DE2937674A1

DE2937674A1 - Electrical proximity sensor with de-tunable oscillator - has inductance between input and output of electronic inverter serving as oscillator

Info

Publication number: DE2937674A1
Application number: DE19792937674
Authority: DE
Inventors: Ulrich 1000 Berlin Baumgärtl; Wolfdietrich 8190 Wolfratshausen Wohinz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-14
Filing date: 1979-09-14
Publication date: 1981-03-19
Also published as: DE2937674B2; JPS5652933A

Abstract

The electrical proximity sensor has an oscillator that is turned out of resonance when an actuating member is approached. The sensor is pref. applied where control processes are initiated by machine parts movable relative to each other. It can be used where dust, dampness or fluids are in evidence, e.g. in mines. An inductance (7) with two capacitors (5,6) serving as a pi member, is switched between the input and output of an electronic inverter (1) working as an oscillator. The inductance (7) serves as the sensor for the approach of the actuating member (13). The inverter (1) is part of a CMOS digital component whose other gates (2,3) are switched as an amplifier and threshold value switch. A thyristor (23) serves as the output member for a coupling lead when an a.c. source is connected. The control electrode of the thyristor is connected to the gate (3) working as the threshold value switch.

Description

Elektrischer NäherungsfühlerElectrical proximity sensor

Die Erfindung befaßt sich mit einem elektrischen Näherungsfühier mit einem durch Annäherung an ein Betätigungsglied verstimmbaren Oszillator.The invention is concerned with an electrical proximity sensor an oscillator that can be detuned by approaching an actuator.

Näherungsfühler dieser Art sind beispielsweise in der Form berührungsloser Endschalter mit rückgekoppeltem Oszillator bekannt (BERO, Siemens-Katalog E 1977, Seite 7/35). Sie werden vorzugsweise dort eingesetzt, wo durch relativ zueinander bewegbare Maschinenteile o. dgl. Steuerungsvorgänge ausgelöst werlen sollen. Das Fehlen mechanisch ineinandergreifender Teile ermöglicht dabei den Einsatz solcher Näherungsfühler auch an Stellen, wo Staub, Feuchtigkeit oder Flüssigkeiten vorhanden sind. Diese Bedingungen können beispielsweise im Bergbau unter Tage vorliegen, wo Näherungsfühler zur Gewinnung bewegungsabhängiger Signale an Fcrdereinrichtungen oder Gewinnungsmaschinen benötigt werden.Proximity sensors of this type are, for example, in the form of non-contact Limit switch with feedback oscillator known (BERO, Siemens catalog E 1977, Page 7/35). They are preferably used where by relative to each other Movable machine parts or the like. Control processes are to be triggered. That The lack of mechanically interlocking parts enables them to be used Proximity sensors also in places where dust, moisture or liquids are present are. These conditions can exist, for example, in underground mining, where Proximity sensor for obtaining motion-dependent signals on conveyor systems or extraction machines are required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsfühler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sein Stromverbrauch besonders gering ist, damit das Gerät bei kleinen Abmessungen ohne unerwünschte Erwärmung arbeitet und eigensicher betrieben werden kann. The invention is based on the object of providing a proximity sensor to train initially mentioned type so that its power consumption is particularly low is so that the device works with small dimensions without undesired heating and can be operated intrinsically safe.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den Eingang und den Ausgang eines als Oszillator arbeitenden elektronischen Inverters eine als iT -Glied ausgebildete Kombination einer Induktivität mit zwei Kapazitäten geschaltet ist und daß die Induktivität als Fühler für die Annäherung des Betätigungsgliedes dient. Das t -Glied bewirkt zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Inverters eine Phasendrehung von 1800, wodurch der Inverter zum Schwingen gebracht wird. Die Annäherung eines metallischen Betätigungsgliedes an die Induktivität führt zu einer Phasendrehung und zu einer Dämpfung des Schwingkreises und damit zur Unterbrechung der Schwingung. Dieser Vorgang läßt sich zur Auslösung von Schaltvorgängen ausnutzen.According to the invention this object is achieved in that between the input and the output of an electronic inverter working as an oscillator a combination of an inductance with two capacitances designed as an iT link is switched and that the inductance as a sensor for the approach of the actuator serves. The t element causes a between the input and the output of the inverter Phase shift of 1800, causing the inverter to oscillate. The approach a metallic actuator to the inductance leads to a phase rotation and to a damping of the resonant circuit and thus to the interruption of the oscillation. This process can be used to trigger switching processes.

Der erwähnte Inverter kann vorteilhaft Bestandteil eines CMOS-Digitalbausteins sein, dessen weitere Gatter als Verstärker und als Schwellwertschalter geschaltet sind.The inverter mentioned can advantageously be part of a CMOS digital module be, whose other gates are connected as an amplifier and as a threshold switch are.

Bausteine dieser Art zeichnen sich durch besonders geringen Stromverbrauch aus, so daß sich auch mit allen erforderlichen Funktionen die Eigensicherheit gewährleisten läßt.Components of this type are characterized by their particularly low power consumption so that intrinsic safety is also guaranteed with all the necessary functions leaves.

Bei Anschluß des Näherungsfühlers an eine Wechselspannungsquelle empfiehlt es sich, als Endglied einer Anschlußleitung des Näherungsfühlers einen Thyristor vorzusehen, wobei die Steuerelektrode des Thyristors mit dem als Schwellwertschalter arbeitenden Gatter des Digitalbausteins verbunden ist. Der Näherungsfühler ist dann als sogenannter Zweidrahtfühler einsetzbar, bei dem sowohl die Stromversorgung als auch die Signalisierung über eine zweiadrige Leitung erfolgen. Bei Nichtbetätigung ist eine Halbwelle der speisenden Wechselspannung durch den Thyristor kurzgeschlossen. Bei einem Leitungsschluß oder einer Leitungsunterbrechung bewirkt der Thyristor die Abgabe eines AUS-Signals.Recommended when connecting the proximity sensor to an AC voltage source it is a thyristor as the end element of a connecting line of the proximity sensor to be provided, the control electrode of the thyristor being used as a threshold switch working gate of the Digital module is connected. The proximity sensor can then be used as a so-called two-wire sensor, in which both the power supply as well as signaling via a two-wire line. When not activated a half-cycle of the feeding AC voltage is short-circuited by the thyristor. In the event of a line short or a line break, the thyristor causes the output of an OFF signal.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to that shown in the figure Embodiment explained in more detail.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Figur enthält vier NAND-Glieder 1, 2, 3 und 4, die gemeinsam Bestandteil eines CMOS-Digitalbausteins sind. Das NAND-Glied 1 bildet zusammen mit einem 7 -Glied, das aus zwei Kondensatoren 5 und 6 sowie einer Induktivität besteht, einen Oszillator. Eine zwischen das t -Glied und das NAND-Glied 1 geschaltete Parallelschaltung eines Widerstandes 10 und eines Kondensators 11 sorgt für eine weitgehende Unabhängigkeit der Schwingung des Oszillators von der Temperatur. Ein weiterer Widerstand 12 dient zur Einstellung der Empfindlichkeit des Oszillators und damit zur Bestimmung des Abstandes eines Betätigungsgliedes 13 von der Induktivität 7, bei der der Näherungsfühler ansprechen soll.The circuit arrangement according to the figure contains four NAND gates 1, 2, 3 and 4, which together form part of a CMOS digital module. The NAND element 1 forms together with a 7 element, which consists of two capacitors 5 and 6 as well as one There is inductance, an oscillator. One between the t-member and the NAND-member 1 connected parallel connection of a resistor 10 and a capacitor 11 ensures that the oscillation of the oscillator is largely independent of the Temperature. Another resistor 12 is used to adjust the sensitivity of the oscillator and thus to determine the distance between an actuator 13 of the inductance 7, at which the proximity sensor should respond.

Die weitere NAND-Stufe 2 dient zur Verstärkung der in der Stufe 1 erzeugten Schwingung in bezug auf Spannung und Strom. Bei schwingendem Oszillator wird durch die bis annähernd Null Volt am Ausgang der NAND-Stufe 2 absinkende negative Spitzonspannung der Oszillatoramplitude ein Kondensator 14 über eine Diode 15 aufgeladen.The other NAND level 2 is used to amplify the level 1 generated vibration in terms of voltage and current. With a vibrating oscillator becomes negative due to the almost zero volts at the output of NAND stage 2 Spitzonvoltage of the oscillator amplitude charges a capacitor 14 via a diode 15.

Ist der Oszillator durch die Annäherung des Betätigungsgliedes 13 an die Induktivität 7 bedämpft, so wird die Schwingungsamplitude Null, und die Spannung am Ausgang der NAND-Stufe 2 wird positiv und die Diode 15 wird gesperrt. Der Kondensator 14 entlädt sich nun über einen Widerstand 16. Die Spannung des Kondensators 14 steuert die bereits erwähnte NAND-Stufe 3. Dies geschieht in dem Sinn, daß bei aufgeladenem Kondensator 14 die Ausgangsspannung der NAND-Stufe 3 positiv ist und bei entladenem Kondensator 14 negativ. Die NAND-Stufe 3 arbeitet dabei als Schmitt-Trigger, d. h. als Schwellwertschalter.Is the oscillator due to the approach of the actuator 13 attenuated to the inductance 7, so is the vibration amplitude Zero, and the voltage at the output of the NAND stage 2 becomes positive and the diode 15 will be blocked. The capacitor 14 is now discharged through a resistor 16. Die The voltage of the capacitor 14 controls the already mentioned NAND stage 3. This happens in the sense that when the capacitor 14 is charged, the output voltage of the NAND stage 3 is positive and negative when the capacitor 14 is discharged. The NAND level 3 works as a Schmitt trigger, d. H. as a threshold switch.

Die Schaltungsanordnung besitzt Ausgänge für die Ausführung des Näherungsschalters als sogenannter Dreidrahtfühler oder als Zweidrahtfühler. Für die Ausfahrung als Dreidrahtfühler gilt die mit gestrichelten Linien dargestellte Ausführung der Schaltung. Zu dieser gehören der Ausgang 17 des von der NAND-Stufe 3 gesteuerten NAND-Gliedes 4 sowie die Anschlußpunkte 18, 20, 21 und 22. Die Benutzung der Anschlußpunkte 18 und 20 ist wahlweise möglich, je nachdem, ob bei Betätigung des Näherungsschalters ein H-Signal oder ein L-Signal benötigt wird.The circuit arrangement has outputs for the implementation of the proximity switch as a so-called three-wire sensor or as a two-wire sensor. For the exit as Three-wire sensor, the version of the circuit shown with dashed lines applies. This includes the output 17 of the NAND element controlled by the NAND stage 3 4 as well as the connection points 18, 20, 21 and 22. The use of the connection points 18 and 20 is optionally possible, depending on whether the proximity switch is actuated an H-signal or an L-signal is required.

Für die Verwendung als Zweidrahtfühler mit gleichzeitiger Leitungsüberwachung sind die Anschlußpunkte 1 und 2 vorgesehen. Die Speisung erfolgt dann mit einer Wechselspannung, von der bei Nichtbetätigung durch einen Thyristor 23 eine Halbwelle kurzgeschlossen wird. Die Steuerung des Thyristors 23 erfolgt hierdurch über einen Widerstand 24 durch das NAND-Glied 3. Sowohl bei Leitungsunterbrechung als auch bei Kurzschluß wird das "Aus"-Signal abgegeben. Der "Aus"-Zustand tritt auch bei unterbrochener Induktivität 7 auf.For use as a two-wire sensor with simultaneous line monitoring connection points 1 and 2 are provided. The feed then takes place with a AC voltage, of which a half-wave when not actuated by a thyristor 23 is short-circuited. The thyristor 23 is controlled by a Resistor 24 through the NAND element 3. Both in the event of a line interruption and in the event of a short circuit, the "off" signal is emitted. The "off" state also occurs interrupted inductance 7.

Um die Schaltungsanordnung in einem möglichst großen Spannungsbereich verwenden zu können, sind noch ein Kondensator 25 mit parallelgeschalteter Z-Diode 26 und ein Widerstand 27 vorgesehen.To the circuit arrangement in the largest possible voltage range to be able to use are still a Capacitor 25 with parallel connected Zener diode 26 and a resistor 27 are provided.

3 Ansprüche 1 Figur3 claims 1 figure

Claims

Claims 1. Electrical proximity guide with a by proximity to an actuator detunable oscillator, d u r c h e k e n n z e i c h n e t that between the input and the output of a working as an oscillator Electronic inverter (1) is a combination of an inductance designed as a link (7) is connected with two capacitors (5, 6) and that the inductance (7) as Sensor for the approach of the actuator (13) is used.

2. Proximity sensor according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, aß the inverter (1) is part of a CMOS digital component whose further gates (2, 3) are connected as amplifiers and as threshold switches.

3. Proximity sensor according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that when connected to an AC voltage source a thyristor (23) serves as the end member of a connecting line, the control electrode of the thyristor (23) is connected to the gate (3) operating as a threshold switch.