical constants of the object depends on both the inductance of the induction coil L1 as well as its capacitance relative to ground, which is added to the capacitance of the capacitor C2, changed. It surrenders changing the tuning frequency of each tuned circuit in such a way that the tuning frequencies of both are more tuned Strive circles against each other. If the subject has a certain Limit reached, these frequencies will come so close to each other that the further circuit L1-C1 as

Parallel-Resonanzkreis wirksam wird, so daß das Oszillationssignal vom Resonanzkreis L2-C2 zur Basis des Transistors TR1 beträchtlich gedämpft wird. Das bewirkt eine beachtliche Verminderung der Amplitude des Oszillationssignals, schließlich sogar das Abreißen der Schwingung. Die Erscheinung ist meßbar anhand des Abfalls des dann aus den Stromquellen über die Anschlüsse +Vc und -Vc eingespeisten mittleren Stromes, der durch irgendwelche geeigneten Mittel gemessen werden kann. Er charakterisiert die Anwesenheit des Gegenstandes 0 innerhalb einer von öer Induktionsspule L1 bestimmten Begrenzung, die sowohl durch die Abmessungen dieser Spule und ihren Magnetkreis als auch durch die unterschiedlichen, nach den oben erwähnten Regeln bemessenen Sch.altungskomponenten gegeben ist.Parallel resonance circuit takes effect, so that the oscillation signal from the resonance circuit L2-C2 to the base of the transistor TR1 considerably is dampened. This causes a considerable reduction in the amplitude of the oscillation signal, finally even the breakdown of the oscillation. The appearance can be measured by the fall of the then average current fed from the current sources through terminals + Vc and -Vc, measured by any suitable means can be. It characterizes the presence of the object 0 within a determined by the induction coil L1 Limitation both by the dimensions of this coil and its magnetic circuit and by the different ones according to the Above mentioned rules dimensioned circuit components is given.

Vorstehend wurde lediglich ein nichteinschränkendes Ausführungsbeispiel beschrieben, von dem zahlreiche Abwandlungen möglich sind, ohne vom allgemeinen Erfindungsgedanken abzuweichen. Die : Schwirigkreisvorrichtungen, sowohl der Typ des Verstärkers als auch j die Vörspannungsschaltungen können durch Äquivalente ersetzt werden. J Insbesondere können integrierte Operationsverstärker verwendet j werden.Above, only a non-restrictive exemplary embodiment has been described, from which numerous modifications are possible without deviating from the general inventive concept. The : Arctic circuit devices, both the type of amplifier and j the bias circuits can be replaced by equivalents. J In particular, integrated operational amplifiers can be used.

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·— - Q —- - Q -

Claims

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Claims

Proximity detector with an amplifier _/ the output of which is coupled to its input via a feedback loop, which consists of a resonance circuit for determining the oscillation frequency and a further parallel resonance circuit, which is / is connected in series with the resonance circuit, for the detection of any object, characterized in that,

that a circuit element of the parallel resonance circuit as evidence of the object is provided and

that the characteristics of the circuit elements of the parallel resonance circuit are chosen so that the approach of the object results in an approximation of the resonance frequency of the parallel resonance circuit to the. Oscillation frequency expresses what is an at least noticeable reduction in the Oscillation amplitude due to the increase in the impedance of the parallel resonance circuit at the oscillation frequency has the consequence.

2. Proximity detector according to claim 1, characterized in that the further parallel resonant circuit in series with the feedback loop between the resonance circuit and the amplifier input.

3. Proximity detector according to claim 2, characterized in that one pole of the voltage source with the amplifier and the other is connected to the resonance circuit, so that the other

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tere parallel resonance circuit electrically floating and thus is suitable for evidence of any object.

.4. Proximity detector according to claim 3, characterized in that

that the resonance circuit is a parallel LC circuit with a The feedback branch is / the one with the amplifier from -..--. gang connected tap, and

that the first lead of the parallel LC circuit with the Supply voltage and the second supply line with the Input of the amplifier are connected via the further parallel resonance circuit, the impedance of which at the Oszillationsfretjuenz and when approaching the to be detected Object grows, which at least leads to a decrease in the oscillation amplitude.

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