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Nahsuchgerät, insbesondere zum Feststellen von metallischen Massen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches @Nahsuchgerät
zum Feststellen bzw. Auffinden metallischer Massen.
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Es sind schon zahlreiche Suchgeräte bekannt, deren grundsätzliche
Betriebsweise auf folgenden Phänomenen beruhen kann : der Veränderung der magnetischen
Permeabilität eines tSteuerkreises ; der Leitfähigkeit der Metalle ; der durch die
Gegenwart oder das Vorbeiziehen der aufzusuchenden Massen bei dingten Veränderung
eines Magnetfeldes, oder auf dem Auftreten von Stromimpulsen, die durch eine an
den Ort der aufzuspUrenden Metallgegenstände gebrachte Aufspürspule hervorgerufen
werden.
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Diese Süchgeräte haben im allgemeinen einkn'ziemlich komplizierte'n
Aufbau. Außerdem besitzt keines der bekannten Suchgerdte alle nachstehenden Merkmale
; gringes Ausmaß, Ansprechen auf große Entfernung, Beständigkeit im AufspUren trotz
Änderungen der Speisespannung oder der Temperatur, Unempfindlichke'it gegenber störende
Nebenerscheinungen leichte Regelbarkeit der AufspUrentfernung, leichte Anpassungsfähigkeit
an verschiedene AufspUr-bzw. Suchmethoden, Möglichkeit eines ständigen bzw. auf
bestimmte Zeitdauer beschränkten Aufspürbetriebes, sehr geringe Gestehungskosten.
Außerdem soll das Gerät, im Falle einer Störung eines seiner Organe, ein Ausgangssignal
liefern, dessen Informationsinhalt der einschränkensten Sicherheitsstellung entspricht,
d. h. einerStellungbeiderdiegrößtmöglichste Sicherheit gewährleistet ist.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Suchgerät zu schaffen,
das allen vorhin aufgezählten Bedingungen entspricht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das Nahsuchgerät in Kombination folgende Teil enthält: Einen
ersten über einen Spannungsteiler an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Transistor,
wobei der Spannungsteilerj zum Leitendmachen dieses Transistors dient ; einen als
Verstärker geschalteten zweiten Transistor, der so an den ersten Transistor angeschlossen
ist, daf3 er eine RUckkopplung zwischen der Ausgangs-und der Eingangselektrode des
letzteren bewirkt ; einen durch den ersten Transistor gespeisten Schwingungskreis
; und einen Ausgangskreis, mit dessen Hilfe ein Signal lieferbar ist, dessen zwei
einzig mögliche Werte dem Vorhandensein oder dem Fehlen von Schwingungen entsprechen.
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Weitere Kennzeichen sind aus der folgenden Beschreibung mehrerer
Ausführungsbeispiele, den SchutzansprUchen und der nachstehenden Zeichnung ersichtlich.
In dieser Zeichnung zeigt:
Fig, 1 das elektrische Schaltachema eines
tua zip des erfindungsgemäßen Suehgeräîts Fig. 2, 3 und 4 elektrische Schaltungen
anderer Ausführungsbeispiele des erfidungsgemäßen Suchgeräts i Fig. 5 das elektrisahe
Schaltbild eines dieser Ausführungsbeispiele mit einem Ausgangskrea,der! einen Sciherheitsverstärker
enthält, und Fig. 6 einAnwendungabeiapiedeaerfindungaeBen Suchgeräta.
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Das in Fig. 1 dargestellte Suchgerät besitzt einen Transistor 1 vom
Typ PNP, dessen Besis 2 über einen Widerstand 4 and die negative Klemme 3 einer
Gleichstromquelle angeschlossen ist, Die Basis 2 ist ebenfalls über einen Widerstand
6 an die Masse 5 angeschlessen, die mit der positiven Klemme der Gleichstromquelle
verbunden ist.
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Die Widerstände 4 und 6 bilden einen Spannungsteiler, mit dessen
Hilfe der Spannungswert an der Baaia 2 des Trainsistors 1 regelbar ist. Der Kollektor
7 des Transistors 1 ist mit der negativen Klemme 3 der Stromquelle verbunden, und
zwar liber einen Schwingungskreis, der durch die Barallelschaltung eines Kondensators
8 und einer Selbstinduktionsspule 9 gebildet wird. Die Spule 9 kann eine beliebige
Form zeigen und weist eine Windungsanzahl auf, dien Zwischen einigen wenigen ud
mehreren Hunderten von Einheiten liegen kann. Der für diese Spule verwerdete Draht
kann ein nachter oder isolierter einzelner Kupferdrahf sein oder auch aus Mehreren
Litzen bestehen.
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Der Kollektor 7 ist über einen Widerstand 12 ebenfalla an die Basis
1o eines Transistors 11 vom Typ PNP angeschlossen.
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Der Kollektor 13 des Transistors 11 ist an die negative Klemme 3 der
Gleichstromquelle gelegt. Der Emitter 14 des Transistors 11 ist über einen als potentiometer
verwendenten Widerstand 15 mit der Masse 5 verbunden. ! Der Emitter 16 des Transistors
1 ist über einen Widerstand 18 an den bewegbaren Schleifkontakt 17 des Potentiometers
angeschlossen.
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Es ist gleichgültig, ob der Ausgangsstromkreis des erfindungsgemäßen
Suchgeräts an den Emitter 16 des Transistors 1 oder an den Emitter1 4 des Transistors
11 angeschlossen ist.
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Gegebennefalls kann im Ausgangsstromkrisein VFerstärker 19 vorgesehen
sein.
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Sind keine Schwingungen vorhanden, so ist der Transistor 1 blockiert.
Der Spannungswert des Kollektors 7 ist jenem der negativen Klemme 3 der Stromquelle
gleich, d. h. er ist-V, wobei V der Spannungswert der Gleichstromquelle ist. Der
Transistor 11 Uberträgt die Spannung des Kollektors 7 auf seinen Emitter 14, und
zwar in einem gewissen verminderten ausmaß, welches durch den Spannungsabfall im
Widerstand 12 bedingt ist.
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Wenn der Transistor 1 gesperrt bleibt, so schließt man daraus, idaß
der Spannungswert seines Emitters 16 gegenUber jenem der Basis 2 negativ ist. Um
den Transistor 1 leitend zu machen, wird der bewegbare Schleifkontakt 17 des Potentiometers
15 solange veratellt, bis daß das Potential des Emitters 16 in bezug auf Jenee der
Basis 2 positiv wird. Der Transistor 1 wird also leitend, wobei das Potentiometer
15, 17 als Spannungsteiler wirkt.
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Der Kollektor 7 wird von einem Strom durchflossen, der in dem durch
den Kondensator 8 und die Induktionsspule 9 gebildeten Schwingungskreis aufgespeichert
wird. Dieser StromfluB im Transistor 1 ruft im Kollektor 7 einen Spannungsabfall
hervor,
der mittels des Transistors 11 auf den Emitter 16 des Transistors 1 Ubertragen wird.
Das Potential dieses Emitters 16 wird weniger negativ, so daß die Menge des durch
den Transistor 1 fleißenden Stroms zunimmt.
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Wenn die im Schwingungskreis aufgespeicherte Energie I ihren Maximalwert
erreicht, ao wird der vom Transistor 1 abge-. gebenen Strom null und dr Kollektor
7 des Transistors 1 wird von neuem auf das Potential - V gebracht. Der Transistor
1 ist wieder gesperrt.
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Die im Schwingungakreis aufgespeicherte Energie bewirkt nun einen
in umgekehrter Richtung fließenden Strom, der den Kollektor 7 auf ein Potential
bringt, dessen Wert negativer als der Wert - V ist. Diese Spannungsänderung macht
sich Aber den Transistor 11 am Kollektor 16 des Transistors 1 bomerkbar, wobei der
Kollektor 16 auf ein negatives Potential in bezug auf jenes der Basis 2 gebracht
wird, wodurch die Sperrung des Transistors 1 beetätigt ist.
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Wenn die im Schwingungskreis aufgespeicherte Energie vollständig
aufgabraucht worden ist, so wird der Kollektor 7 des Transistors 1 neuerdings auf
das Potential-V gebracht. Das Suchgerät hat eine vollständige Schwingung erzeugt
und hat wieder seinen Ausgangspunkt angenommen. Der soeben beschriebene Zyklus beginnt
wieder von neuem und dieser Sohwingungsbetrieb bleibt aufrechterhalten, solange
der bewegbare Schleifkontakt 17 nicht verstellt wird.
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Das so aufgebaute Suchgerät verhalt sich wie ein Oszillator. Wenn
man, wdhrond eines Schwingungsvorgangs, der Suohspule 9 ein Metallstüok, eine kurzgeschlossene
Drahtschleife oder eine auf die Eigenfrequenz der 8uchgerätschwingungen abgeatimmte
Drahtschleife nahebringt, so werden diese Organe von Induktionsetrömen durohflossen,
die ihrerseits ein Magnetfeld hervorrufen, dessen Phasenlage jener des durch die
Suchopule
bedingten Magnetfelds entgegensteht. Wenn die Wirkung
des induzierten Magnetfeldes hinreichend stark ist, so wird die im Sehwingungekreis
aufgespeicherte Energie unzureiehend, um di vom induzierten Feld erzeugte Kraft
zu Uberwinden, so daß die Schwingung verschwindet.
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Das an irgendeinen Ausgang des Suehgeräts abgegebene Signal entspricht
also dem Fehlen einer Schwingung. Um das Suc gerdt wieder in Betrieb zu setzen,
muS das Metallstück von der Suchspule 9 entfernt werden. Man kommt also wieder in
den Ausgangszustand zurUck, und bei einer entsprechenden Stellung des bewegbaren
Schleifkontakts 17 am Potentiometer 15 beginnt der Sohwingungszyklus von neuem.
Auf diese Art und Weise stellt, bei jeder Unterbrechung der Schwingungen, das Suchgerät
in der Nähe seiner Spule 9 die Anwesenheit eines Metallstücksw oder eines ähnlichen
Gegenstandes fest.
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Die Fig. 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel des Suchgerä In diesem Fall
bringt man die Suchspule 9 einer im wesentliche in der Achse der letzteren sich
befindlichen Metallplatte 2o näher bis das Suchgerät aufhört, Schwingungen zu erzeugen.
Die Metallplatte 2o wird ansehließend mit Hilfe einer an einem Auf lager 22 befestigten
Feder 21 in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht.
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Wenn man mit 0 und I die binären Zustände der vom Suchgerät abgegebenen
Auagangssignale bezeiehnet, welche in en sprechender Weise der Abwesenheit bzw.
dem Vorhandensein von Schwingungen Entsprechen, so befindet sich das Ausgangseignal
des Suchgerdts im bindren Zustand I, wenn keine Metallgegenstä de festgestellt werden,
und im binären Zustand 0, wenn ein Metallstück oder ein ähnlieher Gegenstand von
der Spule 9 aufgefunden wird.
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Wenn man als stabilen Sicherheitszustand den binären Zustand 0, welcher
der Abwesenheit von Schwingungen entspricht
malt, so ist das soeben
beschriebene Suchgerät ein Sicherheitsuchgerät, d. h., daß es ein Ausgangssignal
liefert, dessen Inormationsinhalt im Falle einer irgendwie gearteten St-örung) rgendeines
seiner Organe, der Abwesenheit von Schwingungen ntspricht, wie aus der nachstehenden
Tabelle deutlich herorgeht.
| BETRACHTETES UNTERBRECHUNG KURZSCHLUSS i |
| '. LEMFNT | X |
| i |
| TRANSISTOR 1 Strom wird nicht in den Keine Spannung zwi- ! |
| Schwingungskreis einge-sehen dem Emitter und |
| speist. Die Schwingungen dem Kollektor des |
| verschwinden. Transistors 1 vorhan- |
| den. Die Schwingungen |
| verschwinden. |
| 'RANSISTOR 11 Das Potential des Schleif-Das dadurch entste- |
| kontakts 17, und demzu-hende Ergebnis ist |
| folge jenes des Emitters tdas gleiche, wie im |
| '16 des Transistors 1 blei-Falle einer Unter- |
| ben auf einen festen Wert. brechung. |
| Der Transistor 11 bewirkt |
| keine Rückkopplung mehr |
| zwischen dem Kollektor und |
| dem Emitter des Transistors |
| 1 und die Schwingungen ver- |
| schwinden. |
| 'IDERSTAND 18 Der Emitter des Transis-Kann infolge seiner |
| tors 1 ist isoliert. Die Schaltung nicht kurz- |
| Schwingungen hören auf geschlossen werden. |
| BETRACHTETES UNTERBRECHUNG KURZSCHLUSS |
| ; |
| ELEMENT |
| WIDERSTAND 12 Es gibt keine RUckkopplung Kann infolge seiner |
| mehr zwischen dem Kollek-Schaltung nicht |
| tor und dem Emitter des kurzgeschlossen wer- |
| Transistors 1. Die Schwin-den. | |
| gungen verschwinden. |
| WIDERSTAND 4 Die Basis 2 des Tran-Kann infolge seiner |
| sistorsl ist an die Masse Schaltung nicht |
| gelegt. Der Transistor 1 kurzgeschlossen wer- |
| ist ständig blockiert. Die den. |
| Schwingungen verschwinden. |
| WIDERSTAND 6 Die Basis des Transistors Kann infolge seiner |
| 1 ist direkt mit dem Mi-Schaltung nicht |
| nuspol der Gleichstrom-kurzgeschlossen wer- |
| quelle verbunden. Der den. |
| Transistor 1 ist ständig |
| gesättigt und die Schwin- |
| gungen verschwinden. |
| POTENTIOMETER Es gibt keine RUckkopplung Kann infolge seiner |
| 15 mehr zwischen dem Kollek-Schaltung nicht |
| tor und dem Emitter des kurzgeschlossen wer- |
| Transistors 1. Die Schwin-den. |
| gungen verschwinden. |
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Der Potentiometer 15 kann durch zwei als Spannungsteiler wie die Widerstände
4 und 6 geschaltete Widerstände ersetzt werden.
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Die Schwingungsfrequenz des Suchgeräts hängt von der Eigenfrequenz
des durch den Kondensator 8 und die Suchspule9 gebildeten Schwingungskreis und von
der Unterbrechungsfrequenz des verwendeten Transistors ab. Die Unterbrechungsfrequenz
der Transistoren ist im allgemeinen nicht vorherrschend. Um den Wert dieser Frequenz
zu erhöhen bzw. um wenigstens ihren Einfluß zu vermindern, kann ein Kondensator
23 an die Klemmen des Widerstands 12 gelegt werden, wobei der Kondensator 23 von
geringer Kapazität ist.
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Man kann ein dem beschriebenen Suchgerät nach Fig. 1 gleichwertiges
Suchgerät herstellen, indem man Transistoren der Type NPN verwendet und die Klemmen
der Gleichstromquelle umpolt, ! wie dies aus der Fig. 2 ersichtlich ist.) Man geht
von dem in Fig. 1 dargestellten Suchgerät auf.
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, das in Fig. 2 dargestellte UberXindem man die Transistoren 1 und
ill vom Typ PNP in entsprechender Weise durch Transistoren 24 und : 25 vom Typ NPN
ersetzt und die negative Klemme 3 und die positive Klemme 5, der Gleichstromquelle
umpolt, wobei erstere mit derj 'Masse verbunden wird. Die anderen Teile des in Fig.
2 dargestell-! ten Suchgeräts welche die gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden
Teile des in Fig. 1 dargestellten Suchgeräts haben, I sind mit letzteren identisch.
| Das in Fig. 3 dargestellteSuchgerät ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel des
in Fig. 1 gezeigton Suchgeräts.
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In diesem Fall ist der Transistor 11 durch einen Transistor 26 vom
Typ NPN ersetzt, dessen Basis 27 Uber einen regelbaren Widerstand an den Kollektor
7 des Transistors 1 angeschlossen ist.
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Der Emitter 29 des Transistors 26 ist mit der negativen Klemme 3 der
Stromquelle verbunden. Der Kollektor 3o des Transistors 26 ist einerseits Uber einen
Widerstand 31 an die Masse 5 und andererseits Uber einen Kondensator 32 an die Basis
2 des Transistors 1 angeschlossen. Die anderen Teile bzw. Organe des in Fig. 3 dargestellten
SuchgerEtß sind im wesentlichen don entsprechenden Teilen bzw. Organen des in Fig.
1 dargestellten Suchgeräts gleich und haben dieselben Bezugszeichen.
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Das in Fig. 4 dargeatellte Suchgerät ist eine Variante zu dem in
Fig. 3 gezeigten Suchgerät, bei dem der Transistor 26 vom Typ NPN durch einen Transistor
33 vom Typ PNP ersetzt ist, dessen Emitter 34 unmittelbar mit der Masse 5 verbunden
ist und dessen Kollektor 35 liber einen Widerstand 36 an die negative Klemme 3 der
Gleichstromquelle angeschlossen ist. Die in den Fig. 3 und 4 mit denselben Bezugazeichen
bezeichneten Organe sind einander im wesentlichen identisch.
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Die Wirkungsweise der in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Suchgeräte
ist die gleiche, wie die fUr das Suchgerät nach Fig. 1 beschriebene Wirkungsweise.
i Das von den Suchgeräten abgegebene Ausgangasignal kann im allgemeinen unmittelbar
verwendet werden. Allenfalls kann diesen Suchgeräten ein Sicherheitsverstärker der
in Fig. gezeigten Type zugeordnet werden.
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Der in Fig. 5 dargestellte Sicherheitsverstärker be-'sitzt einen
Transistor 37 vom Typ PNP, dessen Emitter 38 an die Masse 5 gelegt ist und dessen
Kollektor 39 über einen Widerst@ 4o mit der negativen Klemme 3 der Gleichstromquelle
verbunden ist. Die Basis 41 des Transistors 37 ist einerseits über einei 'Widerstand
42 an die Masse 5 und andererseits über einen Kondf sator 43 an einen der Ausgänge
des in Fig. 1 dargestellten Su ( geräts, z. B. an den Emitter 14 des Transistors
11, angeschlossen.
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Der Kollektor 39 des Transistors 37 ist über einen Kondensator 46
und eine dazu in Reihe geschaltete Diode 47 mider Klemme 44 eines Kondensators 45
mit 4 Auagängen angeschlo : sen. Eine Dbde 48 ist zwischen die Masse 5 und der dem
Konden sator 46 und der Diode 47 gemeinsamen Klemme 49 geschaltet un ( zwar derart,
daB sie von einem Strom in Richtung von der Massf 5 zur Klemme 49 durchflossen wird.
Die Diode 47 ist so gescha tet, daß in ihr ein StromfluB von der Klemme 49 zur Klemme
44 möglich ist.
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Die der Klemme 44 des Kondensators 45 mit vier Ausgängen gegenüberliegende
Klemme 5o ist mit der Masse 5 verbun den. Ein Belastungswiderstand 51 ist an die
beiden anderen Kil ( men des Kondensators 45 mit vier Ausgängen angeschlossen. Mit
Hilfe dieses Verstärkers erhält man an den Klemmen des Belastungswiderstands 51
mit aller Sicherheit eine positive Spat nung, deren Wert im wesentlichen gleich
+ V ist.
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Der soeben beschriebene Verstärker ist mit dem in den haltbildern
des in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Suchgeräts @zeigten Verstärker 19 identisch.
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Das erfindungsgemäße Suchgerät hat viele Anwendungsjglichkeiten.
Zum Beispiel kann es als statischer Schalter! ane elektrische Unterbrechung und
ohne mechanischen Kontakt enützt und, z.B. in explosions- oder entzündungsgefährdeten
ereichen angewendet werden.
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Mit Hilfe von Mehreren in der Nähe der Zähne eines ahnrads oder eines
Ubersetzungsgetriebes angebrachten Suchgete kann man die Drehgeschwindigkeit oder
die Winkelstellung es Zahnrades feststellen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten nd beschriebenen
AusfUhrungsbeispiele beschränkt, sondern berifft alle Abänderungen soweit sie in
den Rahmen des Erfindungs adankens und der PatentansprUche fallen.