WO2007093585A1 - Näherungssensor - Google Patents

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WO2007093585A1
WO2007093585A1 PCT/EP2007/051371 EP2007051371W WO2007093585A1 WO 2007093585 A1 WO2007093585 A1 WO 2007093585A1 EP 2007051371 W EP2007051371 W EP 2007051371W WO 2007093585 A1 WO2007093585 A1 WO 2007093585A1
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proximity
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Karl-Heinz Dausch
Jürgen RUPP
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/952—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/94084—Transmission of parameters among sensors or between sensor and remote station
    • H03K2217/94089—Wireless transmission

Definitions

  • sensors are needed as transducers.
  • inductive and capacitive proximity switches are used. These capture, for example, the position of an object to be processed relative to a
  • the Tool or a predetermined setpoint or end position and pass the corresponding position data via a cable to an external control and control unit.
  • the cable also serves to supply the sensor components with energy.
  • the aim of the invention is to provide a versatile ein ⁇ settable and energy self- sufficient working proximity sensor. Furthermore, it should be ensured that the sensor designed as an inductive proximity switch operates as energy-efficiently as possible during measurement data acquisition.
  • the proposed sensor in particular metals (inductive sensor) and virtually all solid and liquid media such as glass, wood, plastic, water, oil, etc. (capacitive sensor) can be detected contactlessly with high switching frequency and measuring accuracy.
  • the energy-efficient interaction of its components ensures a long service life when using a battery as an energy source or makes light ⁇ durable operation by using a small generator unit (solar cell, vibration generator, thermogenerator, etc.).
  • the elimination of cabling considerably reduces the installation effort and prevents incorrect wiring during installation.
  • the sensor can easily be used in critical areas (moving parts, high temperature, mechanical stress, increased hygienic requirements, etc.).
  • Figure 1 the schematic structure of an inventive
  • Figure 2 the measuring head of an inductive proximity switch
  • Figure 3 the basic structure of the measuring electronics of the inductive proximity switch according to Figure 2;
  • Figure 4 the decay of the LC series resonant circuit and the output signal generated by a comparator of the measuring electronics
  • Figure 5 an apparatus for transmitting data
  • the proximity sensor 1 shown schematically in FIG. 1 consists essentially of a sensor unit 3 arranged in the head part of a housing 2 for detecting an object 4 within a sensor area 5, an evaluation unit 6 for generating a measurement signal indicating the presence of the object 4 within the sensor area 3 communi ⁇ cation unit 7 for the wireless transmission of the measuring signal and 9 currents other sensor / operating parameters to an equipped with a communication module external controller 8, a power supply unit for providing the Benö ⁇ saturated operating voltages and as well as the sensor components and all of the processes and / or initiate control Control and monitoring unit 10.
  • the evaluation electronics 6, the control and monitoring unit 10 and possibly also the communication unit 7 can in the form of integ ⁇ cal components on a common carrier (board, thick-film circuit ) and possibly covered with a paste serving for isolation or protection.
  • Potting compound fixes the assembled component carrier and the other sensor components within the made of plastic or steel housing with circular or rectangular / square cross-section.
  • a battery or an accumulator allows energieau ⁇ Tarken operation of the proximity sensor 1.
  • forces, oscillations, vibrations, pressure differences, temperature differences, electromagnetic radiation (light), etc. appealing
  • the operating life of the proximity sensor 1 can be extended almost indefinitely.
  • the communication unit 7 exchanges position data / measured values as well as control and control information with the control device 8 which is arranged a few meters away from the proximity sensor 1 and possibly controls further sensors via a bidirectional radio interface.
  • the communication via radio takes place according to one of the known standards (Bluetooth, WLAN, ZigBee, nanoNet, GSM, UMTS etc.)
  • FIG. 2 shows the sensor element 3 of an inductive proximity switch in cross section.
  • a nen in a offe outwardly ⁇ ferrite pot core 11 arranged and Ström of an alternating-carrying coil 12 generates a high frequency like ⁇ netic stray field 13 which exits on the end face of the example ⁇ example sealed with a plastic cap 14 Nährungs- switch.
  • the shell core 11 and the coil 12 in this case form the inductance L, a capacitor 15 connected in series with the inductance L, the capacitance C of the series resonant circuit shown schematically in FIG.
  • the series resonant circuit is not excited to oscillate permanently, but only at discrete measuring times by means of a pulse generated by the voltage source 16. Because of the losses are always present, sounds the excited vibration dampens ge ⁇ , ie the amplitude of the supply across the inductance L ⁇ accessed signal is reduced in accordance with the curve a shown in Figure 4 in function of time.
  • a introduced into the leakage field of the sensor unit 3 metal ⁇ metallic object influences due to the induced eddy in it ⁇ streams and their feedback to the LC series resonant circuit an additional dampening.
  • the excited oscillation is therefore correspondingly faster, for example according to the subside b in figure 4 is provided ⁇ curve.
  • the switching threshold can be programmed and / or via the bidirectional radio ⁇ the communication unit 7 interface adjusted.
  • the operating time of a proximity sensor 1 equipped with an exhaustible energy source can be determined by means of a significantly extend intelligent energy management.
  • the sensor element predetermined measurement principle inductive, capacitive, photoelectric, Hall effect ultrasonic measurement, etc.
  • folic constricting taken from the useful or of the external control and Steuereinisme initiated and supervised measures who ⁇ :
  • the measuring rate is matched to the process / process to be monitored and possibly changed or adjusted during operation (eg via the radio interface).
  • the measurement can ⁇ rate, for example, of two milliseconds to the much lower sampling rate of, for example 100 milliseconds can be reduced, provided that it allows the respective process.
  • the exchange of data via the radio interface is event-controlled, ie only happens when the switching state of the proximity sensor has changed.
  • the proximity sensor transmits a signal to the external control device 8 at fixed or randomly selected time intervals in order to check the quality of the radio link or to carry out parameterization of the sensor, even without changing the switching state.
  • the proximity sensor is placed in a state with significantly reduced energy consumption ( "Sleep Mode"). In this mode, no position or distance measurement takes place is within preset time intervals. only the communication unit 7 briefly activated to the proximity sensor 1 by means of the external control device 8 back to the normal operating state turn. Of course, it is also possible to activate the "sleep mode" only for a specific time interval (eg 48 hours) and to automatically return the proximity sensor 1 to the normal operating state after this time has expired.
  • a specific time interval eg 48 hours
  • the proximity sensor 1 automatically switches to the "sleep mode" if, within a predetermined time after transmission of a signal to the external control device 8, it receives no response confirming this signal from the control device 8.
  • the lowest energy requires the proximity sensor 1 in rank ⁇ switched state, if any cyclic control is omitted. ER- transfer into the normal operating state requests a direct external intervention (for example, pressing a key, plant contacts a short-circuit bridge to external equipment Kon ⁇ or an external voltage).
  • Fol ⁇ constricting energy-optimized display concept offers the same comfort during commissioning of the proximity sensor, and while ensuring that the display device is not the source of energy in normal operation or only slightly overloaded be ⁇ .
  • the LED is turned on only for a short time interval to indicate changes in the state of the proximity sensor. Because of the inertia of the human eye, a pulse duration in the range of about 50 microseconds is sufficient to clearly perceive the illumination of the diode.
  • the display device can in this case be operated permanently or only for a certain period of time in the pulse mode. The deactivation of the display device after the predetermined period of time is preferably carried out automatically without re-intervention of the external control device.
  • the switching status display also static. As long as the proximity sensor switches, the display device thus remains active. Compared with the normal operation, this leads to an extremely high energy requirement during the bamboosbe ⁇ drive a few hours, at most a few days, then to go back to zero by switching off the display device. In relation to the total lifespan, the initially high energy demand hardly makes itself felt. The deactivation of the display device is again automatically without intervention of the controller. Data and energy transfer via the measuring head:
  • the parameterization of the proximity sensor is normally done over the air interface of the communication unit also missioning 7, both during operation and during the commissioning ⁇ .
  • Another communication channel can be as open ⁇ by that one brings the inductive probe of the proximity sensor 1 in the vicinity of an equipped with an inductive coupling element 19 (for example, coil with an open core) communication unit 20th
  • the two inductive coupling elements 18 and 19 then form a transformer, via which then both data and energy between the external communication unit 20 and the proximity sensor 1 can be exchanged.
  • a sensor-side voltage pulse can thus be generated and lead to an interrupt input of the microcontroller of the control and monitoring unit. This voltage pulse causes the microcontroller to restart, even if its cyclic processing was switched off.

Abstract

2.1 In modernen Fertigungsanlagen lassen sich die Positionsdaten rotierender Maschinenteile und schnell durchlaufender Werkstücke nicht mehr oder nur noch mit erheblichem konstruktivem Aufwand (beweglicher Kabelkanal, Schleifringübertrager usw.) mittels leitungsgebundener Näherungssensoren erfassen. 2.2 Der erfindungsgemäße Näherungssensor (1) ist mit einer Kommunikationseinheit (7) zur drahtlosen Übertragung der gemessenen Positionsdaten und anderer Sensor-/ Betriebsparameter an eine externe Kontroll- und Steuervorrichtung (8) ausgestattet. Eine aus einem Energiewandler und einer Batterie bestehende Energieversorgungseinheit (9) erzeugt die erforderlichen Betriebsspannungen und -ströme. Als Sensorelement dient insbesondere eine in einem offenen Ferrit-Schalenkern angeordnete Spule, welche zusammen mit einem Kondensator einen von einem impulsförmigen Signal angeregten LC-Serienschwingkreis bildet.

Description

Näherungssensor
1. Einleitung und Stand der Technik
Zur Steuerung und Kontrolle automatisch ablaufender Fertigungsprozesse werden Sensoren als Messwertgeber benötigt. Hierbei kommen insbesondere induktive und kapazitive Näh- rungsschalter zum Einsatz. Diese erfassen beispielsweise die Position eines zu bearbeitenden Objektes relativ zu einem
Werkzeug oder einer vorgegebenen Soll- bzw. Endlage und geben die entsprechenden Positionsdaten über ein Kabel an eine externe Kontroll- und Steuereinheit weiter. Das Kabel dient gleichzeitig auch der Versorgung der Sensorkomponenten mit Energie.
In modernen Fertigungsanlagen lassen sich die Position rotierender Maschinenteile, bewegter Roboterarme oder schnell durchlaufender Werkstücke nicht mehr oder nur noch mit erheb- lichem konstruktivem Aufwand (beweglicher Kabelkanal, Schleifringübertrager usw.) mittels leitungsgebundener Näherungssensoren erfassen. Es wurde daher bereits in [1-4] vorgeschlagen, den Näherungssensor mit einer Batterie oder einem Akkumulator als Strom-/Spannungsquelle auszustatten und die erfassten Positionsdaten nicht mehr über ein Kabel, sondern per Funk an die externe Kontroll- und Steuereinheit des Näherungssensors zu übertragen.
2. Ziele und Vorteile der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines vielseitig ein¬ setzbaren und energieautark arbeitenden Näherungssensors. Weiterhin soll sichergestellt sein, dass der als induktiver Nährungsschalter ausgebildete Sensor während der Messdatenerfassung möglichst energiesparend arbeitet. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Näherungssensor mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch einen induktiven Näherungssensor gemäß Patentanspruch 3 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der genannten Näherungssensoren .
Mit Hilfe des vorgeschlagenen Sensors lassen sich insbesondere Metalle (induktiver Sensor) sowie nahezu alle festen und flüssigen Medien wie Glas, Holz, Kunststoff, Wasser, Öl usw. (kapazitiver Sensor) berührungslos mit hoher Schaltfrequenz und Messgenauigkeit erfassen. Das energieeffiziente Zusammen- wirken seiner Komponenten sichert eine lange Betriebsdauer bei Verwendung einer Batterie als Energiequelle bzw. ermög¬ licht den dauerhaften Betrieb durch Einsatz einer kleinen Generatoreinheit (Solarzelle, Vibrationsgenerator, Thermogene- rator usw.) . Durch den Wegfall der Verkabelung wird der Mon- tageaufwand erheblich reduziert und Falschverdrahtungen während der Installation verhindert. Der Sensor lässt sich auch in kritischen Bereichen (bewegliche Teile, hohe Temperatur, mechanische Beanspruchung, erhöhte hygienische Anforderungen usw.) ohne weiteres einsetzen.
3. Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Näherungssensors;
Figur 2: den Messkopf eines induktiven Nährungsschalters;
Figur 3: den prinzipiellen Aufbau der Messelektronik des induktiven Nährungsschalters gemäß Figur 2;
Figur 4: das Ausschwingverhalten des LC-Serienschwingkreises und das von einem Komparator der Messelektronik erzeugte Ausgangssignal und Figur 5: eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten und
Energie auf den Messkopf des Näherungssensors mit¬ tels induktiver Kopplung.
4. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Figur 1 schematisch dargestellte Näherungssensor 1 besteht im Wesentlichen aus einer im Kopfteil eines Gehäuses 2 angeordneten Sensoreinheit 3 zur Detektion eines Objektes 4 innerhalb eines Sensorsbereichs 5, einer Auswerteelektronik 6 zur Erzeugung eines die Anwesenheit des Objektes 4 innerhalb des Sensorsbereichs 3 anzeigenden Messsignals, einer Kommuni¬ kationseinheit 7 zur drahtlosen Übertragung des Messsignals und anderer Sensor-/Betriebsparameter an eine mit einem Kommunikationsmodul ausgestattete externe Steuereinrichtung 8, einer Energieversorungseinheit 9 zur Bereitstellung der benö¬ tigten Betriebsspannungen und -ströme sowie eine die Sensorkomponenten und sämtliche Prozesse initiierende und/oder überwachende Steuer- und Kontrolleinheit 10. Insbesondere die Auswerteelektronik 6, die Steuer- und Kontrolleinheit 10 und ggf. auch die Kommunikationseinheit 7 können in Form integ¬ rierter Bauelemente auf einem gemeinsamen Träger (Platine, Dickschichtschaltung) angeordnet und ggf. mit einer der Iso- lation bzw. dem Schutz dienenden Paste abgedeckt sein. Eine
Vergussmasse fixiert den bestückten Bauelementeträger und die übrigen Sensorkomponenten innerhalb des aus Kunststoff oder Stahl gefertigten Gehäuses mit kreisförmigen oder rechteckigen/quadratischen Querschnitt.
Eine Batterie oder ein Akkumulator ermöglicht den energieau¬ tarken Betrieb des Näherungssensors 1. Durch zusätzlichen Einbau eines beispielsweise auf Kräfte, Schwingungen, Vibrationen, Druckunterschiede, Temperaturdifferenzen, elektromagnetische Strahlung (Licht) usw. ansprechenden
Energiewandlers (piezoelektrischer oder elektrodynamischer Wandler, Thermoelement, pyroelektrisches Element, Solarzelle usw.) lässt sich die Betriebsdauer des Näherungssensors 1 nahezu unbegrenzt verlängern.
Die Kommunikationseinheit 7 tauscht über eine bidirektionale Funkschnittstelle Positionsdaten/Messwerte sowie Kontroll- und Steuerinformationen mit der in einigen Metern Abstand vom Näherungssensor 1 angeordneten und ggf. weitere Sensoren kontrollierende Steuereinrichtung 8 aus. Die Kommunikation über Funk erfolgt gemäß einem der bekannten Standards (Bluetooth, WLAN, ZigBee, nanoNet, GSM, UMTS usw.)
Die Figur 2 zeigt das Sensorelement 3 eines induktiven Näh- rungsschalters im Querschnitt. Eine in einem nach außen offe¬ nen Ferrit-Schalenkern 11 angeordnete und von einem Wechsel- ström durchflossenen Spule 12 erzeugt ein hochfrequentes mag¬ netisches Streufeld 13, das an der Stirnseite des beispiels¬ weise mit einer Kunststoffkappe 14 verschlossenen Nährungs- schalters 1 austritt. Der Schalenkern 11 und die Spule 12 bilden hierbei die Induktivität L, ein in Reihe mit der In- duktivität L geschalteter Kondensator 15 die Kapazität C des in Figur 3 schematisch dargestellten Serienschwingkreises. Entsprechend dem aus [1] bekannten Messverfahren, wird der Serienschwingkreis nicht permanent, sondern nur zu diskreten Messzeitpunkten mittels eines von der Spannungsquelle 16 er- zeugten Impulses zu Schwingungen angeregt. Aufgrund der stets vorhandenen Verluste, klingt die angeregte Schwingung ge¬ dämpft ab, d.h. die Amplitude des an der Induktivität L abge¬ griffenen Signals verringert sich entsprechend der in Figur 4 dargestellten Kurve a in Abhängigkeit von der Zeit.
Ein in das Streufeld der Sensoreinheit 3 eingebrachtes metal¬ lisches Objekt wirkt aufgrund der in ihm induzierten Wirbel¬ ströme und deren Rückkopplung auf den LC-Serienschwingkreis zusätzlich dämpfend. Die angeregte Schwingung wird daher ent- sprechend schneller, beispielsweise gemäß der in Figur 4 dar¬ gestellten Kurve b abklingen. Durch Auswertung des zeitlichen Verhaltens der Amplitude des an der Induktivität L abgegriffenen Signals lässt sich somit das Vorhandensein eines metallischen Objektes in das magneti¬ sche Streufeld des Näherungssensors feststellen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein erster Eingang des Komparators 17 mit einem einen Schwellenwert definierenden Referenzsignal und der zweite Eingang des Komparators 17 mit dem an der Induktivität L abgegriffenen Signal beaufschlagt wird. Der Komparator 17 ist hierbei nur zwischen dem ersten und dem zweiten Nulldurchgang des Signals aktiviert. Überschreitet der Signalpegel innerhalb dieses Zeitintervalls den im Komparator 17 vorgegebene Schwellenwert, schaltet der Kom¬ parator 17 durch (erster Schaltzustand des Nährungsschalters) und erzeugt einen im unteren Teil der Figur 4 dargestellten Spannungsimpuls (Schwellenwert := 0,5 Pegeleinheiten). Er¬ reicht der Signalpegel innerhalb des genannten Zeitintervalls hingegen nicht den vorgegebenen Schwellenwert, erzeugt der Komparator 17 kein Ausgangssignal, was einem zweiten Schaltzustand des Nährungsschalters entspricht. Die Schaltschwelle kann programmiert und/oder über die bidirektionale Funk¬ schnittstelle der Kommunikationseinheit 7 eingestellt werden.
Nähert sich anstelle eines metallischen Gegenstandes ein zu¬ mindest teilweise aus einem magnetisierbaren Material beste- hendes Objekt dem Messkopf des Nährungsschalters 1, wird die angeregte Schwingung weniger stark gedämpft, die Frequenz der Schwingung als Folge der erhöhten Induktivität L jedoch verringert (siehe Kurve c in Figur 4) . Die durch das angenäherte Objekt hervorgerufene Frequenzverschiebung des an der Induk- tivität abgegriffenen Signals kann in einfacher Weise gemessen werden, indem man den Zeitpunkt des Auftretens eines be¬ stimmten Signalmaximums oder -minimums registriert und diesen Zeitpunkt mit einem Referenzwert vergleicht. Die gemessene Zeitdifferenz ist dann der Änderung der Periodendauer propor- tional, der Änderung der Frequenz umgekehrt proportional.
Die Betriebsdauer eines mit einer erschöpfbaren Energiequelle ausgestatteten Näherungssensors 1 lässt sich mittels eines intelligenten Energiemanagements deutlich verlängern. So können, unabhängig von dem jeweils angewandten, durch das Sensorelement vorgegebenen Messprinzips (induktiv, kapazitiv, photoelektrisch, Halleffekt, Ultraschallmessung usw.) fol- gende, von der eignen oder der externen Kontroll- und Steuereineinheit initiierte und überwachte Maßnahmen ergriffen wer¬ den :
Messrate :
Die Messrate wird auf den zu überwachenden Prozess/Vorgang abgestimmt und ggf. während des Betriebes (z.B. über die Funkschnittstelle) geändert bzw. angepasst. So kann die Mess¬ rate beispielsweise von zwei Millisekunden auf die deutlich niedrigere Messrate von z.B. 100 Millisekunden herabgesetzt werden, sofern es der jeweilige Prozess zulässt.
Funkübertragung :
Der Austausch von Daten über die Funkschnittstelle erfolgt ereignisgesteuert, geschieht also nur dann, wenn sich der Schaltzustand des Näherungssensors geändert hat. Zusätzlich überträgt der Näherungssensor in fest vorgegebenen oder zufällig ausgewählten Zeitabständen ein Signal an die externe Steuervorrichtung 8, um die Qualität der Funkverbindung zu überprüfen oder eine Parametrierung des Sensors, auch ohne Änderung des Schaltzustandes, durchführen zu können.
„Sleep-Mode"
Während längerer Pausenzeiten (über Nacht, am Wochenende, Be¬ triebsurlaub usw.) wird der Näherungssensor in einen Zustand mit erheblich vermindertem Energieverbrauch versetzt („Sleep- Mode") . In diesem Betriebszustand findet keine Positions- oder Abstandsmessung statt. Innerhalb vorgegebener Zeitabstände wird lediglich die Kommunikationseinheit 7 kurzzeitig aktiviert, um den Näherungssensor 1 mit Hilfe der externen Steuereinrichtung 8 wieder in den normalen Betriebszustand zu schalten. Es ist selbstverständlich ebenso möglich, den „Sleep-Mode" nur für ein bestimmtes Zeitintervall (z.B. 48 Stunden) zu aktivieren und den Näherungssensor 1 nach Ablauf dieser Zeitspanne automatisch in den normalen Betriebszustand zurückzuschalten.
Automatischer „Sleep-Mode"
Der Näherungssensor 1 schaltet selbstständig in den „Sleep- Mode", wenn er innerhalb einer vorgegebenen Zeit nach Übermittlung eines Signals an die externe Steuereinrichtung 8 keine dieses Signal bestätigende Antwort von der Steuerein¬ richtung 8 empfängt.
Abschaltung:
Die geringste Energie benötigt der Näherungssensor 1 im abge¬ schalteten Zustand, wenn jede zyklische Steuerung unterbleibt. Die Überführung in den normalen Betriebszustand er- fordert einen direkten äußeren Eingriff (z.B. Betätigung eines Tasters, Anlagen einer Kurzschlussbrücke an externe Kon¬ takte oder Anlagen einer externen Spannung) .
Energiesparende Anzeige des Schaltzustands:
Konventionelle Nährungsschalter besitzen häufig ein optisches Element (Leuchtdiode LED), um den Schaltzustand anzuzeigen. Eine ständig aktive, d. h statische Anzeigevorrichtung kommt für einen energieautarken Nährungsschalter normalerweise nicht in Betracht, da die für den Betrieb einer Leuchtdiode erforderliche Stromstärke im Bereich einiger Milliampere liegt, was die als Energiequelle dienende Batterie zu stark belasten würde. Andererseits ist die optische Anzeige des Schaltzustandes am Näherungssensor selbst, insbesondere wäh- rend der Inbetriebnahme, sehr nützlich, da sich mit diesem
Hilfsmittel der Schaltabstand leichter einstellen lässt. Fol¬ gendes energieoptimiertes Anzeigekonzept bietet den gleichen Komfort während der Inbetriebnahme des Näherungssensors und stellt gleichzeitig sicher, dass die Anzeigeeinrichtung die Energiequelle in Normalbetrieb nicht oder nur schwach be¬ lastet .
Anzeige aus:
Im Normalbetrieb bleibt die LED-Anzeige ausgeschaltet, da sie nach Inbetriebnahme des Näherungssensors meist ohnehin nicht mehr benötigt wird.
Anzeige Pulsmode
In dieser Betriebsart wird die Leuchtdiode nur für ein kurzes Zeitintervall eingeschaltet, um Zustandsänderungen des Näherungssensors anzuzeigen. Wegen der Trägheit des menschlichen Auges reicht eine Impulsdauer im Bereich von etwa 50 Mikrosekunden aus, um das Leuchten der Diode deutlich wahrzunehmen. Die Anzeigevorrichtung kann hierbei permanent oder nur für eine gewisse Zeitspanne im Pulsmode betrieben werden. Die Deaktivierung der Anzeigevorrichtung nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne erfolgt vorzugsweise automatisch ohne nochmaliges Eingreifen der externen Steuereinrichtung.
Anzeige statisch:
Während der Inbetriebnahme des Näherungssensors kann die An¬ zeigevorrichtung den Schaltzustand auch statisch anzeigen. Solange der Näherungssensor schaltet, bleibt die Anzeigevorrichtung somit aktiv. Verglichen mit dem Normalbetrieb führt dies zu einem extrem hohen Energiebedarf während des einigen Stunden, höchstens wenige Tage andauernden Einrichtungsbe¬ triebs, um dann allerdings durch Abschalten der Anzeigevorrichtung auf Null zurückzugehen. Bezogen auf die Gesamtlebensdauer macht sich der Anfangs stark erhöhte Energiebedarf daher kaum bemerkbar. Das Deaktivieren der Anzeigevorrichtung erfolgt wieder automatisch ohne Eingriff der Steuerung. Daten und Energieübertragung über den Messkopf:
Die Parametrierung des Näherungssensors erfolgt im Normalfall über die Funkschnittstelle der Kommunikationseinheit 7 und zwar sowohl während des Betriebes als auch während der Inbe¬ triebnahme. Ein weiterer Kommunikationskanal lässt sich da¬ durch öffnen, dass man den induktiven Messkopf des Näherungssensors 1 in die Nähe eines mit einem induktiven Koppelelement 19 (z.B. Spule mit offenen Schalenkern) ausgestattete Kommunikationseinheit 20 bringt. Die beiden induktiven Kuppelelemente 18 und 19 bilden dann einen Übertrager, über den dann sowohl Daten als auch Energie zwischen der externen Kommunikationseinheit 20 und dem Näherungssensor 1 ausgetauscht werden können. Mittels eines entsprechenden Signals der Kommunikationseinheit 20 lässt sich so beispielsweise auch ein sensorseitiger Spannungsimpuls erzeugen und auf einen Interrupt-Eingang des MikroControllers der Steuer- und Kontrolleinheit führen. Dieser Spannungsimpuls lässt den Microcontroller wieder anlaufen, auch wenn seine zyklische Bearbeitung ausgeschaltet war .
5. Stand der Technik :
[1] DE 33 18 900
[2] DE 100 12 200
[3] DE 199 46 917
[4] DE 100 19 539

Claims

Patentansprüche :
1. Näherungssensor (1) mit einer Sensoreinheit (2) zur Detektion eines Objektes (4) in- nerhalb eines Sensorbereichs (5) , einer Auswerteeinheit (6) zur Erzeugung eines die Anwesenheit des Objektes (4) innerhalb des Sensorbereichs (5) anzeigenden Messsignals, einer Kommunikationseinheit (7) zur drahtlosen Übertragung des Messsignals an eine externe Empfangsstation (8) einer Steuer- und Kontrolleinheit (10) und einer Energieversorgungseinheit (9) .
2. Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (2) ein induktives, ein kapazitives oder ein photoelektrisches Sensorelement oder einen Ultra¬ schallsensor oder einen Hall-Sensor aufweist.
3. Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (2) einen LC-Serienschwingkreis auf¬ weist .
4. Näherungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem Schalenkern (11) angeordnete Spule (12) oder eine in einem Schalenkern (11) angeordnetes Spulensystem die Induktivität (L) des Serienschwingkreises bildet.
5. Näherungssensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) einen Komparator (17) aufweist und dass ein erster Eingang des Komparators (17) mit einem an der Induktivität (L) abgegriffenen Signal und zwei¬ ter Eingang des Komparators (17) mit einem als Schwellenwert dienenden Referenzsignal beaufschlagt sind.
6. Näherungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (9) einen Strom- oder Spannungsgenerator und eine Energiespeichereinheit aufweist.
7. Näherungssensor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine auf Kräfte, Schwingungen oder Vibrationen ansprechenden piezoelektrischen oder elektrodynamischen Wandler, ein auf Temperaturunterschiede ansprechendes Thermoelement oder pyroelektrisches Element oder einen photoelektrischen Wandler als Strom- oder Spannungsgenerator.
8. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn- zeichnet durch eine Einheit (18) zum drahtlosen Empfang von
Kontroll-/Steuersignalen und/oder zum Empfang von Energie in Form elektromagnetischer Strahlung.
PCT/EP2007/051371 2006-02-15 2007-02-13 Näherungssensor WO2007093585A1 (de)

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