DE10004718C5

DE10004718C5 - Induktiver Näherungssensor

Info

Publication number: DE10004718C5
Application number: DE2000104718
Authority: DE
Inventors: Norbert Schröder; Ralf Bauermeister
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: DE10004718A1; DE10004718B4

Abstract

Induktiver Näherungsschalter mit einem Oszillator (12), dessen Frequenz durch Annäherung eines Gegenstands (14) veränderbar ist, und mit einer Auswerteeinheit (15) zur Detektion der Frequenzänderung, welche einen Mikrocontroller (26) umfaßt, wobei die Auswerteeinheit eine Frequenzteilungseinrichtung (16) umfaßt, durch welche eine Vielzahl (n) von Schwingungsperioden (T) in einem Zeitintervall zur Bestimmung der Frequenzänderung erfaßbar ist, wobei die Frequenzteilungseinrichtung (16) eine vorgegebene Anzahl (n) von Schwingungsperioden (T) erfaßt und durch die Auswerteeinheit die Zeitdauer (T*) für diese bestimmte Anzahl von Schwingungsperioden bestimmbar ist, wobei die Frequenzteilungseinrichtung (16) einen Zähler umfaßt, welcher bis zu der vorgegebenen Anzahl (n) von Schwingungsperioden (T) hochzählt, wobei ein Vergleichsoszillator (22) vorgesehen ist, welcher ein Signal konstanter Frequenz bereitstellt, welches mit einem Ausgangssignal (56) des Zählers (16) verknüpft wird, wobei die Auswerteeinheit einen Signalzug (62) durch Verknüpfung des Vergleichsoszillators mit dem Ausgangssignal (56) des Zählers (16) erzeugt, dessen zeitliche Länge durch die vorgegebene Anzahl (n) von Schwingungsperioden bestimmt ist...

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit einem Oszillator, dessen Frequenz durch Annäherung eines Gegenstands veränderbar ist, und mit einer Auswerteeinheit zur Detektion der Frequenzänderung.
Ein solcher induktiver Näherungsschalter ist aus der EP 0 537 747 A2 bekannt. Wird ein metallischer Gegenstand in die Nähe des Oszillators gebracht, dann ändert sich durch Ankopplung einer Gegeninduktivität dessen Induktivität, die wiederum die Frequenz bzw. die Periodendauer der Schwingung des Oszillators ändert.
Die DE 35 46 245 A1 offenbart einen berührungslosen Näherungsschalter mit einem eine sprungförmige Anregung aufweisenden Schwingkreis und einer Auswerteschaltung, welche von einer Sprungantwort des Schwingkreises auf eine sprungförmige Anregung eine für den zeitlichen Verlauf der abklingenden Schwingung kennzeichnende Größe erfaßt. Eine Referenzspannungsquelle erzeugt einen Referenzspannungspegel und ein Komparator vergleicht die Amplitude der Sprungantwort mit dem zugeordneten Referenzspannungspegel. Ein Zähler zählt zumindest innerhalb eines Teils der Ausklingzeit der Sprungantwort die Anzahl derjenigen Halbwellen der Sprungantwort, deren Spitzenwert vom zugeordneten Referenzspannungspegel in einer der beiden Richtungen abweicht.
Aus der DE 196 14 528 A1 ist ein induktiver Näherungsschalter mit einem eine Schwingkreisinduktivität und eine Schwingkreiskapazität aufweisenden, durch einen Ansprechkörper beeinflußbaren Schwingkreis bekannt. Der Schwingkreis wird durch von einem Impulsgenerator abgegebene Impulse periodisch zu Schwingungen angeregt.
Aus der DE 44 27 990 A1 ist ein induktiver Näherungssensor zur materialunabhängigen Messung des Abstands eines elektrisch leitenden bzw. eines wegen seiner Permeabilität magnetisch leitenden Meßobjekts bekannt. Der Schwingkreis wird in einem Oszillator auf seiner Resonanzfrequenz zu Eigenschwingungen angeregt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Näherungsschalter zu schaffen, welcher universell einsetzbar ist und bei dem insbesondere große Schaltabstände auch für Gegenstände aus einem diamagnetischen Material erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einem induktiven Näherungsschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Die Frequenzänderung bei der Annäherung eines Gegenstands ist in der Regel relativ klein, beispielsweise in der Größenordnung von 1% oder kleiner pro Amplitude der Oszillatorschwingung. Um diese festzustellen, ist daher eine hohe Meßgenauigkeit erforderlich. Diese hohe Meßgenauigkeit ist aber nur sehr schwer zu erreichen, so daß entsprechende Näherungsschalter mit hohem Aufwand hergestellt werden müssen. Erfindungsgemäß ist eine Frequenzteilungseinrichtung vorgesehen, durch welche eine Vielzahl von Schwingungsperioden in einem Zeitintervall zur Bestimmung der Frequenzeinrichtung erfaßt werden. Es wird dadurch nicht die Frequenzänderung einer einzelnen Schwingungsperiode ermittelt, sondern die Frequenzänderung in einer Vielzahl von Schwingungsperioden. Dadurch wird die Meßzeit verlängert bzw. die zu messende Frequenz untersetzt und dadurch die Messung erleichtert, so daß sich die Frequenzänderung genau bestimmen läßt.
Dadurch läßt sich insbesondere der erfindungsgemäße Näherungsschalter so einsetzen, daß der Schaltabstand unabhängig von dem Material des Werkstücks ist, d. h. unabhängig davon, ob es sich um einen ferromagnetischen Stoff oder um einen diamagnetischen Stoff handelt, indem der Arbeitspunkt des Oszillators bei hohen Frequenzen gewählt wird. Andererseits läßt es sich erreichen, daß, wenn der Arbeitspunkt bei niedrigen Frequenzen gewählt wird, der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter über die Messung der Frequenzänderung zwischen einem Gegenstand aus einem ferromagnetischen Stoff oder einem Gegenstand aus einem diamagnetischen Stoff unterscheiden kann, d. h. sensitiv bezüglich des Werkstoffes ist.
Grundsätzlich ist es möglich, ein bestimmtes Zeitintervall vorzugeben und dann die Anzahl der Schwingungsperioden des Oszillators in diesem Zeitintervall zu ermitteln, beispielsweise indem diese Schwingungsperioden gezählt werden. Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Frequenzteilungseinrichtung eine vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden erfaßt und durch die Auswerteeinheit die Zeitdauer für die bestimmte Anzahl von Schwingungsperioden bestimmbar ist. Die Anzahl von Schwingungsperioden läßt sich auf einfache Weise vorgeben, beispielsweise durch einen Zähler, und die Zeitdauer läßt sich auf einfache Weise erfassen.
Konstruktiv besonders günstig ist es, wenn die Frequenzteilungseinrichtung einen Zähler umfaßt, welcher bis zu der vorgegebenen Anzahl von Schwingungsperioden hochzählt. Wenn diese vorgegebene Anzahl erreicht ist, dann läßt sich durch ein Zählersignal auf einfache Weise ablesen, daß die vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden erreicht ist, so daß dadurch ein Signal für das Ende des Meßintervalls gegeben ist. Ein Triggersignal, mit dem die Zählung der Schwingungsperioden gestartet wird, stellt dann das Startsignal für die Zeitmessung dar.
Günstig ist es, wenn ein Ausgangssignal an dem Zähler abgreifbar ist, welches anzeigt, ob der Zähler beim Zählen ist oder die vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden erreicht ist. Dadurch läßt sich ein Signalzug erzeugen, dessen Länge dem Zählvorgang entspricht, d. h. der bei Starten des Zählens gestartet wird und bei Beendigung des Zählens, wenn die vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden gezählt wurde, beendet wird. Ein solcher Signalzug läßt sich auf einfache Weise weiterverarbeiten, um seine zeitliche Länge zu bestimmen.
Bei einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden einstellbar ist. Um eine hohe Genauigkeit bei der Messung der Frequenzänderung zu erreichen, ist es grundsätzlich vorteilhaft, über eine lange Zeitdauer, d. h. über viele Schwingungsperioden zu messen. Andererseits können Veränderungen während der Messung nicht erfaßt werden, bzw. solche Änderungen erzeugen Ungenauigkeiten. Es ist daher ein Kompromiß zu finden zwischen hoher Genauigkeit und "Meßtotzeit". Durch eine Einstellbarkeit der vorgegebenen Anzahl von Schwingungsperioden läßt sich je nach Anwendung die "Meßtotzeit" variieren.
Günstigerweise ist der Zähler ein Binär-Zähler. Es läßt sich dann auf einfache Weise ein Hochzählen von Schwingungsperioden erreichen, in dem beispielsweise bei einer Signaländerung von negativ zu positiv und/oder positiv zu negativ ein Zählereignis in Gang gesetzt wird. An einem Binär-Zähler läßt sich auch auf einfache Weise ein Zählereignis abgreifen und insbesondere läßt sich eine Einstellbarkeit erreichen, indem das an einem jeweiligen Ausgang, welcher einem bestimmten Zählergebnis zugeordnet ist, anstehende Signal weiterverarbeitet wird.
Günstigerweise umfaßt die Frequenzteilungseinrichtung ein oder mehrere Flip-Flops. Durch Flip-Flops läßt sich auf einfache Weise eine Frequenzteilung erreichen, wobei Flip-Flops gut temperaturstabil sind.
Günstig ist es, wenn der Zähler von Beginn der Zählung bis Erreichen der vorgegebenen Anzahl von Schwingungsperioden ein Signal bereitstellt. Dieses Signal kann insbesondere ein "High"-Signal sein. Dadurch weiß die Auswerteeinheit, daß der Zähler noch beim Zählen ist, d. h. daß eine Messung läuft. Es läßt sich dadurch auch auf einfache Weise ein Signalzug zur Weiterverarbeitung erzeugen.
Es ist Vergleichsoszillator vorgesehen, welcher ein Signal konstanter Frequenz bereitstellt, welches mit einem Ausgangssignal des Zählers verknüpfbar ist. Mit einem Signal des Vergleichsoszillators läßt sich der Signalzug des Zählers abtasten, um so auf einfache Weise die Länge dieses Signalzugs bestimmen zu können. Die Frequenz des Vergleichsoszillators sollte dabei mindestens zehnfach höher sein als die Oszillatorfrequenz des auf Annäherung eines Gegenstands reagierenden Oszillators, um eine gute Genauigkeit bei der Zeitbestimmung bzw. Frequenzbestimmung zu erhalten.
Bei einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform kann der Zähler bis mindestens 2¹⁴ Ereignisse zählen und die Frequenz des Vergleichsoszillatorsignals liegt in der Größenordnung von 20 MHz. Bei diesen Größenordnungen ist ein guter Kompromiß zwischen Genauigkeit der Bestimmung der Frequenzänderung und "Meßtotzeit" des induktiven Näherungsschalters zu erreichen.
Das Vergleichsoszillatorsignal wird mit einem Signal des Zählers verknüpft, um einen Signalzug bereitzustellen. Dieser Signalzug enthält dann über seine Länge das Meßintervall, in dem die vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden gezählt wurde und außerdem enthält er über das Vergleichsoszillatorsignal Modulationsimpulse gewissermaßen als Zeitmarker, um diese Länge auf einfache und genaue Weise bestimmen zu können.
Auf kostengünstige Weise läßt sich eine Verknüpfung zwischen dem Vergleichsoszillatorsignal und dem Signal des Zählers durch ein NAND-Gatter oder AND-Gatter erreichen. Die Verwendung eines AND-Gatters oder NAND-Gatters hängt insbesondere davon ab, ob als Zählerausgangssignal während des Zählens ein "Low"-Signal oder "High"-Signal verwendet wird.
Die Auswerteeinheit erzeugt einen Signalzug, dessen zeitliche Länge durch die vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden bestimmt ist und welcher mit der Frequenz des Signals des Vergleichsoszillators moduliert ist. Dadurch enthält der Signalzug Modulationsimpulse, welche Zeitmarker darstellen; durch Zählung dieser Modulationsimpulse läßt sich die Länge des Signalzugs und damit die Periodendauer der vorgegebenen Anzahl von Schwingungsperioden ermitteln, woraus sich wiederum die Frequenzänderung durch Annäherung des Gegenstands bestimmen läßt.
Bei einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform ist zur Bestimmung der Länge des Signalzugs eine Anzahl fehlender Modulationsimpulse im Verhältnis zu einer vorgegebenen Anzahl von Modulationsimpulsen ermittelbar. Dadurch ist es möglich, daß nicht die Anzahl aller Modulationsimpulse im Signalzug gezählt werden muß, sondern daß die Zählung nur bezüglich einer vorgegebenen Anzahl, welche insbesondere erheblich kleiner ist als die Anzahl der Modulationsimpulse im Signalzug, beschränkt werden kann. Dadurch, daß die Anzahl fehlender Modulationsimpulse bezüglich der vorgegebenen Anzahl ermittelt wird, läßt sich trotzdem die gleiche Genauigkeit erreichen, als wenn alle Modulationsimpulse durchgehend gezählt würden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die vorgegebene Anzahl von Modulationsimpulsen, relativ zu welchen die Anzahl fehlender Impulse bestimmt wird, kleiner ist als die Anzahl von Modulationsimpulsen in einem Signalzug. Es läßt sich dadurch auch erreichen, daß beispielsweise ein Mikrocontroller, welcher von der Auswerteeinheit umfaßt wird, entsprechende Signale nicht mit der vergleichsweise hohen Frequenz des Vergleichsoszillators verarbeiten muß, sondern Signale verarbeiten kann, deren Frequenz durch die vorgegebene Anzahl von Modulationsimpulsen bestimmt ist, wobei die vorgegebene Anzahl eben eine Zusammenfassung mehrerer Modulationsimpulse darstellt und somit kleiner ist als die Frequenz des Vergleichsoszillators.
Auf einfache Weise läßt sich die Zusammenfassung einer vorgegebenen Anzahl von Modulationsimpulsen dadurch erreichen, daß die Auswerteeinheit einen Zähler umfaßt, welcher Modulationsimpulse im Signalzug zählt und bei Erreichen eines bestimmten Zählerstands ein korrespondierendes Signal liefert und den Zähler zurücksetzt. Dadurch werden über diesen bestimmten Zählerstand eine Vielzahl von Modulationsimpulsen zusammengefaßt (nämlich so viele Impulse, wie es diesem bestimmten Zählerstand entspricht) und nur dieses zusammengefaßte Signal wird zur Auswertung weitergegeben. Dadurch ist auch eine Frequenzerniedrigung für die Auswertung erreicht, ohne daß die Auswertungsgenauigkeit verschlechtert wird.
Die vom Zähler gezählte Zahl von Modulationsimpulsen ist bei Ende des Signalzugs auslesbar. Mit dieser Zahl läßt sich die Länge des Signalzugs ermitteln. Es wird dabei der Zähler mit einem periodischen Referenzsignal beaufschlagt, um den Zählerstand bei Ende des Signalzugs auf den vorgegebenen Zählerstand zu fahren. Durch dieses Referenzsignal wird also der Zähler hochgezählt. Ermittelt man dann die zugehörigen Takte des Referenzsignals, dann läßt sich bestimmen, wie weit noch hochgezählt wurde, um den vorbestimmten Zählerstand zu erreichen. Dieses periodische Referenzsignal läßt sich aber mit einer großen Periodendauer betreiben, da es bei dem Hochzählen nicht auf die Frequenz ankommt. Die Zählung der fehlenden Impulse erfolgt daher nicht auf der Zeitskala der Dauer eines Modulationsimpulses, sondern auf der – grundsätzlich einstellbaren oder anpaßbaren – Zeitskala des Referenzsignals. Dadurch läßt sich bei verringertem Aufwand bezüglich der Zeitauflösung eine hohe Genauigkeit erreichen.
Die Auswerteeinheit umfaßt einen Mikrocontroller. Der Mikrocontroller ist mit der Frequenzteilungseinrichtung verbunden, um Anfang und Ende des Signalzugs ermitteln zu können. Dadurch weiß der Mikrocontroller, wann ein Signalzug beginnt und er mit der Zeitmessung starten muß und andererseits weiß er, wenn ein Signalzug geendet hat, um insbesondere ein Referenzsignal an den Zähler zu geben, um die Anzahl der fehlenden Impulse zu ermitteln. Der Mikrocontroller ermittelt also günstigerweise die Anzahl der Perioden des Referenzsignals, die benötigt werden, um nach Ende des Signalzugs den Zähler auf einen vorgegebenen Zählerstand hochzuzählen.
Das Referenzsignal ist ein Taktsignal des Mikrocontrollers oder ein von einem Taktsignal des Mikrocontrollers abgezweigtes Signal. Da der Mikrocontroller sowieso getaktet ist, muß dann kein zusätzlicher Referenzoszillator vorgesehen werden und es ist auch garantiert, daß der Mikrocontroller die entsprechenden Signale zeitlich verarbeiten kann.
Der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter läßt sich auf einfache und universelle Weise einsetzen, wenn der Mikrocontroller einen Ausgang aufweist, an welchem ein analoges Signal in Abhängigkeit von der Frequenzänderung des Oszillators bereitstellbar ist. Das analoge Signal, bei dem es sich insbesondere um ein Stromsignal oder ein Spannungssignal handelt, enthält die Informationen über die Frequenzänderung und damit über den Abstand des Gegenstands zu dem Oszillator, welcher die entsprechende Frequenzänderung bewirkt hat. Durch Abgriff dieses analogen Signals läßt sich dann auf einfache Weise dieser Abstand ermitteln. Der Mikrocontroller selber erhält die volle Information über den Signalzug und damit über den Zeitablauf. Er kann daher in Kenntnis dieser Information das entsprechende analoge Signal berechnen und bereitstellen.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das analoge Ausgangssignal linearisiert ist. Die Änderung der Frequenz in Abhängigkeit von dem Schaltabstand (Abstand zwischen dem Gegenstand und dem Oszillator), welche beispielsweise in 5 der EP 0 537 747 A2 dargestellt ist, ist für kleine Schaltabstände nahezu linear. Für viele Anwendungen genügt es, wenn ein linearisiertes Ausgangssignal bereitgestellt wird, das die Informationen über den Schaltabstand enthält. Es läßt sich dann auf einfache Weise aus dem analogen Signal ein (ungefährer) Schaltabstand bestimmen; beispielsweise kann dann eine Verdopplung des analogen Signals bedeuten, daß der Schaltabstand um (ungefähr) die Hälfte verringert wurde.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Parameter des Oszillators so gewählt sind und insbesondere die Arbeitspunktfrequenz des Oszillators so gewählt ist, daß die Frequenzänderung bei der Annäherung eines Gegenstands im wesentlichen unabhängig vom Material des Gegenstands ist. Ein Ersatzschaltbild für einen Oszillator mit einem gegengekoppelten Gegenstand beim ferromagnetischen Material (Eisen) oder einem diamagnetischen Material (Aluminium) ist in der EP 0 537 747 A2 dargestellt, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Insbesondere anhand der dortigen Formel (10) läßt sich ermitteln, wie die Parameter zu wählen sind, um das vorgegebene Ziel zu erreichen.
Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Arbeitspunktfrequenz des Oszillators größer als etwa 0,5 MHz und vorzugsweise größer als 1 MHz ist.
Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Parameter des Oszillators so gewählt sind und insbesondere die Arbeitsfrequenz des Oszillators so liegt, daß bei Annäherung eines Gegenstands aus einem ferromagnetischen Material eine Frequenzverringerung des Oszillators erfolgt. Bei der Annäherung eines diamagnetischen Materials erfolgt stets eine Frequenzerhöhung, während bei der Annäherung eines ferromagnetischen Werkstücks in Abhängigkeit von der Arbeitspunktfrequenz eine Frequenzverringerung oder Frequenzerhöhung auftreten kann. Ist die Arbeitspunktfrequenz so eingestellt, daß eine Frequenzverringerung bei der Annäherung eines ferromagnetischen Materials auftritt, dann läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter unterscheiden, ob ein Gegenstand aus einem diamagnetischen Material oder einem ferromagnetischen Material angenähert wird, da eine Frequenzerhöhung oder eine Frequenzerniedrigung auftritt.
Insbesondere ist dabei die Arbeitsfrequenz des Oszillators kleiner als 50 kHz und beispielsweise bei etwa 10 kHz gewählt, um eine Sensitivität gegenüber dem Material des angenäherten Gegenstands zu erreichen.
Bei einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der Näherungsschalter eine Metallkappe aufweist. Dadurch ist der Schalter mechanisch robuster und insbesondere weniger anfällig gegenüber Beschädigungen und dergleichen. Eine solche Metallkappe beeinflußt grundsätzlich das Schwingungsverhalten des Oszillators. Wird jedoch insbesondere bei niedrigen Frequenzen gearbeitet, dann kann, da dort je nach Material eine Frequenzerhöhung oder Frequenzerniedrigung auftritt, der entsprechende Effekt kompensiert werden.
Günstigerweise ist eine Temperaturkompensationsvorrichtung an einen Mikrocontroller der Auswerteeinheit angeschlossen, wobei sich Temperaturänderungen der Arbeitspunktfrequenz des Oszillators kompensieren lassen. Es wird dadurch eine hohe Variabilität beim Einsatz des erfindungsgemäßen Näherungsschalters erreicht, der sich damit insbesondere auch bei schwierigen Bedingungen einsetzen läßt, unter denen beispielsweise große Temperaturänderungen auftreten können.
Um den erfindungsgemäßen Näherungsschalter auch bei der Anwesenheit von starken Magnetfeldern, wie sie beispielsweise beim Elektroschweissen auftreten, einsetzen zu können, ist vorteilhafterweise ein Filter zur Ausfilterung von in einer Schwingkreisspule des Oszillators induzierten niederfrequenten Spannung vorgesehen. Dies beeinflußt dadurch nicht die Detektion der Frequenzänderung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung der Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockschaltbild für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters;
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei der acht Schwingungsperioden einer Oszillatorschwingung gezählt werden;
3 ein Signalverlaufsplan für die Schaltung gemäß 2 und
4 eine schematische Darstellung einer effektiven Schwingkreisinduktivität eines Oszillators, welcher unbedämpft ist und im Vergleich dazu die Bedämpfung durch einen Gegenstand aus Eisen und durch einen Gegenstand aus Aluminium in Abhängigkeit von der Frequenz.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters, welcher in 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen mittels eines LC-Schwingkreises gebildeten Oszillator 12. Der Oszillator weist im unbedämpften Zustand eine Schwingkreisfrequenz f auf, die durch die Induktivitäten im Schwingkreis und insbesondere durch die Induktivität einer Schwingkreisspule, den Kapazitäten im Schwingkreis und den ohmschen Widerständen im Schwingkreis bestimmt ist.
Durch Annäherung eines Gegenstands 14 an den Oszillator 12 wird dieser bedämpft und dadurch auch die Frequenz des Schwingkreises verändert.
In einem einfachen Modell wird dem Gegenstand elektrisch in einem Ersatzschaltbild eine Induktivität und ein Gleichstromwiderstand zugeordnet. Für das Gesamtsystem aus Oszillator 12 und Gegenstand 14 läßt sich dann unter Einbeziehung einer Gegeninduktivität die komplexe Impedanz dieses Gesamtsystems 12, 14 bestimmen. Dies ist in der EP 0 537 747 A2 erläutert, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Der Impedanz des Gesamtsystems 12, 14 läßt sich dann eine effektive Induktivität und ein effektiver Widerstand zuordnen. Ein solcher effektiver Widerstand und eine solche effektive Induktivität ist, wie in den 4(a) und 4(b) der EP 0 537 747 A2 gezeigt ist, abhängig von dem Abstand des Gegenstands 14 zu dem Oszillator 12 und auch abhängig vom Material des Gegenstands 14. Dadurch ergibt sich bei Annäherung des Gegenstands 14 eine Frequenzänderung des Oszillators 12, die, wie untenstehend noch erläutert wird, positiv oder negativ sein kann.
Der Näherungsschalter 10 umfaßt eine als Ganzes mit 15 bezeichnete Auswerteeinheit zur Ermittlung der Frequenzänderung.
Der Oszillator 12 ist mit einer Frequenzteilungseinrichtung 16 verbunden, welcher zur Frequenzuntersetzung bezüglich der Frequenz des Oszillators 12 dient, um die Frequenzänderung bei Annäherung des Gegenstands 14 besser meßbar zu machen.
Die Frequenzteilungseinrichtung 16 umfaßt vorzugsweise ein oder mehrere Flip-Flops; diese haben insbesondere den Vorteil, in weitem Umfange temperaturstabil zu sein.
Bevorzugterweise ist die Frequenzteilungseinrichtung 16 als Zähler ausgebildet, mittels dem eine vorgegebene Anzahl von Schwingungsperioden des Oszillators 12 erfaßbar ist. Die Frequenzteilungseinrichtung 16 ist insbesondere ein Binär-Zähler; beispielsweise ist der Binär-Zähler so ausgebildet, daß sich mit ihm 2¹⁴ Ereignisse zählen lassen.
Ein solcher Zähler 16 weist mehrere Ausgänge auf; ein Zähler für bis zu 2¹⁴ Ereignissen weist beispielsweise 14 Ausgänge auf. Ein bestimmter Ausgang 18 des Zählers 16 ist mit einem Eingang eines NAND-Gatters 20 verbunden. Als Ausgang 18 wird derjenige Ausgang gewählt, der der gewünschten Anzahl von Zählereignissen zugeordnet ist. Beispielsweise wird beim Binär-Zähler für bis zu 2¹⁴ Ereignissen der Ausgang gewählt, der ein Signal liefert, wenn 2¹⁴ Ereignisse gezählt wurden. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, daß die Wahl des Ausgangs 18 einstellbar ist.
Ein Ausgangssignal eines Vergleichsoszillators 22, welcher ein Signal konstanter Frequenz abgibt, ist an einem zweiten Eingang des NAND-Gatters 20 gelegt. Die Frequenz dieses Vergleichsoszillators 22, bei welchem es sich beispielsweise um einen Schwingquarz handeln kann, liegt dabei vorzugsweise in der Größenordnung von 20 MHz bis 50 MHz.
Das NAND-Gatter 20 verknüpft das Ausgangssignal des Zählers 16, welches am Ausgang 18 ansteht, mit dem Ausgangssignal des Vergleichsoszillators 22. Das entsprechend verknüpfte Signal wird einem weiteren NAND-Gatter 24 zugeführt. Ein zweiter Eingang dieses NAND-Gatters 24 ist mit einem Mikrocontroller 26 verbunden, durch welchen an einem Ausgang 28 ein Referenzsignal zur Verknüpfung mit dem Ausgangssignal des NAND-Gatters 20 durch das NAND-Gatter 24 bereitstellbar ist.
Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 24 wird zu einem Zähler 30 geführt, welcher wie untenstehend näher erläutert Modulationsimpulse in diesem Ausgangssignal zählt und an einem Ausgang 32 ein entsprechendes Signal dem Mikrocontroller 26 bereitstellt, welcher dieses Signal an einem Eingang 34 annimmt.
Der Mikrocontroller 26 selber greift über einen Eingang 36 das am Ausgang 18 der Frequenzteilungseinrichtung 16 anstehende Signal ab.
Zur näheren Illustration ist in 2 ein Beispiel einer Schaltung gezeigt. Der Oszillator 12 umfaßt eine Schwingkreisspule 38, einen in Reihe geschalteten Widerstand 40 und jeweils ein parallel dazu geschalteter Kondensator 42 und 44. Beispielsweise ist noch ein Schmitt-Trigger 46 zur Erzeugung eines Rechtecksignals aus der sinusförmigen Schwingung des Oszillators vorgesehen.
3 zeigt mit dem Bezugszeichen 48 schematisch den Schwingungsverlauf des Oszillators 12 mit einer Schwingungsperiode 50 (T) vor Umwandlung in eine Rechteckform. Der Arbeitspunkt des Oszillators ist dabei insbesondere so gewählt, daß er in einem bedämpften Zustand liegt, in dem ein Kalibrierungsgegenstand 14 in einem Schaltabstand angenähert ist.
Das Oszillatorsignal 48, eventuell umgewandelt in eine Rechteckform, wird dem Zähler 52 als Frequenzteilungseinrichtung bereitgestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist, um den Signalverlauf darstellen zu können, der Zähler so ausgebildet, daß er bis zu 16 (2⁴) Zählereignisse zählen kann.
Es wird ein Triggerpunkt 54, wie in 3 gezeigt, gesetzt, ab dem der Zähler hochläuft. Ein Ausgangssignal 56, welches am Ausgang 18 des Zählers 52 abgreifbar ist, wird dabei ab dem Triggerpunkt 54 hochgesetzt und bleibt konstant. Sind die vorgegebenen Zählereignisse erreicht, in dem Beispiel also 16 Zählereignisse (Zählung 0 bis 15), dann wird das Signal zu dem Zeitpunkt 58 wieder heruntergesetzt. Zwischen dem Zeitpunkt 58 und dem Triggerpunkt 54 wurde dann eine vorgegebene Anzahl n von Zählereignissen registriert; in dem gezeigten Beispiel sind also 16 Zählereignisse registriert.
Das Ausgangssignal 56 des Zählers 52 wird auch an den Eingang 36 des Mikrocontrollers 26 übertragen, so daß dieser Anfang und Ende des hochgesetzten Ausgangssignals 56 des Zählers 52 registrieren kann.
In dem NAND-Gatter 20 wird das Ausgangssignal 56 mit dem Vergleichssignal des Vergleichsoszillators 22 verknüpft. Die Frequenz dieses Vergleichsoszillators 22 ist erheblich höher als die Frequenz des Oszillators 12 und insbesondere mindestens zehnfach höher. Dadurch kann eine Schwingungsperiode des Oszillators 12 mittels des Vergleichssignals abgetastet werden.
Durch ein Ausgangssignal 60 (3) des NAND-Gatters 20 ist dann ein Signalzug 62 gebildet, dessen Länge die Zähldauer bestimmt und dem mittels des Vergleichsoszillators Modulationsimpulse 64 mit der Frequenz des Vergleichsoszillators 22 aufmoduliert sind. Diese Modulationsimpulse 64 dienen zur Bestimmung der Länge des Signalzugs 62, d. h. zur Bestimmung des Abstands zwischen dem Zeitpunkt 58 und dem Triggerpunkt 54.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel zählt der Zähler 52 Halbperioden der Schwingung des Oszillators 12, so daß der Zählerstand "16" erreicht ist, wenn acht Schwingungsperioden vergangen sind.
Die Modulationsimpulse 64 dienen gewissermaßen als Zeitmarken im Signalzug 62.
Der Signalzug 62 wird dem NAND-Gatter 24 zugeführt, wo er, wenn der Zeitpunkt 58 noch nicht vergangen ist, invertiert wird und dem Zähler 30 zugeführt wird. Der Zähler 30 zählt die Modulationsimpulse 64 in dem Signalzug 62. Ist eine bestimmte Anzahl von Modulationsimpulsen erreicht, dann gibt der Zähler 30 ein entsprechendes Signal 66 (3) an den Mikrocontroller 26.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zählt der Zähler 30 von 0 bis 15, d. h. er zählt, wenn jeweils Halbperioden erfaßt werden, bis zu acht Modulationsimpulse 64. Der Ausgang 32 des Zählers 30, welcher mit dem Mikrocontroller 26 verbunden ist, ist dabei derjenige Ausgang, dem das Zählereignis "16" zugeordnet ist. Jedesmal, wenn acht Modulationsimpulse 64 gezählt sind, dann tritt eine Änderung des Ausgangssignals 66 dieses Zählers 30 auf, über die der Mikrocontroller 26 die entsprechende vergangene Zeit erfassen kann, um den Abstand zwischen dem Triggerpunkt 54 und dem Zeitpunkt 58 zu ermitteln. Dem Mikrocontroller 26 wird dabei bereits eine zeitgemittelte Größe, nämlich über die vorgegebene Anzahl der Zählereignisse, bei der eine Signaländerung eintritt, übermittelt, so daß der Mikrocontroller 26 nicht auf die relativ hohe Frequenz der Modulationsimpulse 64 (entsprechend der Frequenz des Vergleichsoszillators 22) reagieren muß, sondern mit einer niedrigeren Frequenz arbeiten kann. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese genannte Frequenz um das Sechzehnfache entsprechend dem Ausgang 32 des Zählers 30 erniedrigt.
Ist das Ende 58 des Signalzugs 62 erreicht und wurde dem Mikrocontroller 26 zu diesem Zeitpunkt im Rahmen der Dauer eines Modulationsimpulses 64 durch den Zähler 30 kein Änderungssignal übermittelt, dann bedeutet dies, daß der Zähler 30 Zählereignisse registriert hat, welche aber noch nicht ausgelesen wurden. Um diese Zählereignisse auszulesen, wird nach Beendigung des Signalzugs 62, welches der Mikrocontroller 26 über den Eingang 36 registriert hat, über den Ausgang 28 ein Referenzsignal mit dem Signal 60 vom NAND-Gatter 20 in dem NAND-Gatter 24 verknüpft. Da nach dem Zeitpunkt 58 das Signal 60 auf High gesetzt ist, wird dieses Referenzsignal invertiert zum Zähler 30 durchgeleitet. Durch jeweilige Halbperioden wird der Zählerstand erhöht, bis an dem Ausgang 32 eine Signaländerung ansteht, die durch den Mikrocontroller 26 registriert wird. Der Mikrocontroller ermittelt dann die Anzahl der Halbperioden seines über den Ausgang 28 bereitgestellten Referenzsignals, und es läßt sich dann dadurch die Anzahl der Zählereignisse ermitteln, die nötig war, um den Zähler auf die vorgegebene Anzahl von Zählereignissen (in dem gezeigten Beispiel 16 Zählereignisse) hochzuzählen. Dadurch wiederum läßt sich ermitteln, wieviel Modulationsimpulse 64 gefehlt haben, um den vorgegebenen Zählerstand zu erreichen, als der Signalzug 62 an dem Zeitpunkt 58 endete. Daraus wiederum läßt sich dann die Länge des Signalzugs 62 zwischen dem Triggerpunkt 54 und 56 bestimmen, da dem Mikrocontroller 26 über das Signal 66 die entsprechende Anzahl von Modulationsimpulsen bekannt ist und die Anzahl von Modulationsimpulsen, welche kleiner ist als die vorgegebene Anzahl von Zählereignissen, über das Referenzsignal an dem Ausgang 28 ermittelt wurde.
Eine solche Vorgehensweise hat den Vorteil, daß der Mikrocontroller nur über einen Eingang 34 mit dem Zähler 30 verbunden werden muß, d. h. daß nicht mehrere Ausgänge des Zählers 30 parallel mit entsprechenden Eingängen des Mikrocontrollers 26 verbunden werden müssen. Weiterhin läßt sich dadurch die Zeitdauer zwischen dem Triggerpunkt 54 und dem Zeitpunkt 58, d. h. die Länge des Signalzugs 62, bestimmen, ohne daß über die große Anzahl von Modulationsimpulsen 64 im Signalzug 62 gezählt werden muß, da immer nur bis zu einem vorgegebenen Wert (in dem gezeigten Beispiel bis 16) gezählt werden muß und danach die Zählung von neuem beginnt. Dadurch läßt sich insbesondere die Arbeitsfrequenz des Mikrocontrollers 26 niedriger wählen als die Frequenz des Vergleichsoszillators 22.
Vorteilhafterweise wird als Referenzsignal, welches an dem Ausgang 28 ansteht, ein Taktsignal oder ein von einem Taktsignal des Mikroprozessors 26 abgezweigtes Signal verwendet; ein solches Signal steht durch den Mikrocontroller 26 selber sowieso bereits zur Verfügung und eine derartige Taktfrequenz kann auch durch den Mikrocontroller 26 verarbeitet werden.
Dem Mikrocontroller ist dann die Zeitdauer T* des Signalzugs 62 bekannt, wobei diese Zeitdauer der Periodendauer T einer Schwingung des Oszillators 12 multipliziert mit der vorbestimmten Anzahl n von durch den Zähler 52 erfaßten Schwingungsperioden T gegeben ist:
Bei einer bekannten Schwingungsfrequenz f₀ bezüglich einer Arbeitspunktfrequenz des Oszillators 12 läßt sich dann die Frequenzänderung Δf = f – f₀ bestimmen und damit die Frequenzänderung des Oszillators 12 durch Annäherung des Gegenstands 14.
In 4 ist qualitativ eine effektive Induktivität des Systems 12, 14 in Abhängigkeit von der Frequenz gezeigt. Die Kurve 68 entspricht dabei dem umbedämpften Zustand, d. h. wenn kein Gegenstand 14 den Oszillator 12 beeinflußt. Die Kurve 70 entspricht einem Gegenstand aus Eisen und die Kurve 72 einem Gegenstand aus Aluminium.
Wie aus 4 ersichtlich ist, nimmt die effektive Induktivität bei Aluminium zu kleinen Frequenzen hin bezogen auf den unbedämpften Zustand 68 ab, während sie bei Eisen zunimmt. Dies bedeutet, daß sich zu kleinen Frequenzen hin bei der Annäherung von Aluminium die Frequenz des Oszillators 12 erhöht (vgl. die Formel (9) der EP 0 537 747 A2 ), während bei Eisen zu kleinen Arbeitspunkt-Frequenzen hin eine Frequenzverringerung beim Oszillator 12 auftritt.
Bei hohen Arbeitspunktfrequenzen jedoch verhalten sich Gegenstände 14 aus Eisen und Aluminium gleichsinnig, d. h. es tritt unabhängig vom Werkstoff eine Frequenzerhöhung auf. Die Frequenzänderung ist dabei ab einer gewissen Frequenz für Eisen und Aluminium gleich, d. h. der Oszillator 12 weist sowohl für Gegenstände 14 aus Aluminium als auch aus Eisen im wesentlichen den gleichen Schaltabstand auf.
Bei niedrigeren Frequenzen, bei denen sich die Frequenzänderung zwischen Eisen und Aluminium gegensinnig verhält, weisen Gegenstände aus solchen Materialien auch unterschiedliche Schaltabstände auf, wobei sich jedoch über den Näherungsschalter durch das unterschiedliche Verhalten erkennen läßt, ob der Gegenstand 14 aus Eisen oder Aluminium ist. Ein typischer Wert für die Arbeitspunktfrequenz 74, unterhalb welcher sich Gegenstände 14 aus Eisen und Aluminium gegensinnig verhalten, ist 50 kHz. Ein typischer Wert für die Arbeitspunktfrequenz 76, oberhalb der sich bezüglich der Frequenzänderung Gegenstände 14 aus Aluminium und Eisen gleichsinnig verhalten, ist 1 MHz.
Der Mikrocontroller 26 weist ferner einen Ausgang 90 auf, an dem dieser ein analoges Signal bereitstellt, dessen Signalstärke von der Frequenzänderung Δf abhängt. Dieses Signal enthält daher als Information den Abstand (Schaltabstand) zwischen dem Gegenstand 14 und dem Oszillator 12. Es läßt sich dann aus diesem Signal, bei dem es sich insbesondere um ein Stromsignal oder ein Spannungssignal handeln kann, auf einfache Weise der Schaltabstand ablesen.
Der Mikrocontroller 26 erhält die vollen Informationen über den Signalzug 62 und ist dadurch in der Lage, ein entsprechendes analoges Signal in Abhängigkeit von der Frequenzänderung, die mittels des Signalzugs 62 festgestellt wurde, bereitzustellen. Beispielsweise kann das analoge Signal so bereitgestellt werden, daß es bei einem sehr großen Schaltabstand Null ist und bei Annäherung des Gegenstands 14 an den Oszillator 12 sich vergrößert. Das analoge Signal kann aber auch umgekehrt ausgebildet sein, so daß es bei einer Annäherung des Gegenstands 14 an den Oszillator 12 kleiner wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das analoge Ausgangssignal, welches am Ausgang 90 ansteht, linearisiert ist. Dadurch läßt sich auf einfache Weise über einen linearen Zusammenhang aus dem analogen Ausgangssignal die Frequenzänderung bzw. der Schaltabstand bestimmen. Zumindest für kleine Schaltabstände ist der Zusammenhang zwischen Frequenzänderung und Schaltabstand annähernd linear. Durch ein linearisiertes Signal läßt sich eine vereinfachte Auswertung erreichen, die für viele Anwendungen ausreichend ist.
Es kann vorgesehen sein, daß der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter 10 zum Schutz eine Metallkappe trägt, insbesondere wenn als Arbeitsfrequenz eine Frequenz in der Größenordnung von 10 kHz eingestellt ist. Durch eine solche Kappe aus Metall erhöht sich die mechanische Robustheit des Näherungsschalters. Da bei einer solchen niedrigeren Frequenz die Frequenzänderung im Verhältnis zu der Frequenz relativ groß ist und sich bezüglich der Frequenzänderung Aluminium und Eisen gegensinnig verhalten, läßt sich der Näherungsschalter so ausbilden, daß die Metallkappe die Messung nicht stört.
Es kann auch vorgesehen sein, daß in dem Oszillator 12 ein Filter zur Ausfilterung von in der Spule 38 induzierten niederfrequenten Spannungen vorgesehen ist. Solche induzierten Spannungen treten insbesondere durch hohe Magnetfelder auf, wie sie beispielsweise beim Induktionsschweißen benötigt werden. Der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter läßt sich dann auch bei solchen Anwendungen einsetzen.
Es kann grundsätzlich vorgesehen sein, daß der Oszillator 12 eine Temperaturkompensationseinrichtung aufweist, mit der sich Verschiebungen des Arbeitspunkts bei Temperaturänderungen berücksichtigen lassen. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine solche Temperaturkompensationseinrichtung 78 mit dem Mikrocontroller 26 verbunden. Die Temperaturkompensationseinrichtung umfaßt einen wärmeabhängigen Widerstand 80 zur Detektion der Temperatur und einen in Reihe geschalteten Kondensator 82, um ein RC-Glied zu bilden. Durch Parallelschaltung eines Schmitt-Triggers 84 zum Widerstand 80 werden dem Mikrocontroller 26 entsprechende Impulse bereitgestellt. Über eine gespeicherte Tabelle, in welcher Temperaturwerte erfaßt sind, lassen sich dann durch das Meßsignal der Temperaturkompensationseinrichtung 78 temperaturbedingte Verschiebungen des Arbeitspunktes des Oszillators 12 berücksichtigen und insbesondere software-mäßig kompensieren.

Claims

Induktiver Näherungsschalter mit einem Oszillator (12), dessen Frequenz durch Annäherung eines Gegenstands (14) veränderbar ist, und mit einer Auswerteeinheit (15) zur Detektion der Frequenzänderung, welche einen Mikrocontroller (26) umfaßt, wobei die Auswerteeinheit eine Frequenzteilungseinrichtung (16) umfaßt, durch welche eine Vielzahl (n) von Schwingungsperioden (T) in einem Zeitintervall zur Bestimmung der Frequenzänderung erfaßbar ist, wobei die Frequenzteilungseinrichtung (16) eine vorgegebene Anzahl (n) von Schwingungsperioden (T) erfaßt und durch die Auswerteeinheit die Zeitdauer (T*) für diese bestimmte Anzahl von Schwingungsperioden bestimmbar ist, wobei die Frequenzteilungseinrichtung (16) einen Zähler umfaßt, welcher bis zu der vorgegebenen Anzahl (n) von Schwingungsperioden (T) hochzählt, wobei ein Vergleichsoszillator (22) vorgesehen ist, welcher ein Signal konstanter Frequenz bereitstellt, welches mit einem Ausgangssignal (56) des Zählers (16) verknüpft wird, wobei die Auswerteeinheit einen Signalzug (62) durch Verknüpfung des Vergleichsoszillators mit dem Ausgangssignal (56) des Zählers (16) erzeugt, dessen zeitliche Länge durch die vorgegebene Anzahl (n) von Schwingungsperioden bestimmt ist und welcher mit der Frequenz des Signals des Vergleichsoszillators (22) moduliert ist, wobei die Auswerteeinheit einen Zähler (30) umfaßt, welcher Modulationsimpulse (64) im Signalzug (62) zählt und bei Erreichen eines bestimmten Zählerstandes ein korrespondierendes Signal liefert, welches eine Vielzahl von Modulationsimpulsen (64) zusammenfaßt, wobei nur das zusammengefaßte Signal zur Auswertung weitergegeben wird, und den Zählerstand zurücksetzt, wobei der Mikrocontroller (26) mit der Frequenzteilungseinrichtung (16) verbunden ist, um Anfang (54) und Ende (58) des Signalzugs (62) ermitteln zu können, und wobei die vom Zähler (30) gezählte Zahl von Modulationsimpulsen (64) bei Ende (58) des Signalzugs (62) auslesbar ist durch Beaufschlagung des Zählers (30) mit einem periodischen Referenzsignal, um den Zählerstand bei Ende des Signalzugs (62) auf den vorgegebenen Zählerstand zu fahren, wobei der Mikrocontroller (26) die Anzahl der Perioden des Referenzsignals ermittelt, die benötigt werden, um nach Ende des Signalzugs (62) den Zähler (30), welcher Modulationsimpulse (64) zählt, auf einen vorgegebenen Zählerstand hochzuzählen und das Referenzsignal ein Taktsignal des Mikrocontrollers (26) oder ein vom Taktsignal des Mikrocontrollers (26) abgezweigtes Signal ist.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal an dem Zähler der Frequenzteilungseinrichtung (16) abgreifbar ist, welches anzeigt, ob der Zähler beim Zählen ist oder die vorgegebene Anzahl (n) von Schwingungsperioden (T) erreicht ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Anzahl (n) von Schwingungsperioden (T) einstellbar ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprpüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler der Frequenzteilungseinrichtung (16) ein Binär-Zähler ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteilungseinrichtung (16) ein oder mehrere Flip-Flops umfaßt.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler der Frequenzteilungseinrichtung (16) von Beginn (54) der Zählung bis Erreichen der vorgegebenen Anzahl (n) von Schwingungsperioden (T) ein Signal bereitstellt.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Vergleichsoszillators (22) mindestens zehnfach höher ist als die Frequenz des Oszillators (12).
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler der Frequenzteilungseinrichtung (16) bis mindestens 2¹⁴ zählen kann und die Frequenz des Vergleichsoszillatorsignals (22) in der Größenordnung von 20 MHz liegt.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verknüpfung ein AND-Gatter oder NAND-Gatter (20) vorgesehen ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Länge des Signalzugs (62) eine Anzahl fehlender Modulationsimpulse (64) im Verhältnis zu einer vorgegebenen Anzahl von Modulationsimpulsen (64) ermittelbar ist.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Anzahl von Modulationsimpulsen (64), relativ zu welchen die Anzahl fehlender Modulationsimpulse (64) bestimmt wird, kleiner ist als die Anzahl von Modulationsimpulsen (64) in einem Signalzug (62).
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocontroller (26) einen Ausgang (90) aufweist, an welchem ein analoges Signal in Abhängigkeit von der Frequenzänderung des Oszillators (12) bereitstellbar ist.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Ausgangssignal linearisiert ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter des Oszillators (12) so gewählt sind und insbesondere die Arbeitsfrequenz des Oszillators (12) so liegt, daß die Frequenzänderung bei der Annäherung eines Gegenstands (14) im wesentlichen unabhängig vom Material des Gegenstands (14) ist.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunktfrequenz des Oszillators (12) größer als 0,5 MHz ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter des Oszillators (12) so gewählt sind und insbesondere die Arbeitsfrequenz des Oszillators (12) so liegt, daß eine Annäherung eines Gegenstands (14) aus einem ferromagnetischen Material eine Frequenzverringerung des Oszillators (12) bewirkt.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunktfrequenz des Oszillators (12) kleiner als 50 kHz ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Näherungsschalter eine Metallkappe aufweist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturkompensationsvorrichtung (78) an einen Mikrocontroller (26) der Auswerteeinheit angeschlossen ist, mittels der sich Temperaturänderungen der Arbeitspunktfrequenz des Oszillators (12) kompensieren lassen.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter zur Ausfilterung von in einer Schwingkreisspule des Oszillators induzierten niederfrequenten Spannungen vorgesehen ist.