DE102007041522B4 - Capacitive position sensor - Google Patents

Capacitive position sensor Download PDF

Info

Publication number
DE102007041522B4
DE102007041522B4 DE102007041522.4A DE102007041522A DE102007041522B4 DE 102007041522 B4 DE102007041522 B4 DE 102007041522B4 DE 102007041522 A DE102007041522 A DE 102007041522A DE 102007041522 B4 DE102007041522 B4 DE 102007041522B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
line
delay line
position sensor
sensor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102007041522.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007041522A1 (en
Inventor
Jaromir Palata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFM Electronic GmbH
Original Assignee
IFM Electronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFM Electronic GmbH filed Critical IFM Electronic GmbH
Priority to DE102007041522.4A priority Critical patent/DE102007041522B4/en
Publication of DE102007041522A1 publication Critical patent/DE102007041522A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007041522B4 publication Critical patent/DE102007041522B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/2405—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by varying dielectric

Abstract

Kapazitiver Positionssensor (1) mit Signallaufzeitauswertung, mit einer ein Sendesignal (2) erzeugenden Signalquelle (3), einer beeinflußbaren Verzögerungsleitung (4) und einer Auswerteeinheit (5), wobei die Verzögerungsleitung (4) eine Signaleinlaufleitung (6) und eine Signalrücklaufleitung (7) umfaßt und wobei die Signaleinlaufleitung (6) der Verzögerungsleitung (4) von der Signalquelle (3) – direkt oder indirekt – mit dem Sendesignal (2) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensationsdrossel (10) mit einer signaleinlaufseitigen Spule (11) und einer signalrücklaufseitigen Spule (12) vorgesehen ist und daß einerseits die Signalquelle (3), die signaleinlaufseitige Spule (11) der Kompensationsdrossel (10) und die Signaleinlaufleitung (6) der Verzögerungsleitung (4) und andererseits die signalrücklaufseitige Spule (12) der Kompensationsdrossel (10) und die Signalrücklaufleitung (7) der Verzögerungsleitung (4) derart verbunden sind, daß die Kompensationsdrossel (10) im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung (4) kompensiert ist und im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung (4) unkompensiert ist, so daß im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung (4) ein Detektionssignal (13) über der Kompensationsdrossel (10) abnehmbar ist und daß die Auswerteeinheit (5) das Detektionssignal (13) über der signalrücklaufseitigen Spule (12) der Kompensationsdrossel (10) abgreift und die Auswerteeinheit (5) – direkt oder indirekt – auch das Sendesignal (2) von der Signalquelle (3) abgreift.Capacitive position sensor (1) with signal transit time evaluation, with a signal source (3) generating a transmission signal (2), a delay line (4) that can be influenced and an evaluation unit (5), the delay line (4) having a signal inlet line (6) and a signal return line (7 ) and wherein the signal input line (6) of the delay line (4) from the signal source (3) - directly or indirectly - is acted upon by the transmission signal (2), characterized in that a compensation choke (10) with a signal input side coil (11) and a signal return-side coil (12) is provided and that on the one hand the signal source (3), the signal inlet side coil (11) of the compensation choke (10) and the signal inlet line (6) of the delay line (4) and on the other hand the signal return side coil (12) of the compensation choke (10) and the signal return line (7) of the delay line (4) are connected such that the compensation choke (10) in u the affected state of the delay line (4) is compensated and in the affected state of the delay line (4) is uncompensated, so that in the affected state of the delay line (4) a detection signal (13) can be removed via the compensation choke (10) and that the evaluation unit (5 ) taps the detection signal (13) via the signal return coil (12) of the compensation choke (10) and the evaluation unit (5) - directly or indirectly - also taps the transmission signal (2) from the signal source (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Positionssensor mit Signallaufzeitauswertung, mit einer ein Sendesignal erzeugenden Signalquelle, einer beeinflußbaren Verzögerungsleitung und einer Auswerteeinheit, wobei die Verzögerungsleitung eine Signaleinlaufleitung und eine Signalrücklaufleitung umfaßt und wobei die Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung von der Signalquelle – direkt oder indirekt – mit dem Sendesignal beaufschlagt wird.The invention relates to a capacitive position sensor with signal propagation time evaluation, with a transmission signal generating signal source, an influenceable delay line and an evaluation, wherein the delay line comprises a signal input line and a signal return line and wherein the signal input line of the delay line from the signal source - directly or indirectly - applied to the transmission signal becomes.

Kapazitive Positionssensoren der angegebenen Art sind im Stand der Technik seit einiger Zeit bekannt, und sie werden zu ganz unterschiedlichen Zwecken eingesetzt, häufig zur Füllstandsmessung von flüssigen Medien oder von Schüttgut, aber zum Beispiel auch in der Sicherheitstechnik, um die Annäherung und Position eines Objekts an die beeinflußbare Verzögerungsleitung zu erkennen.Capacitive position sensors of the stated type have been known for some time in the prior art, and they are used for very different purposes, often for level measurement of liquid media or bulk material, but also in safety engineering, for example, to approximate and position an object to recognize the influenceable delay line.

Mit einer ”beeinflußbaren” Verzögerungsleitung ist nachfolgend eine Verzögerungsleitung gemeint, deren Signalübertragungseigenschaften beeinflußt werden können, vor allem durch externe Beeinflussung der Verzögerungsleitung. Die externe Beeinflussung kann beispielsweise aus einer Annäherung eines Objekts an die Verzögerungsleitung, aus der direkten Kontaktierung der Verzögerungsleitung durch ein Medium oder aus der Umspülung der Verzögerungsleitung mit einem Medium resultieren. Die Beaufschlagung der Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung mit einem Sendesignal ist in diesem Sinne keine Beeinflussung.By an "influenceable" delay line is meant a delay line whose signal transmission characteristics can be influenced, especially by externally influencing the delay line. The external influence can result, for example, from an approach of an object to the delay line, from the direct contacting of the delay line by a medium or from the flushing of the delay line with a medium. The loading of the signal input line of the delay line with a transmission signal is in this sense no influence.

Die Positionssensoren der hier in Rede stehenden Art basieren grundsätzlich auf dem Prinzip der Laufzeitmessung, d. h. es wird die Tatsache der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Signalen durch eine Leitung ausgenutzt, wobei das Zeitintervall gemessen wird, das eine ausgesendete elektromagnetische Welle – das Sendesignal – benötigt, um von der Signalquelle bis zu der Beeinflussungsstelle der Verzögerungsleitung zu gelangen. Bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle in dem betreffenden Medium – hier in der Verzögerungsleitung – läßt sich daraus unmittelbar die Entfernung der Beeinflussungsstelle von der Signalquelle ableiten.The position sensors of the type in question are basically based on the principle of transit time measurement, d. H. the fact of the finite propagation velocity of electromagnetic signals through a line is exploited, whereby the time interval is measured, which requires an emitted electromagnetic wave - the transmission signal - to get from the signal source to the point of influence of the delay line. With known propagation speed of the electromagnetic wave in the medium in question - here in the delay line - can be derived directly from the removal of the influence point of the signal source.

Verzögerungsleitungen dienen dazu, die Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen – dem Sendesignal – zu verringern, um die zu messenden Zeitintervalle in einen handhabbaren, also in einen meßtechnisch verwertbaren Bereich zu überführen. Bei Verzögerungsleitungen wird dabei der grundsätzliche Zusammenhang zwischen der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle auf einer Leiteranordnung und dem Kapazitäts- und Induktivitätsbelag dieser Leiteranordnung ausgenutzt, denn die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle auf einer Leiteranordnung – hier Verzögerungsleitung – entspricht dem Kehrwert der Wurzel aus der Induktivität pro Längeneinheit und der Kapazität pro Längeneinheit dieser Leitungsanordnung. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle auf einer Verzögerungsleitung kann demzufolge verringert werden, indem der Induktivitäts- und/oder Kapazitätsbelag dieser Leitung vergrößert wird, d. h. Materialien mit großen relativen Permeabilitäten und Permittivitäten verwendet werden oder geometrisch ausgestaltete Leitungsanordnungen eingesetzt werden, bei denen sich große Induktivitäten und Kapazitäten in der Verzögerungsleitung ausbilden können. Typische Verzögerungsleitungen bestehen daher aus Signaleinlauf- und Signalrücklaufleitungen, die sich einander spiralig umgeben und durch die Spiralstruktur einerseits eine hohe Induktivität ausbilden und andererseits durch die große Annäherung der Signaleinlauf- und Signalrücklaufleitungen auch eine vergleichsweise große Kapazität ausbilden.Delay lines are used to reduce the propagation speed of electromagnetic waves - the transmission signal - in order to convert the time intervals to be measured in a manageable, ie in a metrologically usable range. In delay lines, the fundamental relationship between the propagation speed of an electromagnetic wave on a conductor arrangement and the capacitance and inductance coating of this conductor arrangement is exploited because the propagation speed of an electromagnetic wave on a conductor arrangement - here delay line - corresponds to the reciprocal of the root of the inductance per unit length and the capacity per unit length of this line arrangement. Accordingly, the propagation velocity of an electromagnetic wave on a delay line can be reduced by increasing the inductance and / or capacitance of that line, that is, by increasing the inductance and / or capacitance of this line. H. Materials with high relative permeability and permittivity can be used or geometrically designed line arrangements are used, in which large inductances and capacitances can form in the delay line. Therefore, typical delay lines consist of signal input and signal return lines, which surround each other spirally and on the one hand form a high inductance by the spiral structure and on the other hand form a comparatively large capacity due to the great approximation of the signal input and signal return lines.

Aus dem Stand der Technik ist ein Positionssensor mit einer Verzögerungsleitung bekannt, bei dem die Signaleinlaufleitung spulenförmig um eine ferromagnetischen Stab gewickelt ist, der seinerseits als Signalrücklaufleitung dient ( DE 198 56 408 A1 ). Die dort dargestellten Positionssensoren arbeiten auf dem Prinzip der Laufzeitmessung eines reflektierten Sendesignals, wobei eine elektromagnetische Welle bekanntermaßen überall dort in einem Medium teilweise reflektiert – und teilweise transmittiert – wird, wo die Materialeigenschaften, also beispielsweise die Permittivität oder die Permeabilität eine Unstetigkeitsstelle aufweisen oder wo – beispielsweise durch eine äußere Beeinflussung der die elektromagnetische Welle transportierenden Anordnung – der Induktivitätsbelag oder der Kapazitivitätsbelag der Anordnung eine Unstetigkeitsstelle aufweist. Ein auf dem Prinzip der durch einen Impedanzsprung hervorgerufenen Signalreflexion basierender Positionssensor ist auch aus der DE 691 05 457 T2 bekannt.From the prior art, a position sensor with a delay line is known, in which the signal inlet line is wound in a coil shape around a ferromagnetic rod, which in turn serves as a signal return line ( DE 198 56 408 A1 ). The position sensors shown there operate on the principle of transit time measurement of a reflected transmission signal, wherein an electromagnetic wave is known to be partially reflected everywhere in a medium - and partially transmitted - where the material properties, such as permittivity or permeability have a discontinuity or where - For example, by an external influence of the electromagnetic wave transporting arrangement - the inductance coating or the capacitance coating of the arrangement has a point of discontinuity. A position sensor based on the principle of signal reflection caused by an impedance discontinuity is also known from US Pat DE 691 05 457 T2 known.

Positionssensoren der beschriebenen Art sind in mehrerer Hinsicht problematisch. Zum einen kann die Auswertung des im Vergleich zu dem ausgesendeten Sendesignal nur sehr schwachen Empfangssignals – also des an einem Impedanzsprung einer Leitung erzeugten reflektierten Sendesignals – sehr schwierig sein, wobei die Hauptreflektion von möglicherweise auftretenden Mehrfachreflektionen nur sehr schwer zu unterscheiden ist. Selbst wenn bei aus dem Stand der Technik bekannten Positionssensoren Verzögerungsleitungen verwendet werden, die mit dem Leitungswellenwiderstand abgeschlossen sind, so daß sich also im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung keine Signalreflektionen ergeben können, ist das zuvor geschilderte Problem bei Vorhandensein einer durch Beeinflussung der Verzögerungsleitung erzeugten Reflektion nicht behoben. Außerdem sind mit dem Leitungswellenwiderstand abgeschlossene Verzögerungsleitungen von ihrer Länge her nicht an den individuellen Einsatzzweck anpaßbar, da bei Kürzung der Verzögerungsleitung der zwangsläufig am Ende der Verzögerungsleitung vorgesehene Leitungswellenwiderstand entfernt würde. In diesem Fall wäre eine Fallunterscheidung zwischen einer beeinflußten und unbeeinflußten Verzögerungsleitung nicht mehr möglicht.Position sensors of the type described are problematic in several respects. On the one hand, the evaluation of the received signal, which is very weak in comparison to the transmitted transmission signal, ie the reflected transmission signal generated at an impedance jump of a line, can be very difficult, the main reflection of possibly occurring multiple reflections being very difficult to distinguish. Even if used in known from the prior art position sensors delay lines are used, which are completed with the line impedance, so that therefore no signal reflections can result in the unaffected state of the delay line, the above-described problem in the presence of a through Influencing the delay line generated reflection not resolved. In addition, delay lines terminated with the line wave resistance are not adaptable to the individual purpose of use because, when the delay line is shortened, the line wave resistance inevitably provided at the end of the delay line is removed. In this case, a case distinction between an affected and unaffected delay line would no longer be possible.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor beschriebenen Nachteile bei einem kapazitiven Positionssensor bzw. bei einer beeinflußbaren Verzögerungsleitung – zumindest teilweise – zu vermeiden.The present invention is therefore based on the object, the disadvantages described above in a capacitive position sensor or in an influenceable delay line - at least partially - to avoid.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und im wesentlichen bei einem kapazitiven Positionssensor mit Signallaufzeitauswertung dadurch gelöst, daß eine Kompensationsdrossel mit einer signaleinlaufseitigen Spule und einer signalrücklaufseitigen Spule vorgesehen ist und daß einerseits die Signalquelle, die signaleinlaufseitige Spule der Kompensationsdrossel und die Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung und andererseits die signalrücklaufseitige Spule der Kompensationsdrossel und die Signalrücklaufleitung der Verzögerungsleitung derart verbunden sind, daß die Kompensationsdrossel im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung kompensiert ist und im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung unkompensiert ist, so daß im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung ein Detektionssignal über der Kompensationsdrossel abnehmbar ist und daß die Auswerteeinheit das Detektionssignal über der signalrücklaufseitigen Spule der Kompensationsdrossel abgreift und die Auswerteeinheit – direkt oder indirekt – auch das Sendesignal von der Signalquelle abgreift.The aforementioned object is achieved according to the invention initially and essentially in a capacitive position sensor with signal propagation time evaluation that a compensation inductor is provided with a signal input side coil and a signal return side coil and that on the one hand the signal source, the signal input side coil of the compensation inductor and the signal input line of the delay line and on the other the signal return side coil of the compensation inductor and the signal return line of the delay line are connected such that the compensation inductor is compensated in the unaffected state of the delay line and uncompensated in the affected state of the delay line, so that in the affected state of the delay line, a detection signal on the compensation inductor is removable and that the Evaluation unit, the detection signal on the signal return side coil of Kompensationsdrosse l taps and the evaluation unit - directly or indirectly - also picks up the transmission signal from the signal source.

Unter einer Kompensationsdrossel wird im Rahmen der Erfindung eine Spulenanordnung aus einer signaleinlaufseitigen Spule und einer signalauslaufseitigen Spule verstanden, die bei gegensinniger Durchstromung magnetische Felder im Kern der Spulenanordnung erzeugen, die sich gegenseitig kompensieren. In diesem Fall tritt die Kompensationsdrossel als Induktivität schaltungstechnisch überhaupt nicht in Erscheinung. Im Falle unausgeglichener Durchstromung kompensieren sich die durch die signaleinlaufseitigen und durch die signalauslaufseitigen Ströme hervorgerufenen Magnetfelder nicht, wodurch die Induktivität der Kompensationsdrossel hinsichtlich des asymmetrischen Stromanteils wirksam wird.In the context of the invention, a compensation inductor is understood to mean a coil arrangement comprising a signal input-side coil and a signal-output-side coil, which generate magnetic fields in the core of the coil arrangement when they pass through one another in the opposite direction. In this case, the compensation choke does not appear as an inductance circuit technology at all. In the case of unbalanced Durchstromung caused by the signal input side and caused by the signal outlet side currents magnetic fields do not compensate, whereby the inductance of the compensation reactor with respect to the asymmetric current component is effective.

Im von außen unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung wird das Sendesignal von der Signalquelle auf die Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung gegeben und pflanzt sich dort mit einer durch den Kapazitäts- und Induktivitätsbelag vorgegebenen Ausbreitungsgeschwindigkeit fort, wobei die Signalrücklaufleitung ein mit dem Sendesignal korrespondierendes Empfangssignal empfängt und über die Signalrücklaufleitung der Verzögerungsleitung an die signalrücklaufseitige Spule der Kompensationsdrossel überträgt. Bei vollständiger Entsprechung von Sende- und Empfangssignal kompensieren sich ihre Wirkungen in der Kompensationsdrossel, so daß kein Detektionssignal über der Kompensationsdrossel abnehmbar ist.In externally unaffected state of the delay line, the transmission signal from the signal source is applied to the signal input line of the delay line and propagates there with a predetermined by the capacitance and Induktivitätsbelag propagation speed, the signal return line receives a signal corresponding to the transmission signal and the signal return line of the Delay line to the signal return coil of the compensation choke transmits. Upon complete correspondence of transmit and receive signals, their effects in the compensation inductor compensate each other so that no detection signal across the compensation inductor is detachable.

Wenn die Verzögerungsleitung jedoch von außen beeinflußt wird, besteht kein Gleichgewicht mehr zwischen dem über die Signaleinlaufleitung transportierten Sendesignal und dem über die Signalrücklaufleitung transportierten Empfangssignal, da an der Beeinflussungsstelle entweder schon dem Sendesignal Energie entzogen und in die Umgebung abgeleitet wird oder aber dem Empfangssignal auf der Signalrücklaufleitung Energie entzogen wird, die in die Umgebung abfließt. Das bedeutet, daß in der Kompensationsdrossel ein entsprechendes Durchflutungs-Ungleichgewicht besteht. In diesem Fall – Beeinflussungszustand der Verzögerungsleitung – heben sich die von der signaleinlaufseitigen Spule und der signalrücklaufseitigen Spule generierten Magnetfelder in der Kompensationsdrossel nicht mehr auf, so daß über der Kompensationsdrossel ein Detektionssignal abnehmbar ist.However, if the delay line is influenced from the outside, there is no longer an equilibrium between the transmitted via the signal input line transmission signal and the signal return line transported receive signal, as already withdrawn at the point of influence either the transmission signal energy and discharged into the environment or the received signal on the Signal return line energy is withdrawn, which drains into the environment. This means that there is a corresponding flooding imbalance in the compensation throttle. In this case - influenced condition of the delay line - the magnetic fields generated by the signal input side coil and the signal return side coil no longer cancel each other in the compensation reactor, so that a detection signal can be removed across the compensation reactor.

Der erfindungsgemäße Positionssensor ist besonders vorteilhaft, weil er nicht auf die vergleichsweise komplizierte Auswertung des an einer Unstetigkeitsstelle reflektierten Sendesignals angewiesen ist, sondern auf der Auswertung eines Ungleichgewichts zwischen Sende- und Empfangssignal basiert, was durch die Verwendung einer Kompensationsdrossel auf eine technisch elegante und produktionstechnisch preiswert und einfach umzusetzende Maßnahme verwirklicht ist.The position sensor according to the invention is particularly advantageous because it is not dependent on the comparatively complicated evaluation of reflected at a point of discontinuity transmission signal, but based on the evaluation of an imbalance between the transmit and receive signal, which by the use of a compensation throttle on a technically elegant and production technology inexpensive and easy to implement measure is realized.

Das im Rahmen der Erfindung als Kompensationsdrossel bezeichnete Bauelement wird anderweitig auch als ”Balun” bezeichnet, worunter ganz allgemein ein elektrotechnisches Bauelement zu verstehen ist, das Asymmetrien in einer Übertragungsleitung oder mehreren Übertragungsleitungen, hier gebildet durch den signaleinlaufseitigen und den signalrücklaufseitigen Teil der Schaltung, ausgeglichen werden (Balun = balanced-unbalanced); in der Schaltungstechnik ist ein solches Bauelement auch als Symmetrierglied oder als Impedanzwandler bekannt.The designated as compensation reactor in the invention component is otherwise also referred to as "balun", which is generally understood an electrical component, the asymmetries in a transmission line or multiple transmission lines, here formed by the signal input side and the signal return side of the circuit compensated (Balun = balanced-unbalanced); In circuit technology, such a component is also known as a balun or as an impedance converter.

Wenn im Rahmen der Erfindung davon die Rede ist, daß die Signalquelle, die signaleinlaufseitige Spule der Kompensationsdrossel und die Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung verbunden sind, dann ist dies funktional und nicht im ganz engen, schaltungstechnischen Sinne zu verstehen. Die Formulierung besagt, daß die Signalquelle und die signaleinlaufseitige Spule der Kompensationsdrossel in einem Wirkzusammenhang stehen, dahingehend, daß das von der Signalquelle erzeugte Sendesignal nicht nur durch die Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung, sondern auch durch die signaleinlaufseitige Spule der Kompensationsdrossel transportiert wird. Dabei ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß eine Signalquelle – z. B. ein Oszillator oder eine Kippstufe – schaltungstechnisch nicht nur mit dem signaleinlaufseitigen Signalpfad des Positionssensors verbunden ist, sondern zwangläufig auch – direkt oder indirekt – in Verbindung stehen muß mit einer zwingend erforderlichen Versorgungsspannung des Positionssensors, also beispielsweise mit einem positiven Versorgungsspannungsanschluß und Masse.If in the context of the invention, it is mentioned that the signal source, the signal input side coil of the compensation throttle and the signal input line of the delay line are connected, then this is functional and not in the whole understand narrow, circuit-technical meaning. The formulation states that the signal source and the signal input side coil of the compensation inductor are operatively connected to the fact that the transmission signal generated by the signal source is transported not only by the signal input line of the delay line, but also by the signal input side coil of the compensation inductor. It is readily apparent to those skilled in the art that a signal source -. B. an oscillator or a flip-flop - circuit technology is not only connected to the signal input side signal path of the position sensor, but also inevitably - directly or indirectly - must be in communication with a mandatory supply voltage of the position sensor, so for example with a positive supply voltage terminal and ground.

Erfindungsgemäß greift die Auswerteeinheit das Empfangssignal über der signalrücklaufseitigen Spule der Kompensationsdrossel ab, wobei die Auswerteeinheit auch das Sendesignal von der Signalquelle – direkt oder indirekt – abgreift. Indem die Auswerteeinheit das Sendesignal von der Signalquelle erfaßt, ist es ihr möglich, die Laufzeit des Sendesignals auf der Verzögerungsleitung mit Bezug auf die Erzeugung des Sendesignals festzustellen, was von grundlegender Bedeutung für die Ermittlung der Entfernung der Beeinflussungsstelle an der Verzögerungsleitung von der Stelle der Erzeugung des Sendesignals ist.According to the invention, the evaluation unit picks up the received signal via the coil of the compensation inductor on the signal return side, wherein the evaluation unit also picks up the transmission signal from the signal source, directly or indirectly. By the evaluation unit detects the transmission signal from the signal source, it is possible to determine the transit time of the transmission signal on the delay line with respect to the generation of the transmission signal, which is of fundamental importance for determining the distance of the influence point on the delay line from the point of generation of the transmission signal is.

Das Abgreifen des Empfangssignals über der signalrücklaufseitigen Spule der Kompensationsdrossel ist in der Regel deshalb vorteilhaft, weil die signalrücklaufseitige Spule der Kompensationsdrossel – funktional gesehen – nicht mit der Signalquelle in Verbindung steht, also nicht potentialmäßig von der Signalquelle angehoben und abgesenkt wird, jedenfalls nicht in dem Maße, wie dies bei der signaleinlaufseitigen Spule der Kompensationsdrossel der Fall ist. Das Ergebnis ist, daß die Auswertung des Empfangssignals über der signalrücklaufseitigen Spule der Kompensationsdrossel gegebenenfalls erheblich einfacher ist, da, jedenfalls bezogen auf ein festes Potential des kapazitiven Positionssensors, keine größeren Potentialschwankungen an der signalrücklaufseitigen Spule zu erwarten sind, abgesehen von der durch das Detektionssignal selbst erzeugten Potentialschwankung.The tapping of the received signal on the signal return side coil of the compensation inductor is usually advantageous because the signal return side coil of the compensation throttle - functionally speaking - is not in communication with the signal source, that is not raised in terms of potential from the signal source and lowered, at least not in the Dimensions, as is the case with the signal input side coil of the compensation throttle. The result is that the evaluation of the received signal on the signal flyback side coil of the compensation inductor is possibly much simpler, since, at least based on a fixed potential of the capacitive position sensor, no larger potential fluctuations on the signal return side coil can be expected, except for by the detection signal itself generated potential fluctuation.

Aus dem zuvor Gesagten ergibt sich, daß es – funktional gesehen – unerheblich ist, ob die Kompensationsdrossel zwischen der Signalquelle und der Verzögerungsleitung angeordnet ist, oder ob die Signalquelle zwischen der Kompensationsdrossel und der Verzögerungsleitung angeordnet ist; wichtig ist lediglich, daß das Sendesignal auch von der signaleinlaufseitigen Spule der Kompensationsdrossel erfaßbar ist.It can be seen from the above that it is irrelevant, functionally speaking, whether the compensation inductor is arranged between the signal source and the delay line, or whether the signal source is arranged between the compensation inductor and the delay line; It is only important that the transmission signal from the signal input side coil of the compensation throttle is detected.

In einem ganz besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verzögerungsleitung so ausgestaltet, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals auf der Signaleinlaufleitung kleiner ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Empfangssignals auf der Signalrücklaufleitung. Bei einer solchen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Positionssensors ist gewährleistet, daß trotz der verzögerten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals auf der Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung das Empfangssignal dennoch – jedenfalls in bezug auf das Sendesignal – unverzögert am Ausgang der Signalrücklaufleitung der Verzögerungsleitung anliegt. Wenn sich also das Sendesignal aufgrund der hohen Kapazitäts- und Induktivitätsbeläge der Verzögerungsleitung verhältnismäßig langsam auf der Signaleinlaufleitung der Verzögerungsleitung fortpflanzt, ist die Wirkung des Sendesignals auf die Signalrücklaufleitung der Verzögerungsleitung praktisch instantan erfaßbar, und zwar lange bevor sich mögliche Reflektionswellen des Sendesignals am Anfang der Verzögerungsleitung bemerkbar machen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine solche Verzögerungsleitung verwendet wird, bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals auf der Signaleinlaufleitung um den Faktor 1/10, besser noch um den Faktor 1/100 kleiner ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Empfangssignals auf der Signalrücklaufleitung. Solche und größere Verzögerungswerte können beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Signaleinlaufleitung die Signalrücklaufleitung spiralig umgibt. Die spiralige Struktur der Signaleinlaufleitung erzeugt dann im wesentlichen die induktiven Anteile der Verzögerungsleitung, wobei sich zwischen jeder Windung der spiralförmigen Signaleinlaufleitung und der Signalrücklaufleitung Kapazitäten ausbilden, so daß im Ergebnis eine LC-Verzögerungsleitung mit großer Verzögerung der Signallaufzeit ergibt.In a very particularly preferred embodiment of the invention, the delay line is designed so that the propagation speed of the transmission signal on the signal input line is smaller than the propagation speed of the reception signal on the signal return line. In such an embodiment of the position sensor according to the invention ensures that despite the delayed propagation speed of the transmission signal on the signal input line of the delay line, the received signal nonetheless - at least with respect to the transmission signal - instantaneously applied to the output of the signal return line of the delay line. Thus, when the transmission signal due to the high capacitance and Induktivitätsbeläge the delay line propagates relatively slowly on the signal input line of the delay line, the effect of the transmission signal on the signal return line of the delay line is practically instantaneous detectable, and long before possible reflection waves of the transmission signal at the beginning of the delay line to make noticable. It is particularly advantageous if such a delay line is used in which the propagation speed of the transmission signal on the signal input line by a factor of 1/10, better still by a factor of 1/100 is smaller than the propagation speed of the received signal on the signal return line. Such and larger delay values may be achieved, for example, by the signal input line spirally surrounding the signal return line. The spiral structure of the signal input line then essentially produces the inductive components of the delay line, whereby capacitances form between each turn of the spiral signal input line and the signal return line, so that, as a result, an LC delay line results in a long delay in the signal propagation time.

Im Beeinflussungszustand einer solchen Verzögerungsleitung, also bei Annäherung eines Objektes an die spiralig gewundene Signaleinlaufleitung, bildet sich eine zusätzliche Kapazität – eine Beeinflussungskapazität – zwischen der Signaleinlaufleitung und dem angenäherten Objekt aus. Die Größe der Kapazität hängt dabei ab von der Distanz des angenäherten Objektes von der Verzögerungsleitung bzw. von der Signaleinlaufleitung, von der Permitivität des Objektes und auch davon, wie gut das Objekt geerdet ist. Diese Beeinflussungskapazität sorgt dafür, daß an der Beeinflussungsstelle eine durch das Sendesignal hervorgerufene Verschiebungsladung nicht mehr vollständig in der Signalrücklaufleitung influenziert wird, sondern zu einem gewissen Anteil von der Beeinflussungskapazität aufgenommen wird. Das über die gesamte Länge der Signaleinlaufleitung unveränderte Sendesignal kann sich an der Beeinflussungsstelle folglich nur noch zu einem Teil auf die Signalrücklaufleitung auswirken, so daß sich das über die Signalrücklaufleitung transportierte Empfangssignal genau dann merklich ändert, wenn das Sendesignal die Beeinflussungsstelle passiert.In the state of influence of such a delay line, that is, when an object approaches the spirally wound signal input line, an additional capacitance-an influencing capacitance-forms between the signal input line and the approximated object. The size of the capacitance depends on the distance of the approximated object from the delay line or from the signal input line, the permittivity of the object and also how well the object is earthed. This influencing capacity ensures that a shift charge caused by the transmission signal is no longer completely influenced in the signal return line at the influencing point, but is absorbed to some extent by the influencing capacity. That over the entire length of the Signal input line unchanged transmission signal can affect the influence point consequently only a part of the signal return line, so that the signal transported via the signal return line signal changes noticeably exactly when the transmission signal passes the influence point.

Der erfindungsgemäße kapazitive Positionssensors läßt sich weiter verbessern, indem die Signalrücklaufleitung kammartig ausgebildet ist, mit nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen, die über einen gemeinsam Steg leitend miteinander verbunden sind, wobei der gemeinsame Steg vorzugsweise zur externen Kontaktierung der Signalrücklaufleitung dient und der gemeinsame Steg insbesondere an einem Ende der Signalrücklaufleitung ausgebildet ist.The capacitive position sensor according to the invention can be further improved by the signal return line is comb-like, with adjacent conductive paths, which are conductively connected to each other via a common web, wherein the common land preferably for external contacting of the signal return line and the common land, in particular at one end the signal return line is formed.

Der Vorteil einer kammartig ausgebildeten Signalrücklaufleitung liegt darin, daß sie zwar geeignet ist, gegenüber der Signaleinlaufleitung eine Kapazität auszubilden, jedoch die Induktivität der Anordnung praktisch nicht beeinflußt, da sich in ihr keine Wirbelströme ausbilden können, die dem Sendesignal Energie entziehen können. Durch diese Maßnahme wird insbesondere der Induktivitätsbelag der Verzögerungsleitung über die Länge der Verzögerungsleitung konstant gehalten, womit die Signalausbreitungsgeschwindigkeit über die Länge der Verzögerungsleitung hinweg konstant bleibt.The advantage of a comb-like signal return line is that while it is suitable to form a capacitance with respect to the signal input line, it does not affect the inductance of the arrangement since no eddy currents can form in it which can escape the transmission signal energy. As a result of this measure, in particular the inductance lining of the delay line is kept constant over the length of the delay line, with the result that the signal propagation speed remains constant over the length of the delay line.

Der Effekt des gleichbleibenden Induktivitätsbelages läßt sich in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung noch dadurch verbessern, daß die nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen der kammartig ausgebildeten Signalrücklaufleitung in Erstreckungsrichtung der Verzögerungsleitung orientiert sind und damit insbesondere in Richtung eines von der Verzögerungsleitung erzeugten elektromagnetischen Feldes oder Magnetfeldes. Die so orientierten Leitungsbahnen der Signalrücklaufleitungen bilden damit keine geschlossenen leitenden Konturen mehr, die von einem magnetischen Fluß durchsetzt werden könnten, so daß auch keine ungewollten Spannungen induziert werden können.The effect of the constant Induktivitätsbelages can be improved in a further preferred embodiment of the invention even further characterized in that the side-by-side paths of the comb-like signal return line are oriented in the extension direction of the delay line and thus in particular in the direction of an electromagnetic field or magnetic field generated by the delay line. The so oriented paths of the signal return lines thus no longer form closed conductive contours, which could be penetrated by a magnetic flux, so that no unwanted voltages can be induced.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen kapazitiven Positionssensors ist die Signalrücklaufleitung zylinder- oder rohrartig ausgebildet bzw. auf einem zylinder- oder rohrartigen Grundkörper angeordnet. In diesem Fall läßt sich das Signalverhalten der Verzögerungsleitung insbesondere dadurch verbessern, daß die Signalrücklaufleitung in Umfangsrichtung der zylinderartigen Ausgestaltung über die gesamte Erstreckung der Signalrücklaufleitung hinweg wenigstens einmal durchgehend elektrisch unterbrochen ist. Auch durch diese Maßnahme können ungewollte Induktionen und damit Wirbelströme effektiv unterdrückt werden.In a further preferred embodiment of the capacitive position sensor according to the invention, the signal return line is cylindrical or tube-like or arranged on a cylindrical or tubular base body. In this case, the signal behavior of the delay line can be improved in particular by the fact that the signal return line in the circumferential direction of the cylinder-like configuration over the entire extension of the signal return line is at least once continuously electrically interrupted. Also by this measure unwanted induction and thus eddy currents can be effectively suppressed.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Positionssensors sind die Signaleinlaufleitung und die Signalrücklaufleitung der Verzögerungsleitung im wesentlichen galvanisch voneinander getrennt. Mit ”im wesentlichen” ist gemeint, daß eine vollständige galvanische Trennung in technisch realisierten Anordnungen nie im theoretischen Sinne perfekt ist; im technisch möglichen Sinne soll jedoch eine galvanische Trennung vorliegen. Das bedeutet auch, daß die so ausgestaltete Verzögerungsleitung nicht mit dem Leitungswellenwiderstand der Verzögerungsleitung abgeschlossen ist und sich demzufolge in jedem Zustand der Verzögerungsleitung – beeinflußt und unbeeinflußt – Reflektionen in der Verzögerungsleitung ausbilden können. Da der erfindungsgemäße Positionssensor jedoch nicht auf der Auswertung von Reflektionswellen basiert, ist dies unerheblich.In an advantageous embodiment of the position sensor according to the invention, the signal inlet line and the signal return line of the delay line are substantially galvanically separated from each other. By "substantially" is meant that complete galvanic isolation in technically implemented arrangements is never perfect in the theoretical sense; in the technically possible sense, however, a galvanic isolation should be present. This also means that the delay line designed in this way is not closed with the line-wave resistance of the delay line and, accordingly, reflections can form in the delay line in any state of the delay line-influenced and uninfluenced. However, since the position sensor according to the invention is not based on the evaluation of reflection waves, this is irrelevant.

Der Vorteil einer Verzögerungsleitung ohne Abschlußwiderstand besteht darin, daß die Verzögerungsleitung so ausgebildet werden kann, daß sie ohne Funktionseinbuße kürzbar ist, insbesondere kürzbar durch Schneiden, Scheren oder Sägen. Selbstverständlich läßt sich der erfindungsgemäße kapazitive Positionssensor auch mit einem Abschlußwiderstand an einem Ende der Verzögerungsleitung realisieren, der dem Leitungswellenwiderstand der Verzögerungsleitung entspricht; dies steht dem Erfindungsgedanken nicht entgegen, eine Kürzung der Verzögerungsleitung ist zwar auch dann möglich, jedoch nur unter Inkaufnahme von Signalreflektionen in der Verzögerungsleitung, die im abgeschlossenen Zustand der Verzögerungsleitung nicht auftreten. Mit einem Abschlußwiderstand am Ende der Verzögerungsleitung ist eine höhere Pulsfrequenz, nämlich größer als 30 kHz, möglich, da störende Reflektionen, also störende Echos, entfallen.The advantage of a delay line without terminating resistor is that the delay line can be designed so that it can be shortened without loss of function, in particular shortened by cutting, shearing or sawing. Of course, the capacitive position sensor according to the invention can also be realized with a terminating resistor at one end of the delay line, which corresponds to the line impedance of the delay line; this is not contrary to the inventive idea, a reduction of the delay line is indeed possible, but only at the expense of signal reflections in the delay line, which do not occur in the closed state of the delay line. With a terminating resistor at the end of the delay line is a higher pulse frequency, namely greater than 30 kHz, possible because annoying reflections, so disturbing echoes eliminated.

Der erfindungsgemäße kapazitive Positionssensor verfügt vorzugsweise über eine als Oszillator ausgeführte Signalquelle, die insbesondere als Relaxationsoszillator ausgeführt ist, so daß das Sendesignal aus einer Kippschwingung besteht und das Sendesignal daher auch aus Impulsen mit einer hohen Flankensteilheit bestehen kann. Vorzugsweise umfaßt der Relaxationsoszillator eine – kleine – Drossel, einen Widerstand und einen Transistor, wobei die Leitungskapazität der Verzögerungsleitung über den Widerstand aufladbar ist und über den Transistor lawinenartig entladen wird, nämlich bei Erreichen der Durchbruchspannung des Transistors.The capacitive position sensor according to the invention preferably has a signal source designed as an oscillator, which is embodied in particular as a relaxation oscillator, so that the transmission signal consists of a tilting oscillation and the transmission signal can therefore also consist of pulses with a high edge steepness. Preferably, the relaxation oscillator comprises a - small - choke, a resistor and a transistor, wherein the line capacitance of the delay line is chargeable via the resistor and is discharged via the transistor avalanche, namely upon reaching the breakdown voltage of the transistor.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindunsgemäßen Positionssensor mit Signallaufzeitauswertung und eine hierzu geeignete Verzögerungsleitung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenIn particular, there are now a variety of ways to design the erfindunsgemäßen position sensor with signal delay time evaluation and a suitable delay line for this purpose and further education. Reference is made on the one hand to the claims subordinate to claim 1, on the other hand, to the following Description of embodiments in conjunction with the drawing. In the drawing show

1 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen kapazitiven Positionssensors, 1 the schematic representation of an embodiment of a capacitive position sensor according to the invention,

2 eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Positionssensors, 2 a further schematic representation of an embodiment of a position sensor according to the invention,

3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Positionssensors mit einer spiraligen Verzögerungsleitung als Füllstandsmesser, 3 a schematic representation of a position sensor according to the invention with a spiral delay line as a level gauge,

4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Positionssensors mit einer Verzögerungsleitung in Ersatzschaltbilddarstellung, 4 a schematic representation of a position sensor according to the invention with a delay line in equivalent circuit diagram representation,

5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Positionssensors mit einem Relaxationsoszillator als Signalquelle, 5 a schematic representation of an embodiment of a position sensor according to the invention with a relaxation oscillator as a signal source,

6a, b eine schematische Darstellung eines typischen Sendesignals und eines Detektionssignals eines erfindungsgemäßen Positionssensors, 6a , b is a schematic representation of a typical transmission signal and a detection signal of a position sensor according to the invention,

7 eine kammartig ausgebildete Signalrücklaufleitung einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung und 7 a comb-like signal return line of a delay line according to the invention and

8 eine erfindungsgemäße Verzögerungsleitung. 8th a delay line according to the invention.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßer kapazitiver Positionssensor 1 mit Signallaufzeitauswertung und eine erfindungsgemäße Verzögerungsleitung 4 anhand der in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.In the following, a capacitive position sensor according to the invention will be described 1 with signal delay evaluation and a delay line according to the invention 4 based on in the 1 to 8th described embodiments described.

Die in den 1 bis 5 dargestellten Positionssensoren 1 umfassen eine ein Sendesignal 2. erzeugende Signalquelle 3, eine beeinflußbare Verzögerungsleitung 4 und eine Auswerteeinheit 5, wobei die Verzögerungsleitung 4 eine Signaleinlaufleitung 6 und eine Signalrücklaufleitung 7 umfaßt. Allen dargestellten Positionssensoren 1 ist gemein, daß die Signaleinlaufleitung 6 der Verzögerungsleitung 4 von der Signalquelle 3 – direkt oder indirekt – mit dem Sendesignal 2 beaufschlagt wird.The in the 1 to 5 shown position sensors 1 comprise a transmission signal 2 , generating signal source 3 , an influenceable delay line 4 and an evaluation unit 5 , where the delay line 4 a signal input line 6 and a signal return line 7 includes. All shown position sensors 1 is common that the signal input line 6 the delay line 4 from the signal source 3 - directly or indirectly - with the transmission signal 2 is charged.

Bei den in den Figuren dargestellten Schaltungen handelt es sich dahingehend um ”schematische” Darstellungen von Schaltungen, als daß sie einen funktionalen Eindruck von den als Ausführungsbeispielen beschriebenen Positionssensoren 1 vermitteln. So ist beispielsweise die Signalquelle 3 in den 1 bis 4 als Übertragungsglied dargestellt, das nur mit dem Schaltungsteil verbunden ist, der die Signaleinlaufleitung 6 der Verzögerungsleitung 4 speist. Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine technisch realisierte Signalquelle 3 nicht nur – direkt oder indirekt – mit einer an einem positiven Versorgungsspannungsanschluß 8 anliegenden positiven Versorgungsspannung verbunden ist, sondern daß es darüber hinaus auch erforderlich ist, daß die Signalquelle 3 – direkt oder indirekt – auch mit einem niedrigeren Potential verbunden sein muß, wie beispielsweise mit einem Masseanschluß 9.The circuits shown in the figures are thus "schematic" representations of circuits rather than a functional impression of the position sensors described as embodiments 1 convey. For example, the signal source 3 in the 1 to 4 shown as a transmission member which is connected only to the circuit part, the signal input line 6 the delay line 4 fed. It will be readily apparent to those skilled in the art that a technically realized signal source 3 not only - directly or indirectly - with one at a positive supply voltage connection 8th connected to positive supply voltage is connected, but that it is also required that the signal source 3 - Direct or indirect - must also be connected to a lower potential, such as with a ground terminal 9 ,

Aus dem Stand der Technik bekannte – hier nicht dargestellte – Positionssensoren beaufschlagen die Signaleinlaufleitung einer Verzögerungsleitung mit einem Sendesignal und messen das Zeitintervall, daß das Sendesignal benötigt, um die Verzögerungsleitung bis hin zu der Beeinflussungsstelle der Verzögerungsleitung zu durchlaufen. Durch die externe Beeinflussung bekannter Verzögerungsleitungen wird die Impedanz bzw. der Impedanzbelag an der Beeinflussungsstelle der Verzögerungsleitung verändert, so daß an dieser Unstetigkeitsstelle das Sendesignal zumindest teilweise – reflektiert wird. Bekannte Positionssensoren werten insbesondere das Zeitintervall aus, das zwischen dem Aussenden eines Sendesignals und dem Empfang einer Reflektionswelle des Sendesignals begrenzt wird, woraus sich bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals in der Verzögerungsleitung die Position der Beeinflussungsstelle der Verzögerungsleitung ergibt.Known from the prior art - not shown here - Position sensors act on the signal input line of a delay line with a transmission signal and measure the time interval that the transmission signal needed to traverse the delay line up to the point of influence of the delay line. Due to the external influencing of known delay lines, the impedance or the impedance covering at the influencing point of the delay line is changed so that the transmission signal is at least partially reflected at this point of discontinuity. Known position sensors in particular evaluate the time interval which is limited between the emission of a transmission signal and the reception of a reflection wave of the transmission signal, resulting in the position of the influence point of the delay line at a known propagation speed of the transmission signal in the delay line.

Die in den 1 bis 8 dargestellten erfindungsgemäßen Positionssensoren 1 bzw. Verzögerungsleitungen 4 werten keine reflektierten Sendesignale 2 aus, weshalb sie einige Vorteile aufweisen. Die erfindungsgemäßen Positionssensoren 1 weisen eine Kompensationsdrossel 10 mit einer signaleinlaufseitigen Spule 11 und einer signalrücklaufseitigen Spule 12 auf, wobei einerseits die Signalquelle 3, die signaleinlaufseitige Spule 11 der Kompensationsdrossel 10 und die Signaleinlaufleitung 6 der Verzögerungsleitung 4 und andererseits die signalrücklaufseitige Spule 12 der Kompensationsdrossel 10 und die Signalrücklaufleitung 7 der Verzögerungsleitung 4 derart verbunden sind, daß die Kompensationsdrossel 10 im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 kompensiert ist und im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 unkompensiert ist. Im Ergebnis bedeutet das, daß im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 ein Detektionssignal 13 über der Kompensationsdrossel 10 abnehmbar ist.The in the 1 to 8th illustrated position sensors according to the invention 1 or delay lines 4 do not evaluate reflected transmission signals 2 which is why they have some advantages. The position sensors according to the invention 1 have a compensation choke 10 with a signal input side coil 11 and a signal return side coil 12 on, on the one hand, the signal source 3 , the signal input side coil 11 the compensation throttle 10 and the signal input line 6 the delay line 4 and on the other hand, the signal return coil side 12 the compensation throttle 10 and the signal return line 7 the delay line 4 are connected such that the compensation throttle 10 in the unaffected state of the delay line 4 is compensated and in the affected state of the delay line 4 uncompensated. As a result, this means that in the affected state of the delay line 4 a detection signal 13 over the compensation choke 10 is removable.

Im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 werden die signaleinlaufseitige Spule 11 und die signalrücklaufseitige Spule 12 von gleichen Arbeitsströmen gegensinnig durchstromt, da das Sendesignal 2 in Gänze zur Beeinflussung der Signalrücklaufleitung 7 zur Verfügung steht, so daß der in dem signaleinlaufseitigen Teil der dargestellten Schaltungen fließende Arbeitsstrom dem in dem signalrücklaufseitigen Teil der dargestellten Schaltungen entspricht und sich daher die durch diese Ströme verursachten magnetischen Felder in der Kompensationsdrossel 10 kompensieren, die Kompensationsdrossel 10 elektrisch in den dargestellten Positionssensoren 1 nicht in Erscheinung tritt und daher über der Kompensationsdrossel 10 auch kein Detektionssignal 13 abnehmbar ist.In the unaffected state of the delay line 4 become the signal input side coil 11 and the signal return side coil 12 flows through the same working currents in opposite directions, since the transmission signal 2 entirely to influence the signal return line 7 is available, so that in the signal input side part of the illustrated Circuits flowing working current corresponds to that in the signal return side part of the circuits shown and therefore the magnetic fields caused by these currents in the compensation reactor 10 compensate, the compensation reactor 10 electrically in the illustrated position sensors 1 does not appear and therefore over the compensation choke 10 also no detection signal 13 is removable.

Wird jedoch die Verzögerungsleitung 4 beeinflußt, so daß eine exakte Korrespondenz zwischen dem Sendesignal 2 und dem Empfangssignal nicht mehr vorliegt, sind auch die in dem signaleinlaufseitigen Teil der dargestellten Schaltungen und die in dem signalrücklaufseitigen Teil der dargestellten Schaltungen mit dem Sendesignal 2 und dem Empfangssignal korrespondierenden Ströme nicht mehr symmetrisch, so daß die Kompensationsdrossel 10 ebenfalls unsymmetrisch durchstromt und damit durchflutet wird, so daß ein Detektionssignal 13 über der Kompensationsdrossel 10 abnehmbar ist, wobei die abnehmbare Spannung der Stromänderung entgegenwirkt.But becomes the delay line 4 influenced, so that an exact correspondence between the transmission signal 2 and the reception signal is no longer present, are also in the signal input side part of the circuits shown and in the signal return side part of the circuits shown with the transmission signal 2 and the received signal corresponding currents no longer symmetrical, so that the compensation choke 10 also flows through unbalanced and flooded so that a detection signal 13 over the compensation choke 10 is detachable, wherein the removable voltage counteracts the current change.

Mit den dargestellten Positionssensoren 1 ist es folglich ohne weiteres und ohne eine komplizierte Auswerteeinheit 5 möglich, grundsätzlich zu erkennen, ob der Positionssensor 1 bzw. die Verzögerungsleitung 4 beeinflußt oder unbeeinflußt ist.With the illustrated position sensors 1 It is therefore without further ado and without a complicated evaluation unit 5 possible to basically detect whether the position sensor 1 or the delay line 4 affected or unaffected.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 5 greift die Auswerteeinheit 5 das Detektionssignal 13 über der signalrücklaufseitigen Spule 12 der Kompensationsdrossel 10 ab, wobei die Auswerteeinheiten 5 auch das Sendesignal 2 von der Signalquelle 3 abgreift, so daß die Auswerteeinheit 5 das Zeitintervall Δt zwischen dem Aussenden des Sendesignals 2 und dem Empfang des Empfangssignals und damit die Position der Beeinflussungsstelle an der Verzögerungsleitung 4 bestimmen kann.In the embodiments according to the 1 to 5 accesses the evaluation unit 5 the detection signal 13 above the signal return side coil 12 the compensation throttle 10 from where the evaluation units 5 also the transmission signal 2 from the signal source 3 picks off, so that the evaluation unit 5 the time interval .DELTA.t between the transmission of the transmission signal 2 and the reception of the received signal and thus the position of the influencing point on the delay line 4 can determine.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen hat das Abgreifen des Detektionssignals 13 über der signalrücklaufseitigen Spule 12 darüber hinaus den Vorteil, daß die Kompensationsdrossel 10 mit dem Masseanschluß 9 des Positionssensors 1 verbunden ist, so daß das Detektionssignal 13 schaltungstechnisch einfach auswertbar ist. In den 1 bis 4 greift die Auswerteeinheit 5 das Sendesignal 2 direkt von der Signalquelle 3 ab, wohingegen die Auswerteeinheit 5 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 das Sendesignal 2 indirekt aus dem signaleinlaufseitigen Teil der Schaltung ermittelt, nämlich über den Spannungsabfall an einem Spannungsteiler.In the illustrated embodiments, the tapping of the detection signal 13 above the signal return side coil 12 beyond the advantage that the compensation throttle 10 with the ground connection 9 of the position sensor 1 is connected so that the detection signal 13 circuitry is easy to evaluate. In the 1 to 4 accesses the evaluation unit 5 the transmission signal 2 directly from the signal source 3 whereas the evaluation unit 5 in the embodiment according to 5 the transmission signal 2 determined indirectly from the signal input side part of the circuit, namely on the voltage drop across a voltage divider.

In den 1 und 3 ist die Kompensationsdrossel 10 zwischen der Signalquelle 3 und der Verzögerungsleitung 4 angeordnet, wohingegen in den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 5 die Signalquelle 3 zwischen der Kompensationsdrossel 10 und der Verzögerungsleitung 4 angeordnet ist. Die Anordnungsreihenfolge der Signalquelle 3 und der Kompensationsdrossel 10 vor der Verzögerungsleitung 4 ist unerheblich, solange die Anordnung aus der Signalquelle 3 und der signaleinlaufseitigen Spule 11 der Kompensationsdrossel 10 mit der Signaleinlaufleitung 6 der Verzögerungsleitung 4 und die signalrücklaufseitige Spule 12 der Kompensationsdrossel 10 mit der Signalrücklaufleitung 7 der Verzögerungsleitung 4 verbunden ist, so daß die Kompensationsdrossel 10 im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 kompensiert ist und im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 unkompensiert ist.In the 1 and 3 is the compensation throttle 10 between the signal source 3 and the delay line 4 arranged, whereas in the embodiments according to the 2 and 5 the signal source 3 between the compensation choke 10 and the delay line 4 is arranged. The arrangement order of the signal source 3 and the compensation reactor 10 in front of the delay line 4 is irrelevant, as long as the arrangement of the signal source 3 and the signal input side coil 11 the compensation throttle 10 with the signal inlet line 6 the delay line 4 and the signal return side coil 12 the compensation throttle 10 with the signal return line 7 the delay line 4 is connected so that the compensation throttle 10 in the unaffected state of the delay line 4 is compensated and in the affected state of the delay line 4 uncompensated.

Allen Verzögerungsleitungen 4 der in den 1 bis 5 dargestellten Positionssensoren 1 und der Verzögerungsleitung 4 gemäß der 8 ist gemein, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals 2 auf der Signaleinlaufleitung 6 kleiner ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Empfangssignals auf der Signalrücklaufleitung 7, wobei die dargestellten Verzögerungsleitungen 4 auf der Signaleinlaufleitung 6 eine Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweisen, die mehr als um den Faktor 1/100 kleiner ist als die entsprechende Ausbreitungsgeschwindigkeit des Empfangssignals auf der Signalrücklaufleitung 7. Dies hat den besonders vorteilhaften Effekt, daß die von dem Sendesignal 3 bewirkte Beeinflussung der Signalrücklaufleitung 7 praktisch unmittelbar an der gesamten Signalrücklaufleitung 7 anliegt und ausgewertet werden kann.All delay lines 4 in the 1 to 5 shown position sensors 1 and the delay line 4 according to the 8th is common that the propagation speed of the transmission signal 2 on the signal inlet line 6 is less than the propagation speed of the received signal on the signal return line 7 , wherein the illustrated delay lines 4 on the signal inlet line 6 have a propagation velocity which is more than a factor of 1/100 smaller than the corresponding propagation velocity of the received signal on the signal return line 7 , This has the particularly advantageous effect that the of the transmission signal 3 caused influence on the signal return line 7 practically immediately on the entire signal return line 7 is present and can be evaluated.

4 zeigt die Verzögerungsleitung 4 in Form eines Ersatzschaltbildes, bestehend aus einer kettenartigen Verknüpfung von Spulen 14 mit Teilinduktivitäten und Kondensatoren 15 mit Teilkapazitäten, die für ein kleines Segment der Verzögerungsleitung 4 den integrierten Beitrag des Kapazitätsbelages und des Induktivitätsbelages des betrachteten Segments der Verzögerungsleitung 4 darstellen. Im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 interagieren die Signaleinlaufleitung 6 und die Signalrücklaufleitung 7 nur über die dargestellte kapazitive Kopplung über die Kondensatoren 15. Im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung 4 bewirkt ein an die Verzögerungsleitung 4 – hier nicht dargestelltes – angenähertes Objekt die Ausbildung einer Beeinflussungskapazität, symbolisiert durch den Kondensator 16. Die Beeinflussungskapazität bewirkt, daß das Sendesignal 2 nicht mehr vollständig auf die Signalrücklaufleitung 7 einwirken kann und ein Teil der Wirkung des Sendesignals 2 an der Beeinflussungskapazität des Beeinflussungskondensators 16 abgefangen wird. An der Beeinflussungsstelle der Verzögerungsleitung ”verpufft” ein Teil der Wirkung des Sendesignals in der erzwungenen Beeinflussung (Influenzierung eines Verschiebungsstroms in der Beeinflussungskapazität) des Beeinflussungskondensators 16, so daß eine von dem erfindungsgemäßen Positionssensor 1 wahrnehmbare Signalasymmetrie zwischen der Signaleinlaufseite und der Signalrücklaufseite der Schaltung resultiert. 4 shows the delay line 4 in the form of an equivalent circuit consisting of a chain-like combination of coils 14 with partial inductors and capacitors 15 with partial capacities being for a small segment of the delay line 4 the integrated contribution of the capacitance and the inductance of the considered segment of the delay line 4 represent. In the unaffected state of the delay line 4 interact the signal input line 6 and the signal return line 7 only via the illustrated capacitive coupling via the capacitors 15 , In the affected state of the delay line 4 causes a to the delay line 4 - not shown here - approximated object the formation of an influencing capacity, symbolized by the capacitor 16 , The influencing capacity causes the transmission signal 2 not completely on the signal return line 7 can act and part of the effect of the transmission signal 2 at the influencing capacity of the influencing capacitor 16 is intercepted. At the point of influence of the delay line, a part of the effect of the transmission signal "evaporates" in the forced influencing (influencing a displacement current in the influencing capacity) of the interference capacitor 16 so that one of the position sensor according to the invention 1 noticeable signal asymmetry between the signal input side and the signal return side of the circuit results.

In den 3 und 8 umgibt die Signaleinlaufleitung 6 die Signalrücklaufleitung 7 spiralig, so daß einerseits die Signaleinlaufleitung 6 wesentlich länger ist als die Signalrücklaufleitung 7 und andererseits die Signaleinlaufleitung 6 gleichzeitig maßgeblich für den induktiven Anteil der Verzögerungsleitung 4 sorgt. In der 3 ist weiterhin angedeutet die Verwendung des Positionssensors 1 im Rahmen einer Füllstandsmessung, wobei der schraffierte Bereich das beeinflussende Medium mit der Permittivität εb darstellt. Der unbeeinflußte Bereich weist die Permittivität εu auf. Je größer die Beeinflussungskapazität des Beeinflussungskondensators 16 ist, also je größer die Permittivität εb des beeinflussenden Mediums ist und je näher sich das Medium an die Verzögerungsleitung 4 annähert, um so größer ist auch die Asymmetrie zwischen dem Sendesignal 2 und dem Empfangssignal und um so größer ist das über der Kompensationsdrossel 10 abnehmbare Detektionssignal 13.In the 3 and 8th surrounds the signal input line 6 the signal return line 7 spirally, so that on the one hand the signal inlet line 6 is much longer than the signal return line 7 and on the other hand, the signal input line 6 at the same time decisive for the inductive component of the delay line 4 provides. In the 3 is further indicated the use of the position sensor 1 in the context of a level measurement, wherein the hatched area represents the influencing medium with the permittivity ε b . The unaffected area has the permittivity ε u . The greater the influencing capacity of the influencing capacitor 16 is, so the greater the permittivity ε b of the influencing medium and the closer the medium to the delay line 4 approaches, the greater the asymmetry between the transmission signal 2 and the received signal and the greater is the above the compensation choke 10 removable detection signal 13 ,

Die 6a, b zeigen den typischen Verlauf eines rechteckförmigen Sendesignals 2 (6a) und den damit korrespondierenden Verlauf eines Detektionssignals 13, wie es an der Kompensationsdrossel 10 abgreifbar ist. Wenn das Sendesignal 2 nach dem Zeitintervall Δt die Beeinflussungsstelle des Positionssensors 1 erreicht, wird aufgrund der Asymmetrie zwischen Sendesignal 2 und dem – nicht dargestellten – Empfangssignal über das Detektionssignal 13 das Vorhandensein einer Beeinflussung erkennbar und aufgrund der Messung des Zeitintervalls Δt ist auch ermittelbar, an welcher Stelle der kapazitive Positionsensor 1 beeinflußt worden ist. Die Höhe des Detektionssignals 13 gibt Anhaltspunkte dafür, wie nah sich ein Objekt an die Verzögerungsleitung 4 angenähert hat oder welche relative Permittivität ein den Positionssensor 1 umströmendes Medium aufweist; damit sind ohne weiteres auch mehrere Schichten aufeinanderfolgender Medien voneinander unterscheidbar.The 6a , b show the typical course of a rectangular transmission signal 2 ( 6a ) and the corresponding course of a detection signal 13 as is the case with the compensation choke 10 can be tapped. When the transmission signal 2 after the time interval .DELTA.t the influencing point of the position sensor 1 is reached, due to the asymmetry between the transmission signal 2 and the - not shown - receive signal via the detection signal 13 the presence of an influence can be recognized and, due to the measurement of the time interval Δt, it is also possible to determine at which position the capacitive position sensor 1 has been affected. The height of the detection signal 13 gives clues as to how close an object is to the delay line 4 has approximated or what relative permittivity a position sensor 1 having flowing medium; Thus, several layers of successive media are readily distinguishable from each other.

In 7 ist eine kammartig ausgebildete Signalrücklaufleitung 7 gezeigt mit nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen 17, die über einen gemeinsamen Steg 18 leitend miteinander verbunden sind, wobei der gemeinsame Steg 18 zur externen Kontaktierung der Signalrücklaufleitung 7 dient und der gemeinsame Steg 18 an einem Ende der Signalrücklaufleitung 7 ausgebildet ist. Die dargestellte Struktur der Signalrücklaufleitung 7 hat den Vorteil, daß Verluste des Sendesignals 2 durch Ausbildung von Wirbelströmen in der Signalrücklaufleitung 7 weitestgehend unterdrückt werden. In 8 ist weiterhin dargestellt, daß die nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen 17 der kammartig ausgebildeten Signalrücklaufleitung 7 in Erstreckungsrichtung 19 der Verzögerungsleitung 4 orientiert sind, hier vor allem auch in Richtung eines von der Verzögerungsleitung 4 erzeugten elektromagnetischen Feldes oder Magnetfeldes, wodurch die Beeinflussung des Sendesignals 2 durch die Signalrücklaufleitung 7 weiter unterdrückt wird.In 7 is a comb-like signal return line 7 shown with side by side running paths 17 that have a common footbridge 18 are conductively connected, the common bridge 18 for external contacting of the signal return line 7 serves and the common footbridge 18 at one end of the signal return line 7 is trained. The illustrated structure of the signal return line 7 has the advantage that losses of the transmission signal 2 by forming eddy currents in the signal return line 7 be suppressed as much as possible. In 8th is further shown that the side by side running paths 17 the comb-like signal return line 7 in extension direction 19 the delay line 4 are oriented, especially in the direction of one of the delay line 4 generated electromagnetic field or magnetic field, thereby influencing the transmission signal 2 through the signal return line 7 is further suppressed.

In den 7 und 8 ist die Signalrücklaufleitung 7 rohrartig ausgebildet und – zumindest in 8 – auf einem zylinderartigen Grundkörper 20 angeordnet, der vorliegend aus einem Material mit hoher Permeabilität besteht, um die Verzögerungswirkung der Verzögerungsleitung 4 zu erhöhen.In the 7 and 8th is the signal return line 7 tube-like design and - at least in 8th - on a cylindrical base body 20 arranged, which in the present case consists of a material with high permeability to the delay effect of the delay line 4 to increase.

Von besonderem Vorteil ist es bei den rohrartig ausgebildeten Signalrücklaufleitungen 7 gemäß den 7 und 8, daß die Signalrücklaufleitungen 7 in Umfangsrichtung 21 über die gesamte Erstreckung der Signalrücklaufleitungen 7 hinweg wenigstens einmal durchgehend elektrisch unterbrochen sind, da durch diese Maßnahme Wirbelströme zusätzlich effektiv unterdrückt werden können.It is particularly advantageous in the tube-like signal return lines 7 according to the 7 and 8th in that the signal return lines 7 in the circumferential direction 21 over the entire extension of the signal return lines 7 are at least once continuously interrupted electrically, as by this measure eddy currents can be additionally effectively suppressed.

Die Signalrücklaufleitung 7 bzw. die nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen 17 und der gemeinsame Steg 18 der Signalrücklaufleitungen 7 sind in den Ausführungsbeispielen gemäß den 7 und 8 auf einer Leiterfolie 22 ausgebildet, was die Signalrücklaufleitungen 7 besonders einfach handhabbar macht.The signal return line 7 or the side by side running paths 17 and the common footbridge 18 the signal return lines 7 are in the embodiments according to the 7 and 8th on a conductor foil 22 trained what the signal return lines 7 makes it easy to handle.

In allen dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Signaleinlaufleitung 6 und die Signalrücklaufleitung 7 der Verzögerungsleitung 4 im wesentlich galvanisch voneinander getrennt, was dadurch zum Ausdruck kommt, daß in den 1 bis 4 die Signaleinlaufleitung 6 und die Signalrücklaufleitung 7 voneinander beabstandet gezeichnet sind und in 5 lediglich. durch Kondensatoren miteinander elektrisch verbunden und damit galvanisch voneinander getrennt sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 wird die elektrische Isolierung durch die Leiterfolie 22 hergestellt, die zwischen den nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen 17 und den Windungen der spiralig ausgeführten Signaleinlaufleitung 6 angeordnet ist.In all illustrated embodiments, the signal input line 6 and the signal return line 7 the delay line 4 essentially electrically isolated from each other, which is expressed by the fact that in the 1 to 4 the signal inlet line 6 and the signal return line 7 are spaced from each other and in 5 only. are electrically connected to each other by capacitors and thus galvanically separated from each other. In the embodiment according to 8th is the electrical insulation through the conductor foil 22 made between the side by side running paths 17 and the windings of the spiraled signal inlet line 6 is arranged.

Ein besonderer Vorteil der in allen Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommenden Verzögerungsleitung 4 ist, daß die Verzögerungsleitung 4 ohne Funktionseinbuße kürzbar ist, wobei die Kürzung einfach durch Schneiden, Scheren, Sägen oder andere bekannte Trennverfahren durchführbar ist. Dies ist vor allem deshalb möglich, weil zur Ermittlung des Detektionssignals 13 keine Reflektionen des Sendesignals 2 ausgewertet werden, sondern Asymmetrien zwischen dem Sendesignal 2 und dem Empfangssignal.A particular advantage of the delay line used in all exemplary embodiments 4 is that the delay line 4 can be shortened without loss of function, the reduction can be carried out simply by cutting, shearing, sawing or other known separation process. This is possible above all because to determine the detection signal 13 no reflections of the transmission signal 2 be evaluated, but asymmetries between the transmission signal 2 and the received signal.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 zeigt eine Signalquelle 3, die als Relaxationsoszillator ausgeführt ist, so daß das Sendesignal 2 letztlich aus einer Kippschwingung besteht.The embodiment according to 5 shows a signal source 3 , which is designed as a relaxation oscillator, so that the transmission signal 2 ultimately consists of a tilting oscillation.

Der Relaxationsoszillator umfaßt die Kapazität der Verzögerungsleitung 4, hier dargestellt als Kondensator 23, wenigstens einen Widerstand 24 und wenigstens einen Transistor 25, wobei die Kapazität der Verzögerungsleitung 4 über den Widerstand 24 aufladbar ist und die Kapazität der Verzögerungsleitung 4 bei Erreichen der Durchbruchspannung des Transistors 25 über den Transistor 25 kurzschließbar ist und derart eine Kippschwingung erzeugt. Das Kurzschließen der Kapazität der Verzögerungsleitung 4 über den Transistor 25 erfolgt unter Ausschluß des Widerstands 24. Die an der Basis des Transistors 25 zusätzlich vorgesehene Spule 26 dient der Erhöhung der Flankensteilheit des von dem Relaxationsoszillator erzeugten Sendesignals 2.The relaxation oscillator comprises the capacitance of the delay line 4 , shown here as a capacitor 23 , at least one resistor 24 and at least one transistor 25 , where the capacity of the delay line 4 about the resistance 24 is rechargeable and the capacity of the delay line 4 upon reaching the breakdown voltage of the transistor 25 over the transistor 25 is kurzschließbar and generates such a tilting oscillation. Shorting the capacity of the delay line 4 over the transistor 25 occurs excluding the resistor 24 , The at the base of the transistor 25 additionally provided coil 26 serves to increase the edge steepness of the transmission signal generated by the relaxation oscillator 2 ,

Claims (14)

Kapazitiver Positionssensor (1) mit Signallaufzeitauswertung, mit einer ein Sendesignal (2) erzeugenden Signalquelle (3), einer beeinflußbaren Verzögerungsleitung (4) und einer Auswerteeinheit (5), wobei die Verzögerungsleitung (4) eine Signaleinlaufleitung (6) und eine Signalrücklaufleitung (7) umfaßt und wobei die Signaleinlaufleitung (6) der Verzögerungsleitung (4) von der Signalquelle (3) – direkt oder indirekt – mit dem Sendesignal (2) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensationsdrossel (10) mit einer signaleinlaufseitigen Spule (11) und einer signalrücklaufseitigen Spule (12) vorgesehen ist und daß einerseits die Signalquelle (3), die signaleinlaufseitige Spule (11) der Kompensationsdrossel (10) und die Signaleinlaufleitung (6) der Verzögerungsleitung (4) und andererseits die signalrücklaufseitige Spule (12) der Kompensationsdrossel (10) und die Signalrücklaufleitung (7) der Verzögerungsleitung (4) derart verbunden sind, daß die Kompensationsdrossel (10) im unbeeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung (4) kompensiert ist und im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung (4) unkompensiert ist, so daß im beeinflußten Zustand der Verzögerungsleitung (4) ein Detektionssignal (13) über der Kompensationsdrossel (10) abnehmbar ist und daß die Auswerteeinheit (5) das Detektionssignal (13) über der signalrücklaufseitigen Spule (12) der Kompensationsdrossel (10) abgreift und die Auswerteeinheit (5) – direkt oder indirekt – auch das Sendesignal (2) von der Signalquelle (3) abgreift.Capacitive position sensor ( 1 ) with signal propagation time evaluation, with a transmission signal ( 2 ) generating signal source ( 3 ), an influenceable delay line ( 4 ) and an evaluation unit ( 5 ), the delay line ( 4 ) a signal input line ( 6 ) and a signal return line ( 7 ) and wherein the signal inlet line ( 6 ) of the delay line ( 4 ) from the signal source ( 3 ) - directly or indirectly - with the transmission signal ( 2 ), characterized in that a compensation reactor ( 10 ) with a signal input side coil ( 11 ) and a signal return coil ( 12 ) is provided and that on the one hand the signal source ( 3 ), the signal input side coil ( 11 ) of the compensation reactor ( 10 ) and the signal input line ( 6 ) of the delay line ( 4 ) and on the other hand, the signal return coil ( 12 ) of the compensation reactor ( 10 ) and the signal return line ( 7 ) of the delay line ( 4 ) are connected in such a way that the compensation throttle ( 10 ) in the unaffected state of the delay line ( 4 ) is compensated and in the affected state of the delay line ( 4 ) is uncompensated, so that in the influenced state of the delay line ( 4 ) a detection signal ( 13 ) above the compensation choke ( 10 ) is removable and that the evaluation unit ( 5 ) the detection signal ( 13 ) above the signal return coil ( 12 ) of the compensation reactor ( 10 ) and the evaluation unit ( 5 ) - directly or indirectly - also the transmission signal ( 2 ) from the signal source ( 3 ) picks up. Kapazitiver Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsdrossel (10) zwischen der Signalquelle (2) und der Verzögerungsleitung (4) angeordnet ist oder die Signalquelle (3) zwischen der Kompensationsdrossel (10) und der Verzögerungsleitung (4) angeordnet ist.Capacitive position sensor according to Claim 1, characterized in that the compensation throttle ( 10 ) between the signal source ( 2 ) and the delay line ( 4 ) or the signal source ( 3 ) between the compensation choke ( 10 ) and the delay line ( 4 ) is arranged. Kapazitiver Positionssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (4) so ausgestaltet ist, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals (2) auf der Signaleinlaufleitung (6) kleiner ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Empfangssignals auf der Signalrücklaufleitung (7), insbesondere kleiner um den Faktor 1/10, vorzugsweise kleiner um den Faktor 1/100.Capacitive position sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the delay line ( 4 ) is designed so that the propagation speed of the transmission signal ( 2 ) on the signal inlet line ( 6 ) is less than the propagation velocity of a received signal on the signal return line ( 7 ), in particular smaller by a factor of 1/10, preferably smaller by a factor of 1/100. Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinlaufleitung (6) die Signalrücklaufleitung (7) spiralig umgibt.Capacitive position sensor according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the signal inlet line ( 6 ) the signal return line ( 7 ) surrounds spirally. Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalrücklaufleitung (7) kammartig ausgebildet ist mit nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen (17), die über einen gemeinsamen Steg (18) leitend miteinander verbunden sind, wobei der gemeinsame Steg (18) vorzugsweise zur externen Kontaktierung der Signalrücklaufleitung (7) dient und der gemeinsame Steg (18) insbesondere an einem Ende der Signalrücklaufleitung (7) ausgebildet ist.Capacitive position sensor according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the signal return line ( 7 ) is formed comb-like with side-by-side conducting paths ( 17 ), which have a common footbridge ( 18 ) are conductively connected to each other, wherein the common bridge ( 18 ) preferably for external contacting of the signal return line ( 7 ) and the common bridge ( 18 ) in particular at one end of the signal return line ( 7 ) is trained. Kapazitiver Positionssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander verlaufenden Leitungsbahnen (17) der kammartig ausgebildeten Signalrücklaufleitung (7) in Erstreckungsrichtung (19) der Verzögerungsleitung (4) orientiert sind, insbesondere in Richtung eines von der Verzögerungsleitung (4) erzeugten elektromagnetischen Feldes oder Magnetfeldes.Capacitive position sensor according to claim 5, characterized in that the side-by-side conductor paths ( 17 ) of the comb-like signal return line ( 7 ) in the extension direction ( 19 ) of the delay line ( 4 ), in particular in the direction of one of the delay line ( 4 ) generated electromagnetic field or magnetic field. Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalrücklaufleitung (7) zylinder- oder rohrartig ausgebildet ist oder auf einem zylinder- oder rohrartigen Grundkörper (20) angeordnet ist.Capacitive position sensor according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the signal return line ( 7 ) is cylindrical or tube-like or on a cylindrical or tubular body ( 20 ) is arranged. Kapazitiver Positionssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalrücklaufleitung (7) in Umfangsrichtung (21) der zylinderartigen Ausgestaltung über die gesamte Erstreckung der Signalrücklaufleitung (7) hinweg wenigstens einmal durchgehend elektrisch unterbrochen ist.Capacitive position sensor according to Claim 7, characterized in that the signal return line ( 7 ) in the circumferential direction ( 21 ) of the cylinder-like configuration over the entire extent of the signal return line ( 7 ) is at least once continuously interrupted electrically. Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalrücklaufleitung (7) auf einer Leiterfolie (22) ausgebildet istCapacitive position sensor according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the signal return line ( 7 ) on a conductor foil ( 22 ) is trained Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinlaufleitung (6) und die Signalrücklaufleitung (7) der Verzögerungsleitung (4) im wesentlichen galvanisch voneinander getrennt sind.Capacitive position sensor according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the signal inlet line ( 6 ) and the Signal return line ( 7 ) of the delay line ( 4 ) are substantially galvanically separated from each other. Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (4) an einem Ende mit dem Leitungswellenwiderstand der Verzögerungsleitung (4) abgeschlossen ist.Capacitive position sensor according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the delay line ( 4 ) at one end with the line impedance of the delay line ( 4 ) is completed. Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (4) ohne Funktionseinbuße kürzbar ist, insbesondere durch Schneiden, Scheren oder Sägen.Capacitive position sensor according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the delay line ( 4 ) can be shortened without loss of function, in particular by cutting, shearing or sawing. Kapazitiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (3) als Oszillator, vorzugsweise als Relaxationsoszillator ausgeführt ist, so daß das Sendesignal (2) aus einer Kippschwingung besteht.Capacitive position sensor according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the signal source ( 3 ) is designed as an oscillator, preferably as a relaxation oscillator, so that the transmission signal ( 2 ) consists of a tilting oscillation. Kapazitiver Positionssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaxationsoszillator die Kapazität der Verzögerungsleitung (4), einen Widerstand (24) und einen Transistor (25) umfaßt, wobei die Kapazität der Verzögerungsleitung (4) über den Widerstand (24) aufladbar ist und bei Erreichen der Durchbruchspannung des Transistors (25) über den Transistor (25) kurzschließbar ist und derart eine Kippschwingung erzeugt.Capacitive position sensor according to Claim 13, characterized in that the relaxation oscillator measures the capacitance of the delay line ( 4 ), a resistor ( 24 ) and a transistor ( 25 ), wherein the capacity of the delay line ( 4 ) about the resistance ( 24 ) is chargeable and upon reaching the breakdown voltage of the transistor ( 25 ) over the transistor ( 25 ) is short-circuitable and thus generates a tilting oscillation.
DE102007041522.4A 2007-06-19 2007-08-31 Capacitive position sensor Active DE102007041522B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007041522.4A DE102007041522B4 (en) 2007-06-19 2007-08-31 Capacitive position sensor

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007028627.0 2007-06-19
DE102007028627 2007-06-19
DE102007041522.4A DE102007041522B4 (en) 2007-06-19 2007-08-31 Capacitive position sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007041522A1 DE102007041522A1 (en) 2008-12-24
DE102007041522B4 true DE102007041522B4 (en) 2014-10-02

Family

ID=40030881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007041522.4A Active DE102007041522B4 (en) 2007-06-19 2007-08-31 Capacitive position sensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007041522B4 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2767805B1 (en) * 2013-02-13 2015-01-21 SICK STEGMANN GmbH Method for phase drift correction of a capacitive position encoder and capacitive position encoder
DE102019000232A1 (en) * 2019-01-16 2020-07-16 Trw Automotive Safety Systems Gmbh sensor
EP4057087B1 (en) * 2021-03-08 2024-03-06 Siemens Aktiengesellschaft A method for providing a predicted binary process signal

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69105457T2 (en) * 1990-10-29 1995-05-24 Ibm Touch-sensitive coating.
DE19856408A1 (en) * 1998-12-07 2000-06-08 Ulrich Kuipers Capacitive sensor system for contactless keyboards. sensor arrangements, sensor surfaces and/or contact sensitive display systems operable through electrically non-conducting material based on variable time constants or delay times

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69105457T2 (en) * 1990-10-29 1995-05-24 Ibm Touch-sensitive coating.
DE19856408A1 (en) * 1998-12-07 2000-06-08 Ulrich Kuipers Capacitive sensor system for contactless keyboards. sensor arrangements, sensor surfaces and/or contact sensitive display systems operable through electrically non-conducting material based on variable time constants or delay times

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007041522A1 (en) 2008-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010007620B4 (en) Proximity sensor
DE602004010486T2 (en) Inductive proximity sensor
DE102013108166B4 (en) DEVICE FOR COLLECTING AC POWER IN A DC CIRCUIT AND USING THE DEVICE
DE10130572B4 (en) Inductive displacement sensor for determining the position of an influencing element and method for determining the position of an influencing element with an inductive displacement sensor
DE112013006074T5 (en) Capacitive sensor designed to use a heating element as an antenna electrode
DE60109548T2 (en) Noise-proof electronic presence detector
DE102007041522B4 (en) Capacitive position sensor
DE102008027921B4 (en) Admittance measuring device for a level sensor
WO2014023605A1 (en) Inductive proximity switch
DE4312813C2 (en) Arrangement for capacitive level measurement
DE102008034577A1 (en) Current measuring arrangement, has electrically conductive flat diamagnetic or paramagnetic shielding element lying with respect to sensor arrangement and comprising surface partially covers measuring circuit of sensor arrangement
EP2876308B1 (en) Cylinder-piston unit with evaluation unit for determining the position of the piston
DE102012214330B3 (en) Inductive proximity switch for use as contactless working electronic switching device in automatic control engineering field, has receiving coils that are arranged in outer region of winding body
DE10205445B4 (en) Capacitive level measuring device
DE102018111944A1 (en) Measuring device for determining a dielectric value
DE102017116027A1 (en) Measuring device for the capacitive measurement of a dielectric value
DE102009044820B4 (en) Self-calibrating proximity switch
DE102007001821B4 (en) Inductive proximity switch
EP3824323B1 (en) Detector for detecting electrically conductive material
DE102013113598A1 (en) Arrangement for transmitting digital signals via a galvanically isolating interface and field device comprising such an arrangement
EP1255969A2 (en) Device for determining the level of a medium in a container
DE4203725A1 (en) ARRANGEMENT FOR THE POTENTIAL-SEPARATED CAPACITY MEASUREMENT, IN PARTICULAR FOR THE CAPACITIVE LEVEL MEASUREMENT
DE102010042816A1 (en) Inductive proximity switch comprises transmitter coil, two anti-serially switched receiving coils and comparison coil which is coupled with receiving coil, where comparison coil is connected with clocked resistor
DE102007010467B4 (en) Inductive proximity switch
DE10205359A1 (en) Power detector with DC decoupling

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R084 Declaration of willingness to licence