DE2161444A1

DE2161444A1 - Fühler fur bewegte Metallobjekte

Info

Publication number: DE2161444A1
Application number: DE19712161444
Authority: DE
Inventors: Carl G Thousand Oaks Cahf Blanyer (V St A ) P
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1970-12-14
Filing date: 1971-12-10
Publication date: 1972-07-13
Also published as: IT945390B; DE2161444C3; CA978622A; CA950064A; DE2161444B2; FR2118087A1; ES397892A1; AU442312B2; US3721821A; FR2118087B1; AU3678571A; US3721859A; GB1379568A; CH538955A

Description

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München, den

Anmelden ATOX CORPORATION
530 Fifth Avenue
New York 10 036

Fühler für bewegte Me tallob je let e

Die Erfindung betrifft einen Fühler zum Abtasten des Durchganges eines Metallobjektes, das sich über einen vorgegebenen Weg bewegt, und insbesondere einen Fühler für Bisenbahnzug-Räder.

Es gibt eine große Vielfalt verschiedener Vorrichtungen zum Abtasten von Metallobjekten, die sich auf einem bestimmten Weg an einem vorbestimmten Punkt vorbeibewegen. Beim Eisenbahnbetrieb können beispielsweise Fühlervorrichtungen dieser Art zum Steuern oder Betätigen vieler verschiedener Arten von Ausrüstungen, einschließlich Blocksignalen, Krauzungs-Warneinrichtungen, Hot-Bot-Detektoren, Wagenverzögererη und Spurumschaltsteuerungen für Rangiergelände verwendet werden. Die kompliziertesten Steuersysteme, die gegenwärtig bei der Eisenbahn verwendet werden und die Wagenradfühler benötigen, sind automatische Wagenerkennungssysteme.

Ein anderes vorgeschlagenes System, das automatische Wagenerkennung einschließen kann oder nicht, ist ein vollständiger Wage nsjugtnonitor, der entweder auf Hauptstrecken- oder im Rangier-

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gelande verwendet werden kann, und der den Zugbetrieb in nahezu allen Beziehungen steuert· Solche Wagenmonitorsysteme benötigen spezielle Zeittaktinformationen bezüglich des Durchganges jedes einzelnen Rades bei allen möglichen Betriebsbedingungen· Diese Bedingungen schließen einen großen Bereich von Wagen und Zuggeschwindigkeiten, beispielsweise von über 16O Stundenkilometer bis Null ein· In der Tat müssen auch negative Geschwindigkeiten erfasst werden, wobei Situationen von Start-Halt-Umkehr-Betrieb einzubeziehen sind, wenn die Umkehr genau an der Stelle des Radfühlers auftreten kann* Der Radfühler muß beide Bewegungsrichtungen aufnehmen können und muß die Richtung identifizieren können, in der sich das ab- W getastete Rad bewegt* Die Unterscheidung muß sehr genau sein, damit wirksame Zeittaktmessungen möglich sind, um die Geschwindigkeit der Radbewegung erfassen zu können* Gleichzeitig muß der Radfühler selbst körperlich klein genug sein, damit er auf dicht besetztem Rangiergelände und an anderen Stellen, wo nur wenig Raum zur Verfügung steht, installiert werden kann*

Andere Verwendungsfälle für Fühler für bewegte Metallobjekte kommen bei einer Vielfalt von industrellen Anwendungsfällen vor, wobei viele dieser Anwendungsfälle nicht eng mit dem Eisenbahnbetrieb in Verbindung stehen* Tatsächlich kommen Anwendungsfälle selbst auf dem Gebiet des Sports vor* Das fe Abtasten der Geschwindigkeit eines Schlägerkopfes, der sich an einem Tee vorbeibewegt, wurde als Diagnose-und Lehrhilfe in Verbindung mit dem Golfspiel vorgeschlagen*

Viele bekannte Radfühler oder and-ere Fühler für bewegte Objekte arbeiten grundsätzlich als Metalldetektoren, bei denen eine Metallmasse die Permeabilität eines elektromagnetischen Feldes ändert. Bei einigen wird ein statisches Magnetfeld verwendet, bei anderen werden Wechselstromfelder verschiedener Frequenzen ausgenutzt* Die offensichtliche Notlösung der Verwendung eines physikalischen Kontaktes und einer Auslenkung oder Deformation eines Fühlerelementes hat sich für viale Fühlereinrichtungen als unbefriedigend herausgestellt. Vorrichtun-

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gen mit direktem Kontakt sind einer unerwünscht schnellen Abnützung ausgesetzt und sind zu langsam für die Hochgeschwind igke its anwendung.

Herkömmliche magnetbetätigte Radfühler bieten eine Zahl von Problemen· Die Radfühler neigen dazu, unerwünscht empfindlich sowohl auf axiale als auch vertikale Versetzungen des Hades zu sein, die sich aus dem dynamischen Verhalten des Wagens ergeben und durch große Schwankungen in der Geometrie zwischen neuen und abgenützten Rädern verschiedener Typen erzeugt werden, die große Schwankungen in der Signalamplitude und der Wellenform der Ausgangssignale der Radfühler erzeugen, so daß oft zweideutige Signale erzeugt werden« Die bekannten Vorrichtungen neigen auch dazu, unerwünscht empfindlich auf Geschwindigkeitsschwankungen zu sein* Das gesamte elektrische Ausgangssignal eines Radfühlers ist in typischen Fällen eine Kombination von verschiedenen auslösenden Effekten, von denen nur einer erwünscht ist, so daß oft unbestimmte Messergebnisse erzeugt werden. Insbesondere werden einige Räder und Fahrgestellteile im Betrieb teilweise magnetisiert, so daß fehlerhafte Ausgangssignale bei bekannten Radfühler»orrichtungen erzeugt werden. Andere Radfühler sind davon abhängig, daß das Rad sich wenigstens mit einer minimalen Geschwindigkeit bewegt, und sind unbrauchbar bei einer Geschwindigkeit gleich Null·

Elektrische Störeinflüsse erzeugen erhebliche Probleme beim Betrieb vieler verschiedener Formen von Radfühlern· Übliche Quellen für solche Störeinflüsse sind Blitzschlag, Signalströme in den Schienen und elektrische Felder von Vorrichtungen, die auf den Lokomotiven und den Zugwagen angeordnet sind« Oft müssen die Radfühler mechanisch und/oder elektrisch kritisch abgestimmt und ausbalanciert werden, wodurch fortlaufende und schwierige Wartungsprobleme entstehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten Fühler zum Abtasten des Durchganges eines Metallobjektes auf einem vorbestimmten Weg zu schaffen, der

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die genannten. Mangel eliminiert oder wenigstens auf ein Minimum herabsetzt, und der insbesondere eine genaue Information sowohl über die Geschwindigkeit als auch über die Richtung der Bewegung, beispielsweise eines Eisenbahnzugrades, über einen ¥eg liefert, und zwar auch in den Fällen, bei denen das erste Signal, das zu einer Serie von bewegten Objekten gehört, in der Fühlerausrüs.tung nicht effektiv entwickelt wird.

Der neue und verbesserte Metallobjektfühler soll sich für die Anwendung beim Abtasten von Zugrädern und für andere Anwendungsfälle eignen und soll in der Lage sein, das Auftreten einer Unterbrechung der Bewegung bei einer Zwischenstellung Ik des Fühlers genau abzutasten, auf die eine Wiederaufnahme der Bewegung entweder in der ursprünglichen Richtung über den Weg oder in der entgegengesetzten Richtung folgt.

Ferner soll ein neuer und verbesserter Eisenbahnradfühler geschaffen werden, der unter allen Umgebungsbedingungen arbeiten kann und der dennoch verhältnismäßig klein und kompakt und vollständig kompatibel mit bestehender «purseitiger Ausrüstung ist, wobei keine Störung des normalen Gebrauches der Spur auftritt.

Auch soll der verbesserte Eisenbahnradfühler bei Umgebungstemperaturen im Bereich von wenigstens -54 C bis +54 C unter ™ den üblichen gegensätzlddien Wetterbedingungen arbeiten können, die starke Sonnenbestrahlung, Regen, Frost, Schnee, Staub und starke Winde mit sich bringen können, wobei wenig oder keine Wartung während langer Zeitdauer erforderlich sein sollen.

Ferner wird angestrebt, einen neuen und verbesserten Eisenbahnradfühler zu schaffen, der ein Ausgangssignal mit genügender Genauigkeit abgibt, damit eine wirksame Abtastung der Geschwindigkeit und damit zusammenhängende Zeitmessungen bei Rädern vorgenommen werden können, die sich in der einen oder der anderen Richtung über die Schiene bewegen.

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Ferner soll der erfindungsgemäße Fühler nicht auf andere Teile eines ¥agens oder eines Zuges ansprechen, die sioh unbeabsichtigt an dem Fühler vorbeibewegen, Bs sollen auch Iceine falschen Signale bei Anwesenheit einer elektrischen Ausrüstung, Strömen in den Schienen oder natürlichen Störungen erzeugt werden«

Schließlich soll der erfindungsgemäße Fühler für bewegte Metallobjekte in einem weiten Geschwindigkeitsbereich arbeiten und erhebliche Unterschiede in der Geometrie der abgetasteten bewegten Objekte und der Ausrichtung der bewegten Objekte bezüglich dem vorbestimmten Weg annehmen können«

Folglich bezieht sich die Erfindung auf einen Fühler zum Abtasten des Durchganges eines Metallobjektes, beispielsweise eines Bisenbahnrades, das sich entlang einem vorgegebenen Weg bewegt« Der Fühler weist wenigstens zwei aufeinander abgestimmte, elektrische Fühlerspulen auf, die jeweils auf die gleiche Betriebsfrequenz abgestimmt und elektrisch in Reihe miteinander in aufeinanderfolgenden Zweigen einer Brückenschaltung geschaltet sind, wobei die Fühlerspuleη in einer Sequenz entlang dem Weg angeordnet sind, wobei ihre Aohsen den Weg schneiden« Bine Erregungeeinrichtung ist in den beiden zusätzlichen Zweigen der Brücke vorgesehen, die ein Erregungssignal bei der Betriebsfrequenz mit entgegengesetzter Phase an die beiden Bndfühler-spulen der Reihe anlegt, so daß jede Fühlerspule ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das den Weg schneidet« Synchrondetektoren, die an die beiden Anschlüsse der Brücke und an die Erregungseinrichtung gekoppelt sind, demodulieren das Mittelsignal, um wenigstens zwei Ausgangssignale zu erzeugen, die sowohl die Richtung der Bewegung als auch die Geschwindigkeit des Metallobjektes angeben«

Di· Merkmale einer speziellen Aueführungsform der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden. Bs wird ein Fühler zum Abtasten der Bewegung eines Metallobjektes, beispielsweise eines Eisenbahnrades, über einen vorgegebenen Weg ge-

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schaffen! der zwei oder drei Fühlerspulen mit großen Oberflächenbereichen und mit nicht magnetischen Kernen aufweist, die alle auf die gleiche Betriebsfrequenz abgestimmt, entlang dem Weg angeordnet, wobei ihre Achsen den Weg schneiden, und in Reihe in drei aufeinanderfolgenden Zweigen einer Brückenschaltung geschaltet sind« Bin Oszillator, der an zwei zusätzlic he Brücken» zweige angeschlossen ist, regt die Spulen bei ihrer Betriebsfrequenz an, und die vollständige Brückenschaltung ist in einem kompakten nicht magnetischen Gehäuse angeordnet« Ein Metallobjekt, das sich über den Weg bewegt, stört die Felder der Spulen in einer Sequenz, die von seiner Bewegungsrichtung abhängt» Die Richtung und die Geschwindigkeit des Metallobjektes werden in den AusgangsSignalen angezeigt, die durch synchrones Abtasten der Signalspannungen abgeleitet werden, die an den beiden Brückenanschlüssen erzeugt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform, bei der drei Fühlerspulen verwen.» det werden, weisen die beiden Endspulen jeweils einige Windungen auf, die die mittlere Spule umfassen, um die wechselseitige Kopplung zwischen nebeneinanderliegenden Spulen zu reduzieren.» Die BrÜokensignalspannungen werden zusätzlich in vorbestimmten Verhältnissen miteinander kombiniert, bevor sie der synchronen Abtastung zugeführt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Bs zeigen;

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Bisenbahn-Radfühlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig.2A und 2B Diagramme, die die Ausgangswellenformen zeigen, die durch den in Fig. 1 dargestellten Fühler unter bestimmten Betriebsbedingungen erzeugt werden;

Fig. 3 eine Seitenansicht, die die Anordnung der Fühlerspulen in einem Fühler zeigt, der gemäß einem anderen Ausführung sbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist und zum Abtasten eines Eisenbahnrades angeordnet ist{

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Fig. 4 einen Schnitt etwa entlang der Linie h-k von Fig. 3;

Fig. 5 eine Draufsient auf die Fühlerspuleη für den in den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Fühler}

Fig» 6 ein schematisch.es Diagramm der grundlegenden elektrischen Brückenschaltung, die für die Fühlerspulen in dem Fühler der Figuren 3 bis 5 verwendet wird;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der ¥ellenformen der Ausgangssignale der Brückenschaltung von Fig. 6;

Fig. 8 ein schematisehes Diagramm einer Schaltung, die zum Verarbeiten der Ausgangssignale der Brücke von Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 9 ein schematisches Diagramm einer alternativen Schaltung, die zum Verarbeiten der Ausgangssignale der Brükkenschaltung von Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig.1OA ein Wellenformdiagramm, das zur Erläuterung der Ausgangswelle nformen verwendet wird, die von der Verarbeitungsschaltung der Figuren 8 und 9 abgeleitet werden;

Fig.1OB und 1OC ¥ellenformdiagramme, die eine bevorzugte Verwendung der Ausgangssignale von den Verarbeitungsschaltungen aus den Figuren 8 und 9 zeigen;

Fig. 11 ein schematisches Diagramm, das die bevorzugte Art der Wicklung der Fühlerspulen zeigt, um eine wechselseitige Kopplung auf ein Minimum herabzusetzen;

Fig. 12 ein teilweise schematisches Blockdiagramm eines vollständigen Fühlers, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und

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Fig· 13, 14 und 15 detaillierte schematische Diagramme der drei Hauptkomponenten des Radfühlers, der in Fig. 12 gezeigt ist.

Zunächst soll das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben werden, bei dem zwei Fühlerspulen, vorhanden sind, und das in den Figuren 1, 2A und 2B gezeigt ist. Der erfindungsgemäße Radfühler 20 (Fig. 1) weist zwei aufeinander abgestimmte elektrische Fühlerspulen 21 und 22 auf, die in dem oberen Teil eines nicht magnetischen Gehäuses 23 angeordnet sind, das seinerseits auf dem unteren Flansch einer Eisenbahnschiene Zk montiert ist· Vorzugsweise besteht das Gehäuse 23 aus gegossenem Polyurethan oder einem anderen θlastomerθη Material, und die elektrischen Bauteile des Fühlers 20 außer den Spulen 21 und 22 sind alle auf einem verhältnismäßig flexiblen und nachgiebigen Schaltungsbrett oder Schaltungsbrettern in dem Gehäuse montiert, so daß der Fühler erhebliche physikalische Stöße ohne Beschädigung der Fühlerspulen oder anderer elektrischer und elektronischer Komponenten des Fühlers aushalten kann. Die Oberfläche des Gehäuses 23 liegt unter dem Kopf 26 der Schiene Zk und zwar tief genug, daß sie nicht mit dem Flansch ZJ eines Bisenbahnrades 28 in Konflikt kommt, das sich über die Schiene bewegt. Jede der beiden Spulen 21 und 22 hat einen verhältnismäßig großen Oberflächenbereich, und die Achsen der beiden Spulen sind senkrecht orientiert, so daß ihre elektromagnetisehen Felder sich von dem Gehäuse 23 nach oben in den Raum erstrecken, durch den der Flansch 27 hindurchtritt, während sich das Rad 28 über die Schiene Zk bewegt. Nicht magnetische Kerne (nicht gezeigt) werden für die Spulen 21 und 22 verwendet, wie noch im einzelnen beschrieben wird.

Die Fühlerspulen 21 und 22 sind beide auf die gleiche Betriebsfrequenz abgestimmt. Bin Abstimmkondensator 29 ist parallel zu der Spule 21 und ein Kondensator 30 parallel zu der Spule 22 geschaltet. Die Fühlerspulen sind auf nebeneinanderliegenden Zweigen einer Brückenschaltung 70 mit den Anschlüssen 31» 32, 33 und 3k angeschlossen, Ζλίβί Dämpfungs-

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widerstände 35 und 36 sind parallel zu den Spulen 21 bzw, 22 geschaltet. Die Brückensclialtung 40 weist einen Widerstand 371 der von dem Anschluß 31 zu einem Eingang eines Oszillatorverstärkers 39 führt, und einen entsprechenden Widerstand 38 auf, der zwischen dem Anschluß 32 und einem anderen Eingang des Verstärkers 39 angeschlossen ist· Der Brückenanschluß 33 ist der Null-Ansohluß des Verstärkers 39«

Der Fühler 20 weist ferner einen ersten Synchrondetektor 41 mit drei Eingängen auf, die an die Brückenanschlüsse 31» 32 bzw* 34 angeschlossen sind» Ein zweiter Synchrondetektor 42 ist mit seinen Eingängen ebenfalls an die Brückenanschlüsse 31, 32 und 34 angeschlossen. Die Synchrondetektoren 41 und 42 bilden die Ausgangsstufen des Fühlers 20, die die Ausgangsanschlüsse 43 bzw. 44 haben, die an eine Nutz- oder Auswertvorrichtung 68 angeschlossen sind.

Der Fühler 20 weist ferner eine Bezugschaltung 45 auf, die mit einem Eingang an den Brückenanschluß 34 angeschlossen ist. Ein zweiter Eingang der Bezugsschaltung 45 wird von dem Brückenanschluß 31 durch einen Widerstand 47 abgenommen. Dieser gleiche Eingang zu der Bezugsschaltung ist auch mit dem Brükkenanschluß 32 durch einen Widerstand 48 verbunden» Die Bezugsschaltung 45 ist mit einem Ausgang mit dem Oszillatorverstärker 39 und mit dem anderen Ausgang mit einem Steuerkreis 49 mit automatischer Verstärkungssteuerung verbunden» Der Steuerkreis 49 hat Bingangsanschlüsse, die von den Brückenanschlüssen 31 und 32 abgenommen werden, und einen Ausgangsanschluß, der zu dem Oszillator 39 zurückführt. Wie bereits erwähnt wurde, sind alle elektronischen Bauteile des Fühlers 20 vorzugsweise auf einem oder mehreren verhältnismäßig flexiblen und nachgiebigen Schaltungebrettern in einem Gehäuse 23 montiert« Die Bauteile wurden in Fig. 1 lediglich zur Vereinfachung der Darstellung getrennt dargestellt«

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Zm Betrieb des Fühlers 20 erzeugt der Oszillatorverstärker 39 βία ausgeglichenes Hochfrequenz-Erregungsslgnal, das mit entgegengesetzten Phasen den Spulen 21 und 22 und ferner den Synchrondetektoren 41 und 42, der Bezugsschaltung 45 und dem Steuerkreis 4? zugeführt wird· Das Erregungssignal, das den Spulen 21 und 22 zugeführt wird, bewirkt, daß jede Spule ein elektromagnetisches Feld in dem Raum unmittelbar über dem Gehäuse 23 erzeugt. Solange keines dieser Felder gestört ist, bleibt die Brückenschaltung 40 im wesentlichen ausgeglichen und gibt keine Anzeige für eine Bewegung eines Rades über die Schiene 24.

Wenn sich ein Eisenbahnrad 28 dem Fühler 20 nähert und dabei in der durch den PfAIl A angezeigten Richtung rollt, tritt der Flansch 27 in den Feldraum über dem Gehäuse 23 ein, wobei er das Feld der Spule 21 stört« (Bin Rad, das in der entgegengesetzten Richtung rollt, würde zuerst in das Feld der Spule 22 eintreten und dieses stören») Bei einer weiteren Bewegung des Rades 28 bewegt sich der Flansch 27 durch den Spalt zwischen den Spulen 21 und 22 und dann in das Feld der Spule 22. Daher erzeugt der Radflansch 27 unausgeglichene Spannungen nacheinander in den Spulen 21 und 22, die abgetastet und verstärkt werden können, um Ausgangssignale zu erzeugen, die eine Anzeige für die Bewegung des Rades über die Schiene 24 bilden·

Der normale Ausgang des Fühlers 20, der durch die Kurve 50 in Fig. 2A gezeigt ist, ändert sich weder unregelmäßig, noch treten abrupte Umschaltungen auf· Er hat eine grundlegende Form mit verhältnismäßig geringen Veränderungen von Rad zu Rad unabhängig von dem Zustand der Abnutzung, der genauen Lage oder der Geschwindigkeit des Rades. Das Muster der Ausgangesignale von der Brückenschaltung zeigt die Richtung des Raddurchganges, während die zeitliche Abfolge der Fellenform die Geschwindigkeit anzeigt.

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Wenn die Brücke 40 in dem ungestörten Zustand ist, wobei kein Radflansch, sich, in dem Feldraum über den Spulen 21 und 22 befindet, sind die Signalspannungen zu den Detektoren 41 und 42 stationär« Wenn diese Spannung als Null genommen wird (es kann sich um eine andere konstante Spannung oder tatsächlich um die Spannung gleich Null handelt), steigt die,. Signalspannung 50 an den Ausgangsanschlüssen 4-3, 44 allmählich an, wenn ein Rad in den Feldraum über dem Radfühler eintritt. Während das Rad seine Bewegung fortsetzt, und der Hansen in eine zentrierte Lage über dem Raum zwischen den Spulen 21 und 22 kommt, fällt die Signalspannung 50 mit einer verhältnismäßig abrupten Geschwindigkeit ab, geht durch Null und steigt dann mit der entgegengesetzten Polarität oder Phase an, bis sie etwa den gleichen groben Maximalwert erreicht. In einer vorgegebenen Schaltung kann die gesamte SpannungsSchwankung in jeder Richtung, die in den Spulen induziert wird, in der Größenordnung von etwa 0,1 V liegen. Während das Rad seine Bewegung über den Fühler 20 hinweg fortsetzt, fällt die induzierte Spannung wiederum ab, und zwar etwas allmählicher als während des Durchgangs des Rades durch die Mitte des Fühlers bis sie wieder Null erreicht. Die Ausgangswellenform 50 wird bei jedem Rad wiederholt, das über dem Fühler 20 vorbeigeht.

Die Ausgangssignale der Brücke 4o werden synchron in den Detektoren 41 und 42 abgetastet. Die beiden Detektoren geben jeweils einen Ausgang mit zuerst einer Polarität und dann mit der anderen Polarität ab. Die eine dieser Spannungen steigt an, während die andere abfällt und umgekehrt, so daß eine wirksame Anzeige der Richtung der Radbewegung gegeben wird. Bei einfachen, unkritischen Anwendungsfällen können diese Spannungen getrennt verwendet werden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung liegt die Hauptfunktion der Bezugsschaltung 45 darin, eine Quelle mit hoher Impedanz eines Betätigungsstromes mit gleichbleibendem Potential für die Ausgangsstufen des Oszillators 39 zu schaffen. Zusätzlich

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überwacht die Bezugsschaltung 45 den Ausgleich, des Brückeneinganges mit Hilfe der Hilfsbrücken-Widerstände 47 und 48 und führt ein Korrektursignal in den Oszillator zurück, um eine Unausgeglichenheit auf ein Minimum herabzusetzen· Schließlich gibt die Bezugsschaltung 45 ein Gleichspannungs-Bezugspotential für den Steuerkreis 49 ab.

Der Steuerkreis 49 vergleicht die Größen der Oszillatorausgangs spannungen mit dem Gleichspannungs-Bezugssignal, das er von der Schaltung 45 aufnimmt. Auf der Basis dieses Vergleiches erzeugt der Steuerkreis ein Steuersignal, um den Gesamtverstärkungsgrad des Oszillatorverstärkers 39 einzustellen. Folglich dient der Steuerkre.is 49 als Amplitudenregler für die Brückenerregungsspannung.

Die Wellenform 50 (Fig. 2A) stellt die Umhüllende des Signales darf das an den Ausgangsanschlüssen 43 und 44 des Fühlers 20 bei einem Raddurchgang mit verhältnismäßig konstanter Geschwindigkeit erzeugt wird. Die beiden Amplitudensp.it ze η 51 und 52 folgen mit einer Sequenz aufeinander, die eine bestimmte Bewegungsrichtung des Rades anzeigt, in diesem Fall erst an der Spule 21 und dann an der Spule 22 vorbei. Die anfängliche Spitze 51 endet bevor der zweite Signalimpuls 52 beginnt.

Bei den meisten Anwendungsfällen des Fühlerausgangssignales wird eine Ja-Nein-Entscheidung benötigt, die die beiden Zustände darstellt, ob ein Rad anwesend ist oder nicht. Diese Entscheidung kann nicht auf der Basis der Abweichung des Signales von Null getroffen werden, weil das grundlegende Ausgangssignal bei dem Zustand, bei dem kein Rad vorhanden ist, d.h. die Linie 58 in Fig. 2A, nicht notwendigerweise Null ist. Ferner kann die Zeit nicht sicher als Kriterium für einen von Null abweichenden Wert verwendet werden, der den Zustand des nicht vorhandenen Rades darstellt, weil ein Rad in einer Stellung zum Stillstand kommen kann, die einen unausgeglichenen Zustand in einer der Spulen zur Folge haben kann, der überall zwischen einem vernachlässigbaren Wert und

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dem normalen Maximum liegen und während einer nicht definierten Zeitdauer während des Stillstandes stehenbleiben kann·

Möglicherweise macht das beste Verfahren zum Auswerten des Ausgangssignales 50 von dem Radfühler 20 von einem Schwellenwerteffekt Gebrauch, wobei der Ansprech-Schwellenwert auf einen beachtlichen Teil des normalen vollen Ausgangs eingestellt wird· Bei einer Anordnung dieser Art muß eine Störung, die ein erhebliches Ausmaß erreicht, jedoch erheblich geringer als das gewöhnliche Maximum ist, auftreten, bevor ein Ereignis als solches erkannt wird. Dadurch wird eine wirksame Barriere gegen fehlerhaftes Ansprechen errichtet, während ein Toleranzbereich für besonders schwache, wahre Störungen oder für eine geringe Empfindlichkeit beibehalten wird. Ein im allgemeinen brauchbarer Wert für diesen Ansprech-Schwellenwert ist ein Halb des normalen Maximum-Signales, wie es in Pig. 2A durch die gestrichelten Linien 53 und 5^ dargestellt ist, wobei deutliche Impulssignale 55 und %6 erzielt werden.

Die Schwellenwert-Erkennungsschaltung muß nicht in dem Fühler untergebracht sein. Tatsächlich wird oft bevorzugt, die Schwellenwert-Erkennungseinrichtung in der nachfolgenden Nutz- oder Auswertvorrichtung 68 unterzubringen, die ein Geschwindigkeitsdetektor oder ein einfacher Bewegnngsrichtungs-Detektor sein kann. Es gibt drei Gründe, die Schwellenwert-Erkennungsfunktion in der Nutzvorrichtung unterzubringen. Erstens erfordert ein wirksamer Abgleich des Fühlers die Beobachtung jeglicher tatsächlicher Unabgegliehenheit. Zweitens variiert der optimale Schwellenwert bei verschiedenen Anwendungsfällen. Drittens hilft der Schwellenwerteffekt bei dem Abweisen von Rausohsignalen und anderen Schwankungen, die bei der Übertragung von dem Fühler zu der Nutzvorrichtung induziert worden sind·

Es gibt ein deutlriohes Zeitintervall 57 zwischen den Ausgangsimpulsen 55 und 56, die von dem Radfühler 20 und seiner zugehörigen Nutzvorrichtung erzeugt werden. Das Zeitintervall

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57 is* weder infinitesimal noch ist es unbeachtlich.. Das Zeitintervall für sich, langsam bewegende Räder oder andere Metallobjekte ist oft viel länger als die Dauer des vollständigen Signales für ein sich schnell bewegendes Objekt. Dies wird leich.t ersichtlich, wenn man bedenkt, daß der Fühler für Geschwindigkeiten von 0 bis 16O Stundenkilometer . bei Eisenbahn-Anwendungsfällen und für ähnliche Bereiche in anderen Anwendungsfällen befriedigend funktionieren muß. Xn der Tat wird eine wirksame Auswertung der Fühlerausgangssignale in einem Geschwindigkeitsdetektor am besten durch eine entscheidende Messung und Interpretation der Dauer des Zeitintervalles 57 erreicht.

Beim Abtasten von Bisenbahnrädern ist ein Zug von vielen Rädern beteiligt und das tatsächliche Ausgangssignal des Radfühlers ist eine Kette von Signalpaaren wie die Impulse 51 und 52, die zu den Wellenformen 55 und 56 modifiziert sind. Jedes dieser Impulspaare enthält die Information, die die Richtung und die Geschwindigkeit der Bewegung eines gegebenen Rades definiert* Ohne eine umfangreiche Zeit- oder Taktgabeeinrichtung, die für jede Geschwindigkeit selbsteinstellend ist, gibt es jedoch keine bestimmte Einrichtung, um isolierte Signale in entsprechende Paare zu gruppieren, wenn nicht die Sequenz des allerersten Rades abgetastet wird. Die genannte Methode leidet jedoch unter dem großen Nachteil, daß ein falsches oder übergangenes Signal die Richtungsbestimmung unmöglich macht und eine vollständig fehlerhafte Betriebsweise zur Folge haben kann.

Fig. 2B zeigt die Signalwellenformen für eine Sequenz von Betriebsereignissen, die ebenfalls eine fehlerhafte Bestimmung bezüglich der Bewegungsrichtung eines Rades unter Verwendung des Fühlers 20 hervorbringen kann. Die Wellenform 60 (Fig.2B) zeigt das Ergebnis einer Bewegung eines Rades in das Feld der Spule 21, wobei das Rad an einem Punkt 59 anhält. Nach einer Pause bewegt sich das erste Rad von dem Fühler in der entgegengesetzten Richtung zu seiner anfänglichen Annäherung

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weg, wobei es den langgezogenen anfänglichen Impuls 61 erzeugt. Unmittelbar danach, nähert sicn; ein zweites Rad dem Fühler, das einen zweiten Impuls 62 erzeugt, wobei sich, der Zug nun in der umgekehrten Richtung bewegt. Die erzeugten Schwellenwert-Erkennungssignale sind durch die Impulse 65 und 66 angezeigt, die durch das Zeitintervall 67 getrennt sind· Die Signalsequenz (Fig. 2B) für ein Anhalten und eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung ist durch eine einfache Einrichtung nicht von der in Fig. 2A gezeigten Signalsequenz für eine Radbewegung mit konstanter Geschwindigkeit und gleichbleibender Richtung unterscheidbar* Dies bildet eine graphische Darstellung der Schwierigkeit, die beim Ableiten einer zuverlässigen Richtungsinformation von dem aus zwei Signalen bestehenden Ausgang auftritt, der von dem Radfühler 20 abgegeben wird. In vielen Anwendungsfällen ist diese Schwierigkeit unbedeutend, insbesondere, w«mn eine kontinuierliche Bewegung der abgetasteten Objekte sichergestellt ist, oder wenn positive Schritte unternommen werden, um ein Anhalten eines Zugrades oder eines anderen, abzutastenden Metallobjektes in dem unmittelbaren Bereich des Fühlers zu verhindern, und wenn fortwährende Wartung sicherstellt, daß der erste Impulse in jeder Impulssequenz erfasst wird. Bei anderen Anwendungsfälleη kann jedoch die durch die Fig. 2A und 2B angedeutete Schwierigkeit erhebliche Schwierigkeiten erzeugen.

Bine von zwei grundlegenden Methoden kann verwendet werden, um die Unbestimmtheit bei der Richtungsabtastung zu eliminieren, die dem Zweispulenfühler 20 anhaftet. Erstens kann ein Signal erzeugt werden, das kontinuierlich vorhanden ist, immer wenn ein Rad über einem Fühler 20 entweder in dem Feld der Spule 21 oder in dem der Spule 22 vorhanden ist. Zweitens kann ein Signal erzeugt werden, das während der Übergangs-Zeitintervalle existiert, beispielsweise während der Zeitintervalle 57 und 67.

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Die erste Anordnung zum Eliminieren der Richtungsunbestimmtheit könnte im Prinzip leicht dadurch entworfen werden, daß man die Tatsache berücksichtigt, daß das als Störung auftretende Rad groß im Vergleich zu den Spulenabmessungen und den Entfernungen in den Fühler ist und als Verteilte Störung wirkt, die wenigstens einigen Einfluss auf beide Spulen während des größten Teiles der Übergangszeit hat. Die Schaltung kann daher so angeordnet werden, daß sie auf eine Änderung in den Kennwerten entweder von einer oder von beiden Spulen anspricht. Als Beispiel wäre eine Einrichtung denkbar, um die gesamte Impedanz beider Spulen in Reihe abzutasten·

Eine Überwachungsanordnung dieser Art bringt jedoch dieselbe Schwierigkeit mit sich, die die Verwendung von zwei Spulen in einer ausgeglichenen Brücke überhaupt notwendig macht· Eine Änderung in der Impedanz wird im wesentlichen durch Vergleich der FühlerspuIenimpedanz mit einem Bezugswert abgetastet. Die durch ein Rad hervorgerufene Änderung ist relativ gering, und Umgebungseinflüsse führen zu vergleichbaren oder sogar größeren Änderungen in der wirksamen Impedanz einer typischen Fühlerspule. Das Bezugsobjekt oder die Bezugseinrichtung muß analoge Änderungen mitmachen, um unbeabsichtigte Störungen des Abgleiches zu vermeiden* Bei weitem die beste Bezugsgröße ist eine andere Fühlerspule, die den gleichen Einflüssen unterworfen wird, d, h· die Zwei-apulenanordnung .* , ,wie sie in dem Fühler 20 verwendet wird. Wenn die Impedanz beider Spulen simultan gemessen wird, bleibt nichts mehr übrig, das als Bezugswert dienen könnte, so daß das vorgeschlagene Überwachungsschema tatsächlich wertlos ist.

Im folgenden werden die grundlegenden Fühlerschaltungen für ein verbessertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das in den Figuren 3 bis 11 dargestellt ist· Nicht nur eines, sondern beide obenerwähnten Methoden zur Auflösung der Unbestimmtheit können verwendet werden, während gleichzeitig die Vorteile einer in sich abgeglichenen Bezugseinrichtung, wie es durch den Fühler 20 erreicht wird, beibe-

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halten werden, und zwar dadurch., daß die Kennwert von drei Spulen in zwei Paaren statt eines einzigen Spulenpaares überwacht werden. Ein bevorzugtes Ausfiihrungsbeispiel verwendet drei abgestimmte Spulen L1, L2 und L3, die in einem nicht magnetischen Gehäuse 71 untergebracht sind, als Bestandteil eines Radfühlers 70, der gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 3 bis 6) aufgebaut ist.

Die physikalischen Kennwerte der Spulen L1, L2 und L3 entsprechen vorzugsweise denen der oben beschriebenen Spulen, d. h. die Spulen haben einen verhältnismäßig großen Oberflächenbereich und sind mit ihren Achsen senkrecht orientiert, so daß die elektromagnetischen Felder der Spulen sich nach oben von dem Gehäuse 7I in den Raum erstrecken, durch den sich der Flansch 27 eines Eisenbahnrades 28 bewegt, das sich auf dem Kopf 26 einer Schiene 2k entlang bewegt (Fig. 2 bis 5)· Die drei Spulen L1 bis L3 sind in einer symmetrischen, fünfeckigen Brücke 80 zusammengeschaltet (Fig. 6) und zusammen mit eine r Spannungsquelle vorgesehen, die schematisch durch den Oszillator oder einen and-eren Signalgenerator 72 angedeutet ist. Die Spulen L1, L2 und L»3 sind elektrisch alle ähnlich. Ein Abstimmkondensator C1 ist parallel mit der Spüle L1 geschaltet, um einen abgestimmten Schaltkreis zu schaffen, der eine Betriebsfrequenz hat, die der Frequenz des Signalgenerators 72 entspricht. Auf ähnliche Weise sind die Abstimmkondensatoren C2 und C3 parallel zu den Spulen L2 bzw. L3 geschaltet. Durch diese Anordnung werden gleiche Spannungen an die Spulen LI, L2 und L3 angelegt, und die Spulen werden so eng wie möglich den gleichen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Zur Vereinfachung sei anfänglich angenommen, daß die Spulen magnetisch nicht miteinander gekoppelt sind.

In Fig. 6 sind die Anschlüsse der Brücke 80 mit den Bezugszahlen 81, 82, 83, 84 und 85 bezeichnet, wenn man im Uhrzeigersinn von dem Basisanschluß 81 des Oszillators oder des anderen Si{jnalgonerators 72 fortschreitet. Die Einhüllende der Ausgatiysspannung, die an dem Anschluß 83 auftritt, ist

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als Spannung El in Fig. 7 angedeutet, wodurch, die Spannungsmuster für die Signale gezeigt werden, die an den Brückenanschlüssen während der Bewegung eines Wagenrades an dem Fühler 70 vorbei erzeugt werden. Die Ausgangs- oder Klemmenspannung, die an dem Brückenanschlufl 8k erzeugt wird, ist als Spannung E2 gezeigt. ¥ie in dem vorhergehenden Beispiel wird .angenommen, daß das Rad 28 sich an dem Fühler 70 in einer solchen Richtung vorbeibewegt, daß es zuerst das elektromagnetische Feld der Spule L1 stört.

Unter der Annahme, daß die Bewegung des Rades an der Spule L1 fc vorbei einen reinen Verlust in der Spule erzeugt, ist die Impedanz der Spule L1 reduziert und die Spannung E1 steigt anfänglich auf das Erregungsniveau+E für das Signal an, das der Spule L1 von dem Oszillator 72 zugeführt wird. Gleichzeitig steigt die Signalspannung E2 auf ein kleineres Niveau an, die Änderung in der Signalspannung E2 beträgt tatsächlich etwa die Hälfte von der Änderung in der Signalspannung E1. Bei fortgesetzter Bewegung des Rades erstreckt sich der Störeinfluß signifikant auch auf die Spule L2 und beeinflusst die Spule L2 im größtmöglichen Maße und beeinflusst die Spulen L1 und L3 weniger stärkt, wenn das Rad sioh annähernd in der Mitte über der Spule L2 befindet» An diesem Punkt ist der Anstieg in der Spannung E1 überschritten, und die Spannung " B1 ist nun kleiner als ihr Ruhewert, der durch die gestrichelte Linie 86 dargestellt ist. Die Impedanzen der Spulen L1 und L3 sind gleich groß, während die der Spule L2 kleiner ist« Die Spannungen El und E2 sind gleich und sind beide in ihrer Größe kleiner als ihre Ruhewerte, die gestrichelten Linien 86 und 87. Danach wird das anfängliche Muster im umgekehrten Sinn wiederholt, wobei beide Signale zu der gegenphasigen Spjinnng -E des Generators 72 hin streben, und zwar deratt, daß der Effekt bei E2 vorherrscht. Die nicht bei Null liegenden Ruhewerte 86 und 87 der Anschlußspannungen E1 und E2, die von den Brückenanschlüssen 83 und 84 abgenommen werden, sind eine Unzuträglichkeit. Die Ausgangsspannungen der Brücke können durch eine der beiden in den Figuren 8 und 9 gezeig-

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ten Soiialtungsanordnungen vereinfacht werden, die beide Spannungsteiler mit Teilerverhältnissen verwenden, die stabil und unabhängig von der Größe der Erregungssignale sind. So wird in Fig. 8 das Ausgangssignal E1 von dem Brückenanschluß

83 in einem Summenverstärker 88 mit einem Teilwert der an den Brückenanschluß 85 abgegebenen Erregungsspannung -E addiert. In der gezeigten Schaltung ist das Summierverhältnis 3*1« Auf ähnliche Weise wird die Spannung E2 von dem Brückenanschluß

84 mit einem entsprechenden Teilwert der +B-Spannung von dem Brückenanschluß 82 in einem Summenverstärker 89 summiert. Die · Ausgangssignale der Verstärker 88 und 89 sind als Signale E3 bzw. E4 angegeben.

Die Sohaltung von Pig. 9 führt eine ähnliche Arbeitsweise auf der Basis einer Differentialoperation anstelle einer Summation durch. Daher wird in Fig. 9 das Bezugssignal +E von dem Brükkenanschluß 82 an einen Widerstand 91 gelegt, wobei das andere Ende des Widerstandes 91 mit einem Anschluß 92 verbunden ist. Das Bezugssignal -E wird an einen Widerstand 93 gelegt, der mit einem Anschluß ^h verbunden ist. Bin Widerstand 95 ist zwischen den Anschlüssen 92 und 94 angeschlossen. Die drei Widerstände 9I, 93 und 95 haben gleiche Impedanzen. Eine Differentialspannung E5 wird zwischen dem Brückenanschluß 83 und dem Anschluß 92 in der Schaltung von Fig. 9 abgenommen. Eine zweite Differentialspannung E6 wird über den Brückenanschluß 84 und den Anschluß 94 in der Korrekturschaltung abgeleitet.

Wenn entweder die Schaltung von Fig. 8 oder die von Fig. 9 verwendet wird, sind die modifizierten Signale E3-B6 kleine Wechselspannungen und müssen verstärkt und demoduliert werden, um passende Ausgangssignale zu bilden. Sie können im wesentlichen in der erzeugten Form verwendet oder kombiniert werden, um andere Nutzsignal-Ausgangsmuster zu erzielen.

Fig. 1OA zeigt das Ergebnis einer Verstärkung und synchronen Demodulation der Ausgangssignale E3 und E4, das durch die

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Suramensignalschaltung von Pig. 8 erzeugt wird. Die Figur kann auch als Darstellung der Signale E5 bzw. Bö verstanden werden, die von der Differentialschaltung (Fig. 9) erzeugt werden. Die Polaritäten der Signale E3 und e4, wie sie in Fig. 1OA dargestellt sind, entsprechen den relativen Phasen der Ausgangssignale der Verstärker 88 bzw. 89 (Fig. 8). Es ist zu ersehen, daß die Signale E3 und E4 in grober Näherung den Ausgangssignaleη eines einfachen Zweispulenfühlers, wie er in Fig. 2A gezeigt ist, ähnlich, jedoch unsymmetrisch und gegeneinander versetzt sind. Die Bewegungsrichtung eines an dem Fühler 70 (Fig· 3-6) vorbeigehenden Rades kann von den Polaritätsänderungen und von der A-.symmetrie in beiden P Ausgangssignalen E3 und β4 hergeleitet werden. Ferner existiert eine erhebliche Spannung in einem oder in dem anderen und tatsächlich in beiden Signalen E3 und E4, und zwar kontinuierlich während der vollständigen Zeitdauer, in der ein Rad an dem Fühler vorbeigeht, so daß die Richtungsunbestimmthe.it, die oben erwähnt wurde, wirksam eliminiert wird.

Eine bevorzugte Form der Verarbeitung der von dem Fühler 70 abgegebenen Ausgangssignale ist in Fig. 1OB gezeigt. Xn Fig. 10B werden die Signale E3 und E4 algebraisch summiert, um ein erstes Steuersignal E11 zu bilden. Dieselben beiden Signale werden algebraisch subtrahiert, um ein zweites Steuer- ^ signal E12 zu erzeugen, das hier in der Form

E12 = E^ - E3

gezeigt ist. Das Steuersignal E11 ist das analoge Signal zu dem in Fig. 2A gezeigten Signal von dem einfachen Zweispulenfühler und ist im allgemeinen diesem Signal verhältnismäßig ähnlich. Wenn es als Wellenform über der Zeitachse betrachtet wird, kehrt es sich in sein Spiegelbild um, wenn sich die Richtung der Radbewegung umkehrt. Andererseits ist das Differenz-Steuersignal E12 unabhängig von der Bewegungsrichtung des Rades und gibt dieselbe Wellenform für die umgekehrte Radbewegung· Das Steuersignal E12 befriedigt beide Bedingungen

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für ein unzweideutiges Hilfssignal.

Die Verwendung geeigneter Schwellenwertniveaus, wie sie in Fig. 12B durch, die Linien 95 und 96 dargestellt sind, können die Steuersignale E11 und E12 dazu verwendet werden, eine Reihe von Erkennungssignalen 97, 98 und 99 (Fig. 1OC) zu erzeugen. Diese Erkennungssignale 97» 98, 99 erfüllen beide Bedingungen für ein unzweideutiges Hilfssignal. Auf diese ¥eise ist eines der Erkennungssignale jederzeit vorhanden, wenn immer ein Bad sich in einer Lage an irgendeinem Punkt über dem Fühler 70 befindet. Ferner ist ein definiertes Erkennungssignal 89 vorhanden, das während der Übergangszeit existiert, in der das Rad sich über den Mittelabschnitt des Fühlers hinwegbewegt ·

Die Erkennungssignale 97 und 99 sind ähnlich wie die Signale, die oben in Verbindung mit der bekannten Form eines Fühlers beschrieben wurden, und sie werden von dem umkehrbaren Summenwellenform der Ausgangssignale von der Fühlerbrücke abgeleitet. Das dazwischenliegende Erkennungssignal 98 wird nur von dem ins Positive gehenden Abschnitt der festen Differenzwellenform abgeleitet. Dieser Erkennungs-Signalpuls 98 wird während des gesamten Übergangsintervalles zwischen den Enderkennungssignaleη 97 und 99 aufrechterhalten. Daher wird eine Sequenz 97» 98, 99 oder eine Sequenz 99» 98, 97 erzeugt, und das Auftreten des Impulses 98 zwischen den Impulsen 97 und 99 identifiziert positiv das Signalpaar 97 und 99t das zur Bestimmung der Bewegungsrichtung ausgewertet werden kann. Die kegelstumpfartige Sequenz 98, 99% 97$ 98 , 99% 97 .... kann leicht für eine genaue Richtungsbestimmung interpretiert werden, während eine volle Sequenz 97, 98, 99, 97, 98, 99 ... unzweideutig die Bewegung des Rades in der gleichen Richtung anzeigt. Die umgekehrte Bewegungsrichtung wird genau durch eine beachtliche Gruppierung von Impulsen von der umgekehrten Sequenz 99, 98, 97, 99, 98, 97 ... identifizierbar.

Andere Schemen können die Überlappung des mittleren Erkennungs-

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signales 98 bezüglich der beiden E nderketinu ng s signale 97 und 99 ausnutzen, da die Anwesenheit des mittleren Signales garantiert, daß jederzeit während des Durchganges eines Rades durch den Fühlerbereich ein Signal vorhanden ist. Auf diese Weise kann das Erkennungssignal 98 dazu verwendet werden, eine 97-99-Sequenz dadurch gültig zu machen, daß die Erkennungssignale 97 und 99 nur während des gleichzeitigen Auftretens des Signales 98 beachtet werden oder daß der Einschluß des Signales 98 während des gleichzeitigen Auftretens von einem der beiden anderen Erkennungssignaleη 97 und 99 beachtet wird.

Beide Verfahren zum Auswerten des mittleren Erkennungssignales 9S bieten darüber hinaus eine Sicherheit in der Form der Potentialredundanz. Bei der ersten beschriebenen Methode muß in einer normalen Sequenz auf ein 97~98-Erkennungssignal-Übergang immer ein 98-99-Signal-Übergang folgen· Bei der zweiten Methode gibt es zwei Signalüberlappungen, nämlich 97 und 98 und 98 und 99, während jedes Raddurchganges· Je nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens und der Bedeutung einer ausgelassenen Messung oder einer falschen Messung in einem bestimmten Anwendungsfall kann eine Einrichtung, die den Ausgang von dem Fühler 70 auswertet, vorgesehen werden, die mit einem der beiden oder mit beiden EedundanäenErkennungssignalereignissen befriedigt werden muß, wodurch die Wahrscheinlichkeit dafür, daß eine Messung ausgelassen oder eine falsche Messung gemacht wird, stark reduziert wird. Ferner kann, wenn dies wesentlich ist, die Einrichtung so angeordnet Waden, daß das Auftreten beider zedundantenErkennungssignalereignisse notwendig ist, so daß die Verarbeitung von isolierten, bildlich nachgeahmten Impulsen positiv ausgeschlossen ist·

Xn einem tatsächlichen Fühler sind die Fühlerspulen L1, L2 und L3 nahe beieinander angeordnet. Folglich ist eine gewisse wechselseitige Kopplung der Magnetfelder der Spulen tatsächlich nicht vermeidbar· Gewöhnlich ist die wechselseitige Kopplung kloin und zwar in der Größenordnung von einigen

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Prozent bei einem typiseheη·Fühleraufbau. Der Einfluss der wechselseitigen Kopplung ist jedoch nicht unbeachtlich im Vergleich mit den Änderungen in den Impedanzkennwerten der Spulen, die durch einen Fehlabgleich im Betrieb verursacht werden, einschließlich der Änderungen, die bei dem Durchgang eines Rades oder eines Metallobjektes durch den Messraum über dem Fühler erzeugt werden»

Die Wirkung dieser wechselseitigen Kopplung ist in mehrfacher Hinsicht unerwünscht. Zunächst erschwert die wechselseitige Kopplung erheblich das Abstimmen und Abgleichen der drei Fühlerspulen L1 bis L3. Ferner bildet die wechselseitige Kopplung zwischen den Spulen einen erheblichen Unterschied in den Betriebsbedingungen zwischen der mittleren Spule L2 und den beiden äußeren Spulen L1 und 1/3. Dadurch wird wiederum die Stabilität beim Einstellen der gewünschten Gleichförmigkeit in dem Effekt von Umgebungseinflüssen auf die drei Spulen herabgesetzt· Ferner stört die wechselseitige Kopplung zwischen den Füh-lerspulen die relativen Größen und Phasenbeziehungen der Steuerspannungen, die während des Auftretens einer Unabgeglichenheit erzeugt werden, so daß sich eine geringere Empfindlichkeit des Fühlers ergibt und auch weniger erwünschte Ausgangswellenformen erzeugt werden· Ferner kann die abwechselnd gleichsinnig oder gegensinnig eingestellte Kopplungsorientierung der Spulen, die verwendet werden kann, um die Probleme des Abstimmens und Abgleichens und das Störproblem zu verringern, die Empfindlichkeit der Einrichtung auf äußere Störeinflüsse vergrößern.

Die wechselseitige Kopplung zwischen nebeneinanderliegenden Spulen kann in dem Fühler 70 im wesentlichen dadurch eliminiert werden, daß jede äußere Spule an eine Kompensationswicklung mit einigen Windungen um die mittlere Spule verbunden wird. Die Orientierung der Kompensationswicklung ist in jedem Falle so getroffen, daß das Feld der Kompensationswicklung dem Feld des Hauptteiles der äußeren Spule in dem von der mittleren Spule L2 eingenommenen Raum entgegenwirkt.

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Dadurch kann der Koeffizient der Kopplung zwischen der mittleren Spule L2 und jeder der äußeren Spulen L1 und L3 leicht um einen Faktor 10 reduziert werden.

Eine Wicklungsanordnung dieser Art ist in Fig. 11 gezeigt. Der Anschluß 82 (sh. ebenfalls Fig. 3) ist mit dem Hauptteil der Spule L1 verbunden, der um den Kern 101 im Gegenuhrzeigersinn gewickelt ist. Der Hauptteil der Spule LI ist nicht direkt mit dem and-eren Spulenanschluß 83 verbunden. Statt dessen sind eine begrenzte Zahl von Windungen der Spule L1, die als einzige Windung gezeigt sind, um den Kern 102 der mittleren Spule L2 gelegt, wobei die Wicklung wieder im Gegenuhrzeigersinn geführt und mit dem Anschluß 83 verbunden ist. Bei einer typischen Ausführungsform, bei der eine grundlegende Spulenkonstruktion von 100 Windungen für den Hauptteil der Spule L1 verwendet wird, kann die Kompensationswicklung für die Spule LI auf dem Kern 102 der Spule L2 aus zwei Windungen bestehen.

Bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform weist die Spule L2 dieselbe Zahl von Wicklungen wie der Hauptteil der Spule L1 auf und ist direkt mit den Anschlüssen 83 und 84 verbunden. Die Richtung der Wicklung verläuft im Gegenuhrzeigersinn vom Anschluß 83 zum Anschluß 84. Bei dem gegebenen Beispiel würde die mittlere Spule L2 100 Wicklungen aufweisen.

Die Spule L3 w*4st einen Hauptteil auf, der um einen Kern 103 im Gegenuhrzeigersinn vom Anschluß 84 zum Anschluß 85 gewickelt ist, wobei die Zahl der Windungen gleich der Zahl der Windungen in dem Hauptteil der Spule L1 und der Gesamtzahl der Windungen in der Spule L2 ist. Der Hauptkörper der Spule L3 ist nicht direkt mit dem Anschluß 84 verbunden. Eine Kompensationswicklung aus sehr wenigen Windungen ist um den Kern 102 der mittleren Spule zwischen dem Anschluß 94 und dem Hauptteil der Spule angeordnet. Wenn man von dem Anschluß 84 ausgeht, wären daher bei dem gegebenen Beispiel zwei Windungen der Spule L3 auf dem Kern 102 und

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100 ¥indungen der Spule L3 auf dem Kern 103,

Die verhältnismäßig schwachen Felder, die durch die Kompensationswindungen der Spulen L1 und L3 erzeugt werden, die auf dem mittleren Kern 102 angeordnet sind, sind wirksam wegen der engen Nachbarschaft der Kompensationswindungen zu der mittleren Spule L2, Die Gesamtinduktanz und der Gesamtwiderstand jeder der äußeren Spulen wird sehr wenig beeinflusst, und die Form und die Intensität des Feldes jeder der äußeren Spulen bleibt in dem Arbeitsbereich unmittelbar über der Spule (sh. Fig. 3 und k) im wesentlichen unbeeinträchtigt. Daher kann die in Fig. 11 gezeigte Anordnung oder eine äquivalente Kompensationswicklungsanordnung dazu verwendet werden, die Probleme der Fehlabstimmung, der Instabilität und der Verzerrung effektiv zu eliminieren, die sonst durch die wechselseitige Kopplung zwischen den Fühlerspulen vorhanden wären.

Im folgenden wird der vollständige Fühler, der nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, anhand von Fig. 12 beschrieben. Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm eines vollständigen erfindungsgemäßen Fühlers, wobei die im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 11 besprochenen Prinzipien angewendet werden. Der vollständige Fühlerkreis weist einen Oszillator und eine Fühler-Brückenabschnitt 111, dessen vollständiges Schaltungsdiagramm in Fig. 13 gezeigt ist, einen Signale»verarbeitungsabschnitt 112, der gemäß der in Fig. 14 gezeigten, detaillierten Schaltung aufgebaut sein kann, und einen Ausgangsabschnitt 113 auf, für den eine typische Sohaltung in Fig. 15 gezeigt ist.

Der Oszillator 72 in dem Abschnitt 111 für den Fühler 70, wie er in Fig. 12 gezeigt ist, weist einen Differentialverstärker 115 auf, der mit einer negativen Rückkopplung zur Verbesserung der Stabilität und einer positiven Rückkopplung, um die für den Oszillator notwendige Selbsterregung zu schaffen, und schließlich einer automatischen Verstärkungssteuerung aus-

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gerüstet, um die Amplitude zu regeln. Die Fühlerspulen L1, L2 und L3, die auf eine vorbestimmte Betriebsfrequenz durch, die Kapazitäten C1, C2 bzw, C3 abgestimmt sind, bilden einen Teil der positiven Rückkopplungssclialtung für den Verstärker 115 in dem Oszillator 72.

So hat der Verstärker 115 zwei Differentialausgänge 116 und 117* Bine erste negative Rückkopplungsschaltung 118 ist von dem Ausgang Ho zurück zu einem Eingang des Verstärkers 115 geführt. Sine zweite ähnliche negative Rückkopplungsschaltung 119 verbindet den Ausgang 117 zurück zu dem anderen Eingang des Oszillatorverstärkers. Ein Widerstand 121 ist zwischen dem Verstärkerausgang 116 und der ersten, abgestimmten Fühlerspule L1 an dem Brückenanschluß 82 (Fig. 6) angeschlossen. Ein ähnlicher Widerstand 122 ist von dem Differentialausgang II7 des Verstärkers II5 zu der Spule L2 bei dem Brückenanschluß 85 angeschaltet. Die Impedanzen 121 und 122 zusammen mit den drei abgestimmten Schaltkreisen, die durch die Spulen L1, L2 und L3 und die Kondensatoren C1, C2 und C3 gebildet werden, sind so in Reihe über den Verstärkerausgängen II6 und 117 angeschlossen» Die Anschlüsse 82 und 85 werden als Ausgangsanschlüsse für den Oszillator 72 in Verbindung mit anderen Schaltungen verwendet, wie noch beschrieben wird. Die Anschlüsse 83 und Sh bilden wie vorher die Abgriffsspannung-Anschlüsse für die Brücke, Der fünfte Brückenanschluß 81 ist ein Masseanschluß für den Verstärker 115»

Die Oszillatorausgangssignale, die an den Anschlüssen 82 und 85 auftreten, haben die Charakteristik, daß sie wegen des Vorhandenseins der abgestimmten Schaltung 120, die die Spulen L1 bis L3 und die Kondensatoren 01 bis C3 aufweist, nahe bei dem Maximum liegen und in Phase mit den Verstärkerausgängen 16 und 17 «ind, wenn die Signalfrequenz für den Verstärker 115 die natürliche Frequenz der drei abgestimmten Schaltkreise let· Die Impedanzwerte sind so gewählt, daß die Amplituden der Oszillatorausgänge nur geringfügig kleiner als für die Verstärkerausgänge bei dieser Frequenz sind.

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Eine positive Rückkopplungsschaltung 125 ist von dem Brückenanschluß 82 zurück zu dem Eingangsschaltkreis auf der Seite des Oszillatorverstärkers 115 angeschaltet, die dem Ausgang 116 gegenüberliegt. Eine ähnliche positive Rückkopplungsschaltung 126 verbindet den Brückenanschluß 85 mit einem Eingang auf der anderen Seite des Verstärkers 115« Ein Steuerkreis 127 mit automatischer Verstärkungsregelung ist in der Oszillator-Brückeneinheit 111 vorgesehen, wobei die beiden Eingänge an den Steuejdtais 127 von den Verstärkerausgängen 116 bzw, 117 abgeleitet werden. Der Steuerkreis hat zwei Ausgänge, wobei je einer an die positiven Rückkopplungskreise 125 und 126 angeschlossen ist.

Die Signalverarbeitungseinhe.it 112 des Fühlers 70 (Fig. 12) weist zwei Netzwerke 131 und 132 zum Kombinieren von Signalen auf. Das Netzwerk 13I hat zwei Eingänge, die mit den Brückenanschlüssen 82 und 8k verbunden sind. Das Netzwerk I32 ist ähnlich aufgebaut und hat zwei Eingänge, die mit den Brückenanschlüssen 83 und 85 verbunden sind. Der Ausgang des Netzwerkes 131 wird an einen Verstärker 133 angelegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers I33 wird an eine Differenz- oder Subtraktionsschaltung 135 gekoppelt und wird ebenfalls an eine Summations- oder Addierschaltung I36 angelegt. Der Ausgang des Netzwerkes 132 wird durch einen Verstärker 13^ verstärkt und sowohl der Differenzschaltung 135 als auch der Addierschaltung 136 zugeführt. Der Ausgang der Differenzschaltung 135 wird in einem Verstärker 137 verstärkt. Bin Verstärker 138 ist in dem Ausgang der Summierschaltung 136 vorgesehen.

Der Ausgangsabschnitt 113 des Fühlers 70 weist einen Tastspannungsgenerator 139 mit zwei Eingängen auf, die mit den Brückenanschlüssen 82 und 85 verbunden sind. Der Tastspannungsgenerator 139 erzeugt ein Rechteckwellensignal, das an einen Eingang von jedem der beiden Synchrondetektoren 1*f1 und 1*f2 angelegt wird. Der Detektor 1*t1 hat einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Differenzschaltungsverstärkers 137

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in dem Signalverarbeitungsabschnitt 112 verbunden ist. Der Detektor 1k2 leitet seinen zweiten Eingang von dem Ausgang des Summiersclaaltungsverstarkers 138 ab. Der Detektor 141 ist mit einem Ausgangsverstärker 143 versehen, der mit dem Ausgangsanschluß 145 für den Fühler verbunden ist. Auf ähnliche ¥eise ist der Detektor 142 mit einem Ausgangsverstärker i44 versehen, der mit einem Fühlerausgangsanschluß 1^-6 verbunden ist.

Im Betrieb erzeugt der Oszillator 72 ein kontinuierliches Signal, das mit entgegengesetzter Phase an die beiden Brückenanschlüße 82 und 85 an den gegenüberliegenden Enden der ab-P gestimmten Fühisrsehaltung 120 angelegt wird. Die positive Rückkopplung su dem Oszillatorverstärker 115» die durch, die positiven EücMcopplungsschaltungen 125 «nd 126 bewirkt wird, hat die richtige Phase und die entsprechende Amplitude, uia die Schwingung nur bei der natürlichen Frequenz der abgestimmten Fühlerschaltung 120 aufrechtzuerhalten, die ebenfalls die Resonanzfrequenz für jede der einzelnen abgestimmten Fühlerspulenkreise ist. Die Steuerschaltung 127 mit automatischer Verstärkungsregelung ist so eingestellt, daß die Verstärkung der positiven Rückkopplungsschaltungen 125 und 126 auf einen Wert reduziert wird, der die Schwingung gerade aufrechterhalten kann, wenn der Verstärkerausgang ein vorbestimmtes

k Amplitudenniveau erreicht.

Der in Fig. 12 gezeigte Oszillatoraufbau hat eine Reihe von Vorteilen bei dem Betrieb des Fühlers 70. Erstens neigen die Kennwerte des Verstärkers 115 mit seiner negativen Rückkopplung dazu, gleichförmig und stabil bei der Anwesenheit von Änderungen in Umweltbedingungen zu sein, so daß die Amplituden- und Frequenzgleichförmigkeit und Stabilität verbessert und eine erhebliche Reinheit in der Ausgangswellenform des Oszillators sichergestellt wird. Zweitens muß der Steuerkreis 127 nur einen mäßigen Einfluss ausüben, so daß eine verhältnismäßig einfache Schaltung eine ausreichende Steuerfunktion mit nur geringen störenden Seiteneffekten ausüben

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kann. Die einzige beachtliche Änderung, die den Betrieb des Oszillators 72 stören kann, ist genau die Änderung in den Kennwerten des abgestimmten Fühlerkreises 120, die beim Betrieb des Fühlers abgetastet werden soll.

Der Oszillatoraufbau, der in Fig. 12 gezeigt ist, hat den zusätzlichen Vorteil, daß sein Ausgang leicht in einem gut ausgeglichenen Zustand gehalten werden kann. Ferner kann die Schaltung leicht an eine Vielzahl von abgestimmten Schaltungen angepasst werden. Br ist nicht auf die spezielle Reihe von drei abgestimmten Spulen L1, L2 und L3 beschränkt, die in dem speziellen Fühler 70 verwendet werden.

¥ie bereits erwähnt wurde, weist die abgestimmte Fühlerschaltung 120 die drei Fühlerspulen LI, L2 und L3, die jeweils auf die gleiche Betriebsfrequenz durch die Kondensatoren C1, C2 und C3 abgestimmt sind. Die Fühlerspulen sind vorzugsweise mit Kompensationswicklungen ausgestattet, wie im Zusammenhang mit Fig. 11 beschrieben wurde, die wirksam die wechselseitige Kopplung zwischen den Spulen ausgleichen. Die Spulen sind so orientiert, daß sie sich bezüglich eines entfernt erzeugten Feldes gegenseitig unterstützen. Die ungestörten Impedanzen der drei abgestimmten Spulen sind im wesentlichen identisch, so daß der gesamte Oszillatorausgang, der die Summe der beiden Oszillatorsignale +B und -E ist, gleichmäßig über die drei Spulen verteilt ist. Die Amplituden der beiden Abgriffseignale B1 und B2, die an den Brückenanschlüssen 83 und Qk erscheinen, sind jeweils gleich einem Drittel der Amplitude des gesamten Oszillatorausgangs·

Die Funktion der Signalverarbeitungseinheit 112 in dem Fühler 70 besteht darin, die Brückenabgriffssignale B1 und B2 in kombinierte Signale mit relativ großer Amplitude umzusetzen, die von einem vorbestimmten "Null^lf-Ni*eau nur dann abweichen, wenn eine bedeutungsvolle Unausgeglichenheit in den Impedanzen der Fühlerspulen L1, L2 und L3 auftritt. Das Kombinier-

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netzwerk 131 funktioniert in der gleichen Weise wie der Verstärker 89 (Fig. 8) und addiert die Signale +E und E2 in einem vorbestimmten Verhältnis, um ein Signal E4 zu erzeugen, das in dem Verstärker 133 verstärkt und den nachfolgenden Schaltungen 135 und 136 zugeführt wird·. Die Kombinier schaltung 132 addiert andererseits die Signale -E und E1 von der . Brücke in einem vorbestimmten Verhältnis und erzeugt ein Ausgangssignal E3, das verstärkt und den Schaltung 135 und 136 zugeführt wird. Die Einhüllenden der beiden Steuersignale E3 und E4 von den Kombiniernetzwerken 132 und 131 entsprechen daher den in Fig· 1OA gezeigten Wellenformen.

In der Schaltung 135 wird das Signal E3 von dem Signal E4 subtrahiert, so daß ein Ausgangssignal der Form E4 -B3 erzeugt wird. Die beiden Signale werden in der Schaltung I36 addiert, so daß ein Ausgangssignal der Form E3 +E4 erzeugt wird* Die Summen- und Differenzsignale werden den Synchrondetektoren 142 bzw. 141 in dem Ausgangsabschnitt 113 zugeführt.

Xn dem Ausgangsabschnitt 113 erzeugt der Tastspannungsgenerator 139 einen Rechteckwellenausgang mit der Betriebsfrequenz des Oszillators 72, der den Synchrondetektoren 141 und 142 zugeführt wird. Der Synchrondetektor 142 demoduliert und filtert das Summen-Fehlausgleichssignal E3 +E4, wobei ein Ausgangesignal erzeugt wird, das durch den Verstärker 144 weiter verstärkt wird, und ein Fühlerausgangssignal E11 an dem Anschluß 146 erzeugt, das eine Wellenform hat, wie sie in Fig. 10B gezeigt ist. Auf ähnliche Weise demoduliert und filtert der Synchrondetektor 141 das Differenz-Fehlausgleichssignal E4 -B3, das in dem Verstärker 143 verstärkt und dem Ausgangsanschluß 145 als Differenzsignal E12 (Fig. 10B) zugeführt wird. Die Summen- und Differenzsignale B11 und E12 können leicht in die Impuls-Erkennungssignale umgesetzt werden, die in Fig. 10C gezeigt sind. Wie beareits erwähnt wurde, wird diese Umsetzung vorzugsweise in der Nutz- bzw. Auswerteinrichtung 68 vorgenommen, die mit den Ausgängen des Fühlers 70

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verbunden, ist.

Im folgenden werden die speziellen Schaltungen beschrieben, die in den Figuren 13 bis 15 gezeigt sind. Fig. 13 zeigt eine spezielle Schaltung, die für den Oszillator und die Fühlerbrüklceiieinheit 111 in dem Fühler 70 von den Fig. 3 bis 12 verwendet werden kann. ¥ie dargestellt ist, kann der Verstärker 115 des Oszillators 72 vier Transistoren Qj, Q2, Q3 und Qk aufweisen. Die Kollektoren der Transistoren Q1 und q4 sind mit einer geeigneten positiven Gleichspamumgsquelle verbunden die als B+ angedeutet ist«, Der Emitter des Tranistors Q1 bildet den Verstärkerausgangsanschluß 116₉ und der Emitter des Transistors Q^ 1st der andere Ausgangsanscäluß 117« Die Basis des Transistors Q1 ist mit dem Kollektor des Transistors Q2 verbunden und zu der B+-Quelle cüarcäx einen. Lastwiderstand R1 zurückgeführte Die Basj* des Transistors q4 ist mit dem Kollektor des Transistors Q3 verbunden und au der 3+-Quelle durch einen Widerstand R2 zurückgeführte

Die Basis des Transistors Q2 ist mit dem Emitter des Transistors Q1, dein Anschluß 116, durch einen Widerstand R3 verbunden. Die BeeLs des Transistors Q3 ist mit dem Emitter des Transistors q4, d. h. dem Anschluß 117₉ durch einen Widerstand Rk verbunden. Der Emitter des Transistors OJ ist an die Erde der Vorrichtung bei dem Brückenanschluß 81 durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes Rp^ und eines Widerstandes R5 zurückgeführt. Auf ähnliche Weise ist der Emitter des Transistors Q.k durch die Reihenschaltung eines Widerstandes R95 und eines Widerstandes R13 zur Srde zurückgeführt.

Die Basis des Transistors Q2 ist mit der Erde der Einrichtung durch eine Reihenschaltung der beiden Widerstände 117 und R8 verbunden. Die Basis des Transistors Q3 ist durch einen Widerstand R11 , der in Reihe mit einem Widerstand RIO geschaltet ist, zur Erde zurückgeführt. Der Widerstand R10 ist vorzugsweise ein Thermistor, der zum Kompensieren von Temperaturschwankungseffekten auf die Betriebskeniiwerte der and-eren-

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Komponenten verwendet wird. Der Verbindungspunkt zwischen den ¥iderständen R7 und R8 ist direkt mit dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände R11 und R10 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q2 und Q3 sind miteinander verbunden und zur Systemerde durch einen Widerstand R^Q zurückgeführt.

In der in Fig. 13 gezeigten Schaltung weist der Steuerkreis 127 mit automatischer Verstärkungsregelung zwei Transistoren 05 und Q6 auf, deren Kollektoren jeweils mit dem Emitter des anderen Transistors verbunden sind, Die Basis des Transistors Q5 ist mit einem Kondensator C9 verbunden, der an die Systemerde zurückgeführt ist, und ist fernermit dem Verbindungspunkt der Widerstände H5 und R9k durch eine Diode CRl verbunden« Die Basis des Transistors Q5 i^s* ebenfalls mit dem gemeinsamen Anschluß dar Widerstände E95 «ad RI3 durch eine Diode CE2 verbunden. Bis Basisanschlüsse der beiden Transistoren Q5 und q6 sind miteinander verbunden. Der Emitter des Transistors Q5 und der Kollektor des Transistors QjS sind mit der Basis des Transistors Q.2 durch einen Widerstand R6 verbunden. Auf ähnliche Weise ist die Basis des Transistors 05 und dejj&mitter des Transistors 06 mit der Basis des Transistors 03 durch einen Widerstand R12 verbunden.

Die positive Rückkopplungsschaltung 125 (Fig. 13) weist die Parallelkombination eines Widerstandes Rio und eines Kondensators C12 auf. Bin Ende der RC-Schaltung ist mit dem Brückenanschluß 82 durch einen Kondensator C7 verbunden. Der andere Anschluß der RC-Sohaltung ist mit dem Widerstand R12 verbunden. Die andere positive Rückkopplungsschaltung 126 weist eine Parallel-RC-Schaltung mit einem Widerstand RI7 und einem Kondensator C21 auf, der mit dem Brücke nans cliluß 85 durch einen Kondensator C8 verbunden und zu dem Widerstand Ru zurückgeführt ist.

Die Verbindungen der Resonanz-Fühlereinheit 120 in Fig. 13 entsprechen denen, die in dem Blockdiagramm von Fig. 12 gezeigt sind. Drei Trimmwiderstände 1118, R19 und R20 sind in

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Parallelschaltung mit den Spulen L1, L2 und L3 gezeigt»

Im Betrieb des Differentialverstärkers 115 wird eine negative Rückkopplung durch die Präzisionswiderstände R3 und Rk geschaffen» Die ausgeglichenen. Ausgänge des Verstärkers erscheinen an den Emittern der Transistoren Q1 und Q,k, d. h. an den Anschlüssen 116 und 117· Der Oszillatorausgang wird durch die Widerstände 121 und 122 an die abgestimmte Schaltung 120 bei den Brückenanschlüssen 82 und 85 angelegt»

Positive Rückkopplungswege werden durch die Widerstände R16 und R12 auf einer Seite des Oszillatorverstärkers 115 und durch die Widerstände RI7 und R6 auf der anderen Seite verwirklicht. Die Kondensatoren C7 und C8 dienen als Abfelockkondensatoren für Gleichspannungen, während die Kondensatoren C20 und C21 dazu dienen, kleine Restphasenverschiebungen zu korregieren.

Die Transistoren Q5 und q6 in dem Steuerkreis 127 mit automatischer Verstärkungsregelung dienen als variable Widerstand se le me η te , die die positive Rückkopplung für den Verstärker 115 dämpfen. Die beiden Dioden CRI und CR2 nehmen zusammen mit dem Kondensator C9 einen Teil des Verstärkerausganges als Messwert ab, um eine Steuerspannung für die Transistoren der automatischen Verstärkungsregelung zu erzeugen» Die Trimmwiderstände R18_f R19 und R20 werden so gewählt, wie es notwendig ist, um geringe Änderungen in den drei abgestimmten Fühlerspulenkreisen zu korregieren, die zusammen die abgestimmte Fühlereinheit 120 bilden» Zusätzliche Trimmkondensatoren können auch notwendig sein, um einen genau abgeglichenen Zustand in der Fühlerbrücke einzustellen.

Fig. Ik stellt ein vollständiges sehemagisches Diagramm für eine Schaltung dar, die als Signalv«rarbeitungseinheit 112 (Fig· 12) verwendet werden kann» Die beiden Netzwerke I3I und 132 zum Kombinieren von Signalen in der Sohaltung von

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Fig. 14 werden durch zwölf Widerstände R48 - R59 gebildet. Ein Anschluß des Widerstandes r48 ist mit dem Brückenanschluß 85 und der and-ere Anschluß des Widerstandes R^8 ist mit dem einen Ende eines Widerstandes R^9 durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes R50, eines Potentiometers R51 und eines Widerstandes R52 verbunden· Das andere Ende des Widerstandes Rk9 ist mit dem Brückenansohluß 82 verbunden* Die Brückenanschlüsse 82 und 85 sind auch mit den gegenüberliegenden Enden des Potentiometers R59 verbunden.

Der Brückenanschluß 83 ist mit einem Widerstand R56 verbunden, wobei das andere Snde des Widerstandes R56 mit einem Anschluß 152 verbunden ist, der den Ausgangsanschluß für das Kombiniernetzwerk 132 bildet· Der Anschluß 152 ist mit dem Widerstand R48 durch einen Widerstand R55 und ferner mit dem einstellbaren Abgriff auf dem Potentiometer R 59 durch einen Widerstand R58 verbunden» In dem Kombiniernetzwerk 13I ist der Brückenanschluß 8k durch einen Widerstand R5^ mit dem Ausgangsanschluß 151 verbunden. Der Anschluß I5I ist mit einem Widerstand Rh9 durch einen Widerstand R53 und ferner durch einen Widerstand R57 mit dem Abgriff auf dem Potentiometer R59 verbunden.

Der Verstärker 133 weist in der Schaltung von Fig. 14 zwei Transistoren Q2*f und Q26 auf. Die Basis des Transistors Q24 ist mit dem Ausgangsanschluß I5I des Kombiniernetzwerkes 131 verbunden· Der Emitter des Transistors Q24 ist zu der Systemerde durch eine Parallelschaltung eines Widersimdes R63 und eines Kondensators C14 zurückgeführt. Der Kollektor des Transistors Q24 ist mit der B+-Quelle durch einen Lastwiderstand R7I und ferner mit der Basis des Transistors Q26 der zweiten Stufe verbunden.

Der Transistor Q26 ist in einer Emitterfolgerstufe vorgesehen. Der Kollektor des Transistors Q26 iet mit der B+-Quelle verbunden« Der Emitter ist zur Erde durch einen Lastwiderstand R66 zurückgeführt. Ein Rüokkopplungsanschluß wird durch einen Widerstand R6k gebildet, der zwisohen dem Emitter des

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Transistors Q26 und der Basis des Transistors Q24 angeschlos sen ist. Der Ausgang des Verstärkers 133 wird an dem Emitter des Transistors Q26, d.h_t an dem Anschluß 153i abgenommen.

Der Verstärker 13^ entspricht in seinem Aufbau dem Verstärker 133» Br weist eine erste Stufe mit einem Transistor Q23
auf, dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß 152 des Kombiniernetzwerkes 132, und dessen Emitter zur Erde durch eine RC-Schaltung, bestehend aus dem Widerstand R63 und dem Kondensator C12, zurückgeführt ist. Der Kollektor des Transistors Q23 ist mit der B+-Quelle durch einen Widerstand R60 und mit der Basis eines Emitterfolgertransistors Q25 verbunden«, Der Kollektor des Transistors Q25 ist mit der B-f-Qselle, und der Emitter ist mit Erde durch einen Lastwiderstand R65 verbunden« Der
Ausgangsanschluß i%k des Verstärkers 13^· entspricht äem
Emitter des Transistors Q25 und ist zu der Easie des Transistors Q23 durch einen Rückkopplungswiderstand Εβ2 zurüclcverbunden.

In Fig. 14 weist die Addierschaltung I36 zwei Widerstände R67 und r68 auf, die die Anschlüsse 15^ bzw« 153 mit einem gemeinsamen Anschluß 155 verbinden, Der Anschluß 155 ist durch einen Kondensator CI5 mit einem Transistor Q27 gekoppelt, der
die erste Stufe des Addierschaltungs-Verstärkers I38 bildete Der Emitter des Transistors Q27 ist durch eine Parallel-RC-Schaltung, bestehend aus einem Widerstand R73 und einem
Kondensator CI6 zur Erde zurückgeführt. Der Kollektor des
Transistors Q27 ist mit der B+-Quelle durch einen Lastwiderstand R7I verbunden. Die Basis des Transistors Q27 ist mit
einem Widerstand R°-6 verbunden, der seinerseits mit einem
Widerstand R69 verbunden ist, der zu einem Anschluß I56 und
zu einem Widerstand R70 führt, der mit einem Anschluß 157
verbunden ist. Die Widerstände R69, R70 und R^Q6 bilden einen Teil einer Stabilisierungssehaltung, die im Zusammenhang mit Pig· 15 noch eingehender beschrieben wird.

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Der Verstärker 13,8 weist einen, zweiten Transistor Q28 auf, dessen. Basis mit dein Kollektor des Transistors Q27 verbunden fst« Dies ist eine Bniitterfolgerstufe, wobei der Kollektor des Transistors Q28 mit der B+-Quelle, und der Emitter durch einen Lastwiderstand R7^· zur Erde zurückgeführt ist« Der Aus-

des Verstärkers 138 wird von dem Emitter abgenommen, de* einem Anschluß 158 verbunden ist, der zu den Ausgangssehaltungen von Fig. 15 führt, wie oben beschrieben wird. Bin Widerstand R?2 führt als negative Rückkopplung von dem Emitter des Transistors Q28 zurück zu dem Bingangsanschluß 153 des Verstärkers,

D.ie Differenzschaltung 135 und der Verstärke*¹ 137 weisen in der in Fig, 14 gezeigten Form einen Widerstand R?6 auf, der van dem Ausgangsanschluß 15^ des Verstärkers 13^ zu einem Koppelkondenaefcor CI7 führt, der seinerseits mit der Basis eines Transistors Q29 verbunden ist. Die Basis des Transistors Q29 ist auch mit eiriem Widerstand R75» der zu der B+-Quelle zurückführt, und einem Widerstand R77 verbunden, der zur Erde zurückführt. Der Kollektor des Transistors Q29 ist mit der B+-Quelle, und der Emitter mit einem Widerstand R78 verbunden, der zur Erde zurückführt.

Die Differenzschaltungen 135. 137 weisen ferner einen Widerstand R79» der mit dem Aus gangs anscliluß 153 des Verstärkers 133 verbunden ist, und einen Koppelkondensator C18 auf, der mit der Basis eines Transistors Q30 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q30 ist mit dem Transistor Q78 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q30 ist mit einem Lastwiderstand R81 verbunden, der wiederum an die B+-Quelle angeschlossen ist.

Die Ausgangsstufe des Verstärkers 137 weist einen Transistor Q31 auf, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors Q30 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Q31 ist mit der B+-Quelle verbunden. Der Emitter ist mit einem Widerstand R80 verbunden, der seinerseits durch den Widerstand R79 ^zu dem

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Ausgangsansciiluß 153 des Verstärkers 133 zurückgeführt ist. Der Emitter des Transistors Q31 ist ferner mit einem Lastwiderstand 93» der zur Erde zurückfuhrt, und mit einem Ausgangsansciiluß 159 verbunden, der-zu der Ausgangseinlxeit 133 von Fig. 15 fülirt.

Die Differenzschaltungen 135» 137 (Fig. Ik) weisen auch, eine Stabilisierungsschaltung auf, die einen Widerstand R 97 &at, der mit einem Ende an die Basis des Transistors Q30 angeschlossen ist. Das andere Ende des Widerstandes R97 Ast durch einen Widerstand R82 mit einem Anschluß Ιοί und ferner durch einen Widerstand R83 mit einem Anschluß 162 verbunden. Der Ursprung der Stabilisierungsschaltung wird im folgenden im Zusammenhang mit Fig. 15 beschrieben.

Wie oben erwähnt wurde, bilden die Widerstände R^8 bis R59 die beiden Kombiniernetzwerke I31 und 132, die die beiden Steuersignale E3 und E4 erzeugen. Die variablen Widerstände R51 und R59 dienen als abschließende kleine Nachstellung des Differenzsignales bzw. des Summensignales. Diese variablen Elemente sind vorzugsweise gut zugänglich angeordnet, damit eine Nachjustierung des Fühlerfeldes nach dem Einbau möglich ist.

Die beiden Verstärkerschaltungen 133 und 13^ sind in herkömmlicher Weise aufgebaut, so daß ihr Betrieb nicht im einzelnen beschrieben werden muß* Die Ausgänge von diesen beiden Verstärkern sind Fehlausgleichssignale, die einen Wert gleich Null haben, wenn die Schaltungen ausbalanciert sind_e Die Signale in der gesamten Verarbeitungssohaltung 112 (Fig. 14) sind Wechselstromsignale mit der Oszillatorfrequenz, die etwa bei 13 kHz liegt, wenn die weiter unten aufgeführten Bauteile verwendet werden. Die Signale werden danach in Gleiohspannungssignale in der Ausgangseinhe.it 113 (Fig. 15) umgesetzt.

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Fig. 15 bildet ein ins Einzelne gehendes Schaltungsdiagramm der Ausgangsschaltungseinheit 113 in einer Ausführungsform, die sich für die Verwendung mit den in Zusammenhang mit den Figuren 13 und 14 beschriebenen Schaltkreisen eignet. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, weist der Tastspannungsgenerator 139 vier Transistoren Q7, Q8, Q9 und Q10 auf, Die Basis des Transistors Q8 ist mit dem Brückenanschluß 82 (Fig. 13)» und die Basis des Transistors Q7 mit dem Brückenanschluß 85 verbunden, so daß das Oszillatorsignal den Basisanschlüssen von jedem dieser beiden Transistoren mit entgegengesetzter Phase zugeführt wird. Die Emitter der Transistoren Q7 und Q8 sind zusammengeschlossen und durch einen Widerstand R23 zur Erde zurückgeführt. Der Kollektor des Transistors Q7 ist mit einem Lastwiderstand R21, der zu der B+-Quelle zurückgeführt ist, und ferner mit der Basis des Transistors Q12 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q8 ist mit einem Widerstand R22, der zu der B+-Quelle zurückgeführt ist, und ferner mit der Basis des Transistors Q9 verbunden.

Die Emitter der beiden Transistoren Q9 und Q10, der die Ausgangsstufe des Tastspannungsgenerators 139 bildet, sind beide an die B+-Quelle angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Q9 ist mit einem Lastwiderstand R24 verbunden, der zur Erde zurückführt. Der Kollektor des Transistors Q10 ist über einen Lastwiderstand R25 geerdet.

Der Differenzsignal-Synchrondetektor 141 weist in der in Fig. 15 gezeigten Form zwei Transistoren Q17 und Q18 auf. Das Informationseingangssignal für den Synchrondetektor 141 wird von dem Ansohluß 159 (Fig. 14) abgenommen, der mit den Kollektoren der beiden Transistoren QI7 und Q18 verbunden ist. Die Basiselektrode des Transistors QI7 ist mit dem Kollektor des Transistors Q9 in der Ausgangsstufe des Tastspannungsgenerators 139 mit Hilfe eines Widerstandes R37 verbunden. Auf ähnliche Weise verbindet ein Widerstand R39 die Basis des Transistors Q18 mit dem Kollektor des Transistors Q10 in dem Tastspannungsgenerator.

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Der Emitter des Transistors QI7 ist mit einem Filter verbund der, der in Reihenschaltung einen Widerstand R38 und einen Shunt-Eondensator C13 aufweist» der zur Erde zurückführt, wp? bei der Filter mit der Basiselektrode eines Transistors Qi9 in dem Ausgangsverstärker 1^3 verbunden ist. Ein zweiter Ausgang des Detektors 1^-1 wird von dem Emitter des Transistors QI8 durch, einen Filter abgeleitet, der einen Widerstand RkQ und einen Shunt ^-Kondensator C12 aufweist, wobei der Filter mit der Basis eines zweiten Eingangstransistqrs Q22 in dem Verstärker 1^3 verbunden ist.

Der Verstärker 1 ^f 3 ist ein symmetrischer Differentialausgangsverstärker mit zwei Ausgangstransistoren Q2Q und Q21 und den Eingangstransistoren Q19 und Q22, Der Emitter des Transi-s·. stors QI9 ist mit einem Widerstand R^3 verbunden, der seinerseits mit einem Widerstand Rkk verbunden ist, der an die B+-Quelle angesclilossen ist. Der Emitter des Transistors Q22 ist mit einem Widerstand Rk5 und dann mit einer B+-Quelle durch, einen Widerstand eA4 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q1<? ist mit der Basis des Transistors Q20 und ferner mit einem Lastwiderstand RiH verbunden, der zu der Systemerde zurückgeführt ist. Der Kollektor des Transistors Q22 ist mit der Basis des Transistors Q21 und ferner mit einem Wider-? stand R^7 verbunden, der zur Systemerde zurückgeführt ist.

Die Emitter der Transistoren Q20 und Q21 sind jeweils direkt mit der Systeraerde verbunden» Der Kollektor des Transistors Q20 ist mit einem Widerstand RhZ verbunden, der durch die Widerstände R43 und Rkk zu der B+-Quelle zurückführt. Der Kollektor des Transistors Q21 ist mit einem Widerstand RhS verbunden, der seinerseits durch eine Reihenschaltung der Wideastände R^5 und Rkk mit der B*-Quelle verbunden ist.

Die Ausgänge werden von dem Verstärker 1^3 abgenommen, wobei einer von dem Kollektor des Transistors Q2Q und der andere von dem Kollektor des Transistors Q21 abgeleitet wird. Die Ausgänge könnten direkt verwertet werden, sind jedoch in dem

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bevorzugten Ausführungsbeispiel an Hilfs-Schutzkreise angeschlossen. Daher ist der Ausgangsanschluß 161 des Verstärkers 143» der mit dem Kollektor des Transistors Q21 verbunden ist, durch, zwei Reihenwiderstände R85 und R.86 an einen ersten Differenz-Ausgangsanschluß 145A angeschlossen. Der Ausgangsanschluß" 162 des Verstärkers 143, der mit dem Kollektor des Transistors Q20 verbunden ist, führt durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes R84 und eines Widerstandes R87 au einem zweiten Differenz-Ausgangsanschluß 145B. Bine DiodenbrUcke CR3 ist über den beiden Ausgangsschaltungen angeschlossen und führt von dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände R85 und R86 zu dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände R84 und R87·

Der Aufbau des Summensignal-Synchrondetelctors 142 kann im wesentlichen identisch wie der des Detektors 141 ausgeführt sein und ist daher nicht im einzelnen in Fig. 15 gezeigt. Der Detektor 142 nimmt zwei Eingangssignale von dem Tastspannungsgenerator 139 auf, die von den Kollektoren der Ausgangstransistoren Q.9 und Q10 in dem Tastspannungsgenerator abgenommen werden. Die Signaleingangsinformation für den Detektor 142 wird von dem Ausgangsanschluß 158 des Verstärkers I38 (Fig. 14) abgeleitet. Die Ausgänge des Detektors 142 werden dem Verstärker 144 zugeüart, der in seinem Aufbau voll dem Verstärker 143 entsprechen kann und daher nicht im einzelnen gezeigt ist. Der Verstärker 144 hat zwei Ausgangsanschlüsse 156 und 157. Der Anschluß IJ36 ist mit einem Summenausgangsanschluß 146b durch eine Reihenschaltung von zwei Widerständen R90 und R89 verbunden. Der Verstärkeranschluß 157 ist auf ähnliche Weise mit einem zweiten Summen-Ausgangsanschluß 146A durch die Reihenschaltung eines Widerstandes R9I und eines Widerstandes R88 verbunden. Eine Diodenbrücke CR4 ist über dem Summensignalausgang, der durch die Anschlüsse 146A und 146b gebildet wird, angeschlossen und führt von dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände R88 und R9I zu dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände R89 und R90.

Eine Spannungsreglerdiode VR1 ist mit den'beiden Diodenbrücken

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CR3 und CR4 verbunden und mit einem Erdanschluß versehen.

Im Betrieb der Ausgangsschaltungseinlxeiten 113 (Fig. 15) erzeugt der Tastspannungsgenerator 139 zwei Rechteckwellenausgänge über den Widerständen B2k und R25, die den Synchrondemodulatoren 141 und IkZ zugeführt werden. Diese Demodulationssignale haben eine Frequenz gleichder Oszillatorfrequenz und werden durch den Oszillator 7² über Eingangssignale gesteuert, die von den Brückenanschlüssen 82 und 85 abgeleitet werden«

Der Synchrondemodulator 141, der die Transistoren QT7 und Q18 und die nachfolgenden Filter aufweist, hat etwas ungewöhnliche Betriebscharakteristiken. Dieser Schaltkreis wird von einem einzigen Informationseingangssignal betrieben, das von dem Verstärker 137 (Fig. 14) geliefert wird und erzeugt zwei abgeglichene, Differential-Ausgangsgleichspannungen über den Filterkondensatoren C12 und C13. Die Filter sind so angeordnet, daß sie durch die folgende Schaltung, den Verstärker 153» leicht belastet sind. Obwohl Jeder Abschnitt des Demoudlators 141 nur aus einem einzigen Transistor besteht und eine Halbwelle nschaltung ist, ist dennoch, weil der Transistor während des unaktiven Halbzyklus nicht leitend wird und daher sei nen Ausgangsfilterkondensator nicht entlädt, die Ausgangsspannung an jedem Filterkondensator im wesentlichen bezüglich der Amplitude so groß wie bei einer VoUwelienschaltung.

Der symmetrische Differential-Ausgangsverstärker 1^3 gibt ein Ausgangssignal an den Anschlüssen 161 und 162 ab, das eine Differentialspannung mit einem Gleichtakt-Spannungsniveau von etwa 2,2 V bei einer typischen Einrichtung hat. Eine der beiden Ausgangsspannungen steigt an, und die andere fällt ab, um einen Differentialausgang zu erzeugen. Der volle Ausgang tritt dann auf, wenn eine dieser Spannungen nahezu auf Null abfällt und die andere auf etwa das Doppelte der Gleichtaktspannung ansteigt. Die Summe der beiden Spannungen wird in dem Addiernetzwerk gebildet, das aus den Widerständen R82 und

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R83 besteht, die mit den Ausgangsanschlüssen 161 und 162 verbunden sind, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Die Summenspannung ist natürlich, gleich der Gleichtaktspannung. Diese Summenspannung wird durch den Widerstand R97 (Fig. 14) an die Basis des Transistors Q30 in der vorhergehenden Verstärkerstufe 137 zurückgeführt und wirkt als Stabilisierung für den Arbeits· •punkt des Ausgangsverstärkers. Die gleiche Betriebsweise gilt für den Synchrondetektor 142 und den Verstärker 144, da diese Schaltungen so wie der Detektor 141 bzw. der Verstärker 143 ausgeführt sind.

Die Hilfsschaltungen, die zwischen den Verstärkern 1&3 und und den Fühlerausgangsanschlüssen 145A bis 146B eingesetzt sind, werden dazu verwendet, die inneren Schaltkreise des FÜhlejjs von außenseitig erzeugten Spannungsstoßen und Fehlverbindungen zu schützen. Für die Differenz-Ausgänge 14^A und 145B werden die Widerstände R84 bis R87 als strombegrenzende Impedanzen verwendet. Zwei der Dioden in der Brücke CR3 verhindern, daß die Spannungen in dem Ausgangsweg negativ werden, während die anderen beiden Dioden in Verbindung mit der Spannungsreglerdiode VR1 verhindern, daß die Ausgangsspannungen ein vorbestimmtes Niveau,in diesem Fall etwa 5 V_f übersteigen. Die Widerstände R88 bis R<?1 , die Diodenbrücke CR4 und der Spannungsregler NR1 dienen zum selben Zweck für die Ausgänge des Verstärkers 144.

Im folgenden wird wiederum die Gesamtbetriebsweise des Fühlers 70 betrachtet. Die Einrichtung des Fühlers, wenn sie für das Abtasten des Durchganges von Bisenbahnrädern dient, entspricht dem in den Figuren 3 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei die Spulen L1, L2 und L3 in einer Reihe entlang dem Bewegungsweg des Rades angeordnet und mit ihren Achsen senkrecht zu dem Weg orientiert sind, so daß ein sich vorbei bewegendes Rad über die Spulen in einer bestimmten Reihenfolge unter etwa der gleichen Relation zu jeder Spule Tirährend des Durchganges hinweggeht. Die Höhe des Fühlers wird so eingestellt, daß ein Zwischenraum unter der Bahn verbleibt,

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die der Flansch 27 eines Rades 28 nimmt. Eine Toleranz wird für eine variable Tiefe des Flansches vorgesehen, die sich durch die Radabnutzung ergibt. Tatsächlich werden extreme ¥erte der Flanschtiefe einberechnet, die gelegentlich bei Rädern auftreten, die über die normale, noch erlaubte Grenze hinaus abgenutzt, jedoch noch in Benutzung sind. Die seitliche Lage des Fühlers 70 ist so gewählt, daß der Radflansch auch dann über den Fühlerspulen liegt, wenn die Radstellung gegenüber dem Kopf der Schiene bei den extremen inneren und äußeren Grenzwerten liegt.

Die einander überlappenden Felder der Spulen L1, L2 und L3 (Fig. 3 und 4) erstrecken sich in den Raum über dem Fühler, der "on ^333 Radflaasch und selbst von einem Teil der Radlauffläche eingenommen wird, wenn sich das Rad an dem Fühler vorbeibewegt. Die Anwesenheit dieser Metallmasse koppelt Energie von den Spulen ab und wirkt daher in dem Sinne, daß die Verluste in den Spulen erhöht werden. Der primäre Effekt in der Brückenschaltung, bestehend aus den Fühlerspulen L1, L2 und L3, ist eine wirksame Absenkung des Gütefaktors der Spulen und daher eine Verminderung der effektiven, abgestimmten Imp-edanz der Spulen. Die magnetischen Eigenschaften des Rades haben einen Sekundäreffekt, der darin besteht, daß ein reaktives Element in die Fühlerspulenschaltungen eingeführt wird. Dieser Effekt erzeugt jedoch im wesentlichen ein Signal, das um 90 gegenüber dem Oszillatorausgang phasenverschoben ist, und auf das die Fühlerschaltung nur wenig anspricht.

Um das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung zu vervollständigen, werden im folgenden spezielle Schaltungsdaten für die in den Figuren 13 bis 15 gezeigte Einrichtung angegeben. Es ist jedoch zu beachten, daß diese Angaben lediglich zum Zwecke der Darstellung gemacht werden und keine Beschränkung der Erfindung darstellen.

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Widerstände

121, 122 200 Ohm

R1, R2 4,02 ,Kilohm

R3, r4 15 Kilohm

R5, R13 820 Olim

R6, R12 2,2. Kilohm

R7, R11 12,1 Kilohm

R8 3,3 Kilohm

R9 1,21 Kilolim

R10 3,0 Kilolim, 25 °C

R16, RI7 9.Ο9 Kilolim

R21, R22, R78 6,8 Kilohm

R23 12 Kilohm

R24, R25 47 Kilohm

R37, R39, R50, R52, R67, R68 15 Kilohm

R38, r4o 22 Kilohm

R41, r47, R48, r49, Π53,

R55, R56, R63 20 Kilohm Bh6 510 0hm

r45, 2^0 0hm

Rkk 300 0hm

R51, R96, R97 10 Kilohm

R57, R58 1,5 Megohm

R59 100 Kilohm

R60, Ro!, R76 24 Kilohm

R62, r64, R72 62 Kilohm

R65, R66, R74, R93 3,9 Kilohm

R69, R70, R82, R83 220 Kilohm

R7I, R81 33 Kilohm

R73 13 Kilohm

R75 430 Kilohm

R77, R80 150 Kilolim

R79 16 Kilohm

R84, R85, R90, R91 47 0hm

R86, R87, R88, R89 100 0hm

R94, R95 330 0hm

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Kondensatoren und Spulen

L1, L2, L3 C1, C2, C3 C7, C8, C14, C16 09, CI5, C18 C12, CI3 C20_f C21

1,5 Millihenry (nominal) 0,1 Microfarad

1 Microfarad

0,OT Microfarad 0,022 Microfarad 22 Picofarad

Halble i te rbau te ile

Transistoren Q5» Q6, 0.9» 0.10, QI9, Q22 Alle anderen Transistoren liegen in integrierten Schaltungen
CR1 , CR2
CH3, CRh
VR1

2N39O6

RCA CA 3045

IN hkke

MDA 92OA-I 1N5338

Spannungsquelle

D+

+8,3 V

Im folgenden werden allgemeine Daten angegeben. Die oben bescliriebenen Fühler 20 und 70 können über einem weiten Temperaturbereich einschließlich Umgebungstemperaturen bis zu 5^ C unter direkter Sonnenbestrahlung arbeiten. Der Fühler selbst kann erheblicher heißer sein. Für Tieftemperaturen können Heizelemente in dem Fühlergehäuse eingebaut sein. Für viele Anwendungsfälle sind Heizer unnötig, weil die elektronischen Halbleiterbauteile, die vorzugsweise für die Arbeitsschaltkreise des Fühlers verwendet werden, bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen bis herunter zu wenigstens -18 ⁰C ohne Hilfsheizung-en verwendet werden können.

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Bei dem Aufbau der Fühlerwicklungen 21, 22, L1 , L2 und L3 gibt ei keinen Bedarf für magnetische Kerne oder für äußere Polstücke, Schalen oder andere magnetische Führungseinrichtungen. Diese Spulen werden vorzugsweise in einer dünnen, flachen Form aufgebaut, wobei die Felder der Spulen nicht in einem brauchbaren Maße und einem bestimmten Abstand von der Spule durch Hilfskerne oder Schaleneinrichtungen ausgedehnt oder konzentriert werden können» Bei der Anwendung zum Abtasten von Eisenbahnrädern sollten die Spulen vertikal montiert sein« Die Spulen sollten verhältnismäßig große horizontale Abmessungen haben, damit der gesamte Bereich der möglichen Flanschlagen abgedeckt ist. Andererseits ist eine große axiale Abmessung der Fühlerspulen keine Hilfe und kann im Sinne der Reduzierung der Spulenempf.indlichkeit wirken. Einzeln abgestimmte Spulen, wie sie dargestellt sind, haben eine geeignete Empfindlichkeit und andere Vorteile im Betrieb. Andererseits sind Spulen mit einem hohen Gütewert nicht besonders erwünscht, weil sie dazu neigen, übermäßig empfindlich zu sein und Fehlersignale zu erzeugen, wenn ihre Felder durch andere Faktoren als durch den Durchgang eines Metallobjektes, beispielsweise eines Radflansches, gestört werden. Die parallel mit den Spulen geschalteten Widerstände werden zur Einstellung der Gütewerte der Spulen auf ein verhältnismäßig geringes Niveau, beispielsweise 10 oder 15# verwendet.

Bei den symmetrischen Brückenschaltungen der beschriebenen Art ist der Gleichlauf zwischen den Komponenten in den entsprechenden Zweigen der Brücke ausreichend, und eine absolute Stabilität bei Änderungen in den Umweltfaktoren, beispielsweise Temperatur, Alterung, Feuchtigkeit und dergleichen, ist unnötig. Sine Verschiebung in der Reaktanz von einer der Fühlerschaltungen bewirkt primär eine Verschiebung in dem Phasennull der Brücke, was durch die Synchrondetektoren des Fühlers nicht beachtet wird. Die strukturelle Festigkeit der Spulen ist nicht kritisch. Eine geringfügige Verbiegung oder eine andere physikalische Verzerrung kann hingenommen warden, ohne daß eine erhebliche Fehlerquelle geschaffen wird. Die gesamte Sohal-

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tung benötigt keine Transformatoren ein Faktor, der in vorteilhafter Weise wesentlich, dazu beiträgt, ein holies Maß an Symmetrie in den ausgeglichenen Treibersignalen für die Brücke aufrechtzuerhalten.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1./ Fühler zum Abtasten des Durchganges eines Metallobjektes, das sich, entlang eines vorgegebenen Weges bewegt, gekennzeichnet durch wenigstens zwei abgestimmte, elektrische Fühlerspulen (21,22,L1,L2,L3), die jeweils auf eine einzige vorgegebene Betriebsfrequenz abgestimmt und elektrisch in Reihe miteinander in aufeinanderfolgenden Zweigen einer Brückenschaltung geschaltet sind, wobei die Fühlerspulen (21,22,L1,L2,L3) in einer Sequenz entlang dem Weg mit ihren Achsen parallel zueinander und senkrecht zu dem Weg angeordnet sind, eine Erregungseinrichtung (39,72), die in zwei zusätzlichen Zweigen der Brücke vorgesehen ist, um ein Erregungssignal mit der Betriebsfrequenz und mit entgegengesetzter Phasenorientierung an die beiden End-Fühlerspulen (2},22 bzw. L1,L3) der Reihe anzulegen, so daß jede Fühlerspule ein elektromagnetisches, den Weg schneidendes Feld erzeugt, und durch Synchrondetektoren (41,42,141,142), die an zwei Anschlüsse der Brücke und an die Erregungseinrichtung (3^Qi7²) gekoppelt sind, um die von der Brücke abgeleiteten Steuersignale zu demodulieren und dadurch wenigstens zwei Ausgangssignale zu erzeugen, die sowohl die Bewegungsrichtung als auch die Geschwindigkeit des Metallobjektes (28) identifizieren,

2, Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerspulen (21,22,L1,L2,L3), die Erregungseinrichtungen (39,72) und die Synchrondetektoren (41,42,141,142) alle in einem kompakten, nicht magnetischen Gehäuse (23) angeordnet sind.

3. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die FUhlerspulen (21,22,L1,L2,L3) eine flache Form haben und jeweils in einer Ebene parallel zu dem Weg und senkrecht zu der Spulenachse solche Abmessungen haben, die nälierungs-

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weise der maximalen seitlichen Versetzung des sich bewegenden Metallobjektes von dem Mittelpunkt des Weges entsprechen,

4. Fühler nach. Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) aus einem nachgiebigen, spritzgegossenen, elastomeren Material besteht, das eine beachtliohe Verbiegung des Gehäuses ohne permanente Deformation zuläßtο

5· Fühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die restlichen Hauptbauteile des Fühlers (20,70) außer den Spulen (21,22,LI,L2,L3) auf einem oder mehreren, verhältnismäßig flexiblen, nachgiebigen Schaltungsbrettern angeordnet sind, die in dem Gehäuse (23) montiert sind.

6. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungseinrichtung einen Oszillator (39,7²) aufweist, der mit zwei Ausgangsanschlüssen an zwei entsprechende Eckanschlüsse (31,32,82,95) der Brücke an gegenüberliegenden Enden der Reihe der Brückenzweige, die die Spulen (21, 22,L1,L2,L3) aufweisen, angeschlossen ist, die die Eingangsanschlüsse für die Brücke bilden, und daß der Fühler (2O,7O) ferner einen Steuerkreis (49,127) mit automatischer Verstärkungsregelung aufweist, um die Amplitude der Anregung der Brücke in einem vorgegebenen, begrenzten Bereich zu halten.

7. Fühler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei Fühlerspulen (21,22) und eine Konstantstrom-Bezugsschaltung (45), die mit einem Ausgangsanschluß der Brücke bei dem Verbindungspunkt der beiden Fühlerspulen (21,22) verbunden ist, wobei die Konstantstromquelle (45) eine Hilfsbrücke mit zwei abgestimmten Widerständen aufweist, die in Reihe über den Fühlerspulen (21,22) angeschaltet sind»

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8, Fühler nacht Anspruch. 7, dadurch, gelcennzeich.net» daß die Bezugsserhaltung (**5) mit dem Steuerkreis (49) mit automatischer Verstärkungsregelung verbunden ist, um den abgeglichenen Betrieb des Oszillators (39) aufrechtzuerhalten.

9» Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fühlerspule (21,22,Ll,L2,L3) eine Spule mit niedriger Impedanz ist, zu der ein Dämpfungswiderstand parallel geschaltet ist, um eine drift-stabilisierte Fühlerimpedanz zu erzielen.

fc 10. Fühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens drei Fühlerspulen (L1,L2,L3) und eine Signalverarbeitungseinrichtung (112), die mit den Brückenanschlüssen zwischen den Fühlerspulen (l1,L2,L3) verbunden ist und zwischen der Brücke und den Synchrondetektoren (i4i,i42) liegt, um die Signale, die an den verschiedenen Anschlüssen der Brücke erzeugt werden, additiv zu kombinieren, um wenigstens zwei Steuersignale mit Amplitudenschwankungen zu erzeugen, die eine Anzeige für die Sequenz der Störung der Felder der Fühlerspulen (L1,L2,L3) durch ein Metallobjekt (23), das sich über den "Weg hinwegbewegt, sind.

11. Fühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die * Signalverarbeitungseinrichtung (112) ein erstes Netzwerk

(131) zum additiven Kombinieren des Erregungssignales von einer Phase mit einem vorbestimmten Amplitudenverhältnis mit dem Abgriffsignal, das an einem Brückenanschluß zwischen den Fühlerspulen erzeugt wird, und ein zweites Netzwerk (132) zum additiven Kombinieren des Brregungssignales der entgegengesetzten Phase mit einem vorbestimmten Verhältnis mit dem Abgriffssignal -aufweist, das an dem anderen Brückenanschluß zwischen den Fühlerspulen erzeugt wird*

12. Fühler nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch drei abgestimmte Fühlerspulen (l1,L2,L3), die in einer Reihe ange-

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schlossen sind, und in dieser Sequenz einen ersten Erregungsanscliluß (82), einen ersten Abgriffsanschluß (83) zwischen den ersten beiden Spulen (L1_fL2), einen zweiten Abgriffsanschluß (84) zwischen den letzten beiden "Spulen (L2,L3) und einen zweiten Erregungsanschluß (85) haben, wobei das erste Netzwerk (131) auui Kombinieren von Signalen mit dem ersten Erregungsanschluß (82) und dem zweiten Abgriffsanschluß (84) und das zweite Netzwerk (132) zum Kombinieren von Signalen mit dem zweiten Erregungsanschluß (85) und dem ersten Brregungsanschluß (82) verbunden ist.

13. Fühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombinationsverhältnis der Erregungssignalamplitude mit dei Angriffs3ignalampIitude in jedem Kombiniernetzwerk (131,132) 1:3 beträgt.

1km Fühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (112) ferner eine Summierschaltung (136) zum Addieren des Ausgangssignales (E3) des ersten Netzwerkes (131) zu dem Ausgangssignal (e4) des zweiten Netzwerkes (132), um ein erstes Steuersignal der Form E3 + E4 zu erzeugen, das zwei Impuls aufweist, die die Anwesenheit eines Metallobjektes über den beiden End-Fühlerspulen (l»1 bzw, L3) anzeigen, wobei eine Null die Anwesenheit eines Metallobjektes anzeigt, das über der mittleren Fühlerspule (L2) mittig angeordnet ist, wobei die beiden Impulse in umgekehrter Reihenfolge für die umgekehrte Bewegung eines Metallobjektes an dem Fühler vorbei auftreten.

15. Fühler nach Anspruch lh, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (112) ferner eine Differenzschaltung (135) zum Subtrahieren des Ausgangssignales des einen Netzwerkes von dem Ausgangssignal des anderen Netzwerkes aufweist, um ein zweites Steuersignal der Form B4 - E3 zu erzeugen, das einen Impuls aufweist, der positiv die Anwesenheit eines Metallobjektes über der

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mittleren Fühlerspule(L2)anzeigt und eine Form hat, die unabhängig von der Bewegungsrichtung des Metallobjektes (28) über den Weg ist.

16. Fühler nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuersignal beide Impulse in dem ersten Steuersignal bei einem Durchgang eines Metallobjektes über den Weg in beiden Richtungen überlappte

17· Fühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede End, -Fühlerspule (L1,L3) eine Kompensationswicklung aufweist, die um die mittlere Spule (L2) gewickelt ist, daß jede Kompensationswicklung eine viel kleinere Zahl von Windungen als der Hauptteil der Spule aufweist, wobei die Kompensationswindungen die wechselseitige Feldkopplung zwischen nebeneinanderliegenden Spulen wirksam kompensiert.

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