DE10135263A1 - Schaltoszillator - Google Patents

Abstract

Der Schaltoszillator wird für die Anwendung bei Näherungssensoren verwendet, die aus einen den Oszillator bildenden Verstärker mit Sensorelement bestehen. Der Verstärker ist so geschaltet, dass bei Annäherung eines Werkstückes an den Sensor sein oszillatorisches Verhalten beeinflusst ist. Der Schaltoszillator weist einen internen Schalter auf, der bei seiner Betätigung die Annäherung oder die Entfernung eines Werkstückes zum Sensorelement in der Weise simuliert, dass mindestens eine Bedingung für die Erzeugung einer Schwingung durch den Versärker mittels eines Schalters beeinflussbar ist.

Description

• Der Schaltoszillator ist für Anwendungen bei Näherungssensoren vorgesehen, die aus einem den Oszillator bildenden Verstärker mit Sensorelement bestehen, wobei das Sensorelement mit dem Verstärker so verschaltet ist, dass der Verstärker bei Annäherung eines Werkstückes an das Sensorelement in seinem oszillatorischen Verhalten beeinflusst ist.
• Die eingangs beschriebenen Näherungssensoren sind in vielfältigen industriellen Anwendungen eingesetzt und z. B. in der Schrift DE 12 86 099 beschrieben.
• Näherungssensoren deren Oszillatoren durch Schalter beeinflussbar sind, werden insbesondere unter Sicherheitsaspekten verwendet. Die Beeinflussung des Oszillators ist insbesondere dazu vorgesehen, mit Hilfe einer an den Oszillator angeschlossenen Auswerteelektronik die zuverlässige Funktion des Näherungssensors zu überprüfen.
• In der Schrift DE 31 50 212 ist ein Näherungssensor dargestellt, der als Sensorelement eine induktive Spule aufweist, auf die eine zusätzliche Hilfswicklung aufgebracht ist. Die Hilfsleitung ist mit einem Schalter verbunden, der bei Betätigung diese Hilfswicklung kurz schließt. Dieser Kurzschluss wird transformatorisch in die Oszillatorspule transformiert und hat zur Folge, dass eine Oszillatorschwingung nicht mehr möglich ist. Der Nachteil dieser verwendeten Technik besteht darin, dass lediglich ein Totalausfall der Oszillatorspule simulierbar ist, jedoch nicht einen Teilausfall.
• Aufgabe der Erfindung ist es, parzielle Ausfälle des Sensorelementes und des Verstärkers mit Hilfe eines periodisch geschalteten Testes zu erfassen.
• Die Lösung der Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgezeigten Merkmale gelöst. Die Simulation eines Teilausfalles erfolgt in der Weise, dass mindestens eine Bedingung für die Erzeugung einer Schwingung durch den Verstärker beeinflussbar ist, insbesondere ist ein Schalter vorgesehen, der bei Betätigung die Verstärkungs- und/oder die Rückkopplungsbedingung des Schaltoszillators ändert. Wird der Verstärker mit einem schaltbaren Teil verbunden so kann vorteilhafter Weise bei dessen Betätigung auch die Phasenbeziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal des Verstärkers geändert werden, so dass der in den Schaltoszillator eingreifende Schalter, je nach gewünschter Anwendung, die Verstärkung, den Rückkopplungsfaktor oder die Phase des Verstärkers ändert. Der Schaltoszillator, dessen Sensorelement ein induktiver Resonanzkreis sein kann, der eine Rückkopplungsspule oder ein Anzapfung aufweist, ist mit einem Leitungsende über einen Schalter mit dem die Schwingung erzeugenden Verstärker verbunden, wobei bei Betätigung des Schalters der Rückkopplungsfaktor und damit die Schwingung des Oszillators verändert ist. Der Schalter kann in der Weise ausgebildet sein, dass er die Schwingung des Oszillators unterstützt oder aber auch in dem er sie schwächt. Wie eingangs aufgezeigt, ist ein ähnlich gearteter Effekt dadurch erreichbar, dass nicht der Rückkopplungsfaktor sondern die Verstärkung des Verstärkers bei unverändertem Rückkopplungsfaktor vermittels eines Schalters erhöht oder erniedrigt ist. Für die Schwingbedingung eines Oszillators ist jedoch nicht nur der Rückkopplungsfaktor und die Verstärkung von ausschlaggebender Bedeutung, sondern auch die Phasenlage zwischen Eingangs- und Ausgangssignal der Schaltoszillator-Auswertelektronik. Die Beeinflussung der Phasenlage ist dann von besonderer Bedeutung wenn der Schaltoszillator die Phasenlage des von dem Sensorelement abgegebenen Signals auswertet und wo z. B. ein Mischer verwendet ist, der von einem auf das Sensorelement einwirkenden Generator beaufschlagt ist.
• Anstelle eines Mischers kann auch ein Verstärker verwendet sein, der so mit dem Sensorelement verschaltet ist, dass er überwiegend nur auf die Phasenbeziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal des Verstärkers reagiert, z. B. in der Weise, wenn das mit dem Verstärker zu einem Oszillator verbundene Sensorelement an dem Verstärker einen vorgegebenen absoluten Schwellenwert für die Phase überschreitet. Anhand einiger Anwendungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
• In Fig. 1 ist ein induktiver Näherungsschalter dargestellt, der aus einem induktiven Schwingkreis 1 besteht, wobei die Induktivität dieses Schwingkreises so ausgebildet ist, dass das elektromagnetische Feld des Schwingkreises das Metallstück 2 durchdringt. Eine Anschlussleitung des Schwingkreises ist an einen Verstärker 3 angeschlossen, an dessen Ausgang ein Spannungsteiler 4, 5 angeschlossen ist, wobei an den gemeinsamen Anschlusspunkt dieser beiden Widerstände eine Kopplungsspule 6 angeschlossen ist, die transformatorisch mit der Sensorspule 1 gekoppelt ist. Der Spannungsteiler 4, 5 bestimmt den Rückkopplungsfaktor, der für den Einsatz der Schwingung wesentlich ist. Vermittels eines Schalters 7 wird der Rückkopplungsfaktor bei Verbindung über den Widerstand 8 erhöht und über den Widerstand 9 erniedrigt. Wird der Schalter 7 über eine zusätzlich Auswertelektronik betätigt, so kann die gesamte Funktion des Oszillators sowohl bei erhöhter wie bei erniedrigter Schwingamplitude in seiner Funktion überprüft werden. Die Kennlinie des Verstärkers 3, die den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung beschreibt, ist vorzugsweise nicht linear. Dies verhindert, dass bei Schaltung der Widerstände 8 oder 9 ein abruptes Einsetzen oder Abbrechen der Schwingamplitude eintritt und hat den Vorzug, dass eine feinfühlige Amplitudenbeeinflussung möglich ist. In Fig. 2 ist eine Schaltung gezeigt, die ein Netzwerk 10 aufweist, das für einen konstanten Rückkopplungsfaktor sorgt.
• Über die Widerstände 4, 5 ist die Schleifenverstärkung des Verstärkers 3 fest eingestellt, so dass sich der Oszillator auf eine gewünschte Betriebsamplitude einstellt, während über die Widerstände 8, 9 und den Schalter 7 die Verstärkung entsprechend erhöht oder erniedrigt wird. Die mit der Spulenschwingung gleichphasige Rückkopplungsschwingung ist über das Netzwerk 10 an eine Anzapfung der Sensorspule 1 geführt. Fig. 3 zeigt einen phasenempfindlichen Schaltoszillator, der eine Sensorspule 1, eine Generatorspule 11 und eine Kompensationsspule 12 aufweist. Alle drei Spulen sind miteinander elektromagnetisch gekoppelt und an den Verstärker 14 angeschlossen, der neben Anschlüssen für die Spulen 1, 12 auch einen Anschluss 15 für die Generatorspule 11 aufweist. Diese Generatorspule kann sowohl von dem internen Generator des Verstärkers 14 mit einer konstanten Amplitude beaufschlagt sein, in diesem Falle fungiert der Verstärker 14 als Mischer mit einem Mischsignal das an seinem Ausgangsanschluss 16 zur Verfügung steht, oder Verstärker 14 erzeugt in der Generatorspule 11 eine Schwingung, die je nach Phasenlage der an den Spulen 1 und 12 gemessenen Amplituden einsetzt oder abbricht. Über den Schalter 7 und das mit ihm verbundene Netzwerk 13 wird durch externe Betätigung des Schalters 7 die Phase positiv oder negativ beeinflusst und entsprechend ist das Signal an dem Anschluss 16 erhöht oder erniedrigt.

Claims (7)

1. Schaltoszillator für die Anwendung bei Näherungssensoren, bestehend aus einem den Oszillator bildenden Verstärker mit Sensorelement, wobei das Sensorelement mit dem Verstärker so verschaltet ist, dass der Verstärker bei Annäherung eines Werkstückes an das Sensorelement in seinem oszillatorischen Verhalten beeinflusst ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schalter vorgesehen ist, der bei seiner Betätigung die Annäherung oder Entfernung eines Werkstückes zum Sensorelement in der Weise simuliert, dass mindestens eine Bedingung für die Erzeugung einer Schwingung durch den Verstärker mittels des Schalters beeinflusst ist.

2. Schaltoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker mit mindestens einem Schalter verbunden ist, der bei Betätigung den Verstärkungs- und/oder den Rückkopplungsfaktor des Schaltoszillators ändert.

3. Schaltoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement ein induktiver Resonanzkreis ist, der eine Rückkopplungsspule oder eine Anzapfung aufweist, deren eines Leitungsende mit dem Verstärker verbunden ist, und wo mit dem Leitungsende ein Schalter verbunden ist, der bei Betätigung den Rückkopplungsfaktor des Schaltoszillators ändert.

4. Schaltoszillator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des Verstärkers nicht linear ist.

5. Schaltoszillator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker mit einem schaltbaren Teil verbunden ist, der bei Betätigung die Phasenbeziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal des Verstärkers ändert.

6. Schaltoszillator nach einem der Ansprüche der 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltoszillator einen Mischer und mindestens einen auf das Sensorelement einwirkenden Generator aufweist.

7. Schaltoszillator nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung des Schaltoszillators dann einsetzt, wenn die Phasenbeziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal des Verstärkers einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.