DE1233959B - Vorrichtung zur Ermittlung der Gegenwart eines Fahrzeuges oder einer aehnlichen metallischen Masse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOI ν

Deutsche Kl.: 21g-30/10

Nummer: 1 233 959

Aktenzeichen: G 37067IX b/21 g

Anmeldetag: 12. Februar 1963

Auslegetag: 9. Februar 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Gegenwart eines Fahrzeuges oder einer ähnlichen metallischen Masse, enthaltend einen ersten Oszillator mit einer Induktionsschleife zum Erzeugen eines Signals, dessen Frequenz sich beim Eintreten eines Fahrzeuges in das Feld der Schleife ändert, sowie einem zweiten Oszillator zum Erzeugen eines Bezugssignals, dessen Frequenz sich von der Frequenz des Schleifenoszillators unterscheidet, sowie einem mit beiden Oszillatoren gekoppelten Schwebungsfrequenz-Detektor zum Erzeugen eines Signals, dessen Frequenz gleich der DilTerenz der Frequenz der beiden Oszillatoren ist, sowie weiterhin ein mit dem Schwebungsfrequenz-Detektor gekoppeltes und derart abgestimmtes Filter, daß bei der Gegenwart eines Fahrzeuges im Feld der Schleife die Schwebungsfrequenz eine Grenzfrequenz des Filters überschreitet.

Solche mit Induktionsschleifen arbeitende Detektorsysteme sind bereits vorgeschlagen worden. Bei diesen Systemen sind Induktionsschleifen elektrisch derart in die Oszillatorkreise eingeschaltet, daß der Induktionswert der Schleifen die Oszillatorfrequenz bestimmt. Dabei wird die Frequenz eines jeden Schleifenoszillators verglichen mit der Frequenz eines entsprechenden Bezugsoszillators, und es wird eine Differenzfrequenz oder Schwebungsfrequenz abgeleitet. Wenn sich die Frequenz des Schleifenoszillators nur geringfügig gegenüber der Frequenz des Bezugsoszillators verändert, ergibt sich eine beträchtliche Änderung der Differenzfrequenz oder Schwebungsfrequenz. Diese Änderung kann zum Erzeugen eines Ausgangssignals benutzt werden, das eine Anzeige für die Gegenwart eines Fahrzeuges innerhalb des Feldes der Schleife bildet.

Ganz allgemein sind bereits Einrichtungen zur Feststellung verborgener oder unzugängiger Metalle bekannt. Bei einer dieser bekannten Einrichtungen ist die Induktionsschleife in einen Schwingkreis eingeschaltet, dessen Dämpfung oder Eigenschwingungszahl sich bei Eintritt eines Metallkörpers in den Bereich der Induktionsschleife ändert. Zur Bestimmung dieser elektrischen Größen ist der Schwingkreis in ein Netzwerk eingeschaltet, und es wird der Potentialunterschied an dem Schwingkreis gemessen. Im Ergebnis findet also lediglich eine Messung des Wirk- oder Blindwiderstandes statt. In einem Oszillator ist der Schwingkreis dabei nicht eingeschaltet.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die bereits vorgeschlagene Oszillatoranordnung zur Ermittlung der Gegenwart eines Fahrzeuges verbessert werden. Die bereits vorgeschlagene Oszillatoranordnung hat Vorrichtung zur Ermittlung der Gegenwart
eines Fahrzeuges oder einer ähnlichen
metallischen Masse

Anmelder:

General Precision Inc.,
Binghamton, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Chem. W. Rücker, Patentanwalt,

Hannover, Am Klagesmarkt 10-11

Als Erfinder benannt:
Martin John Prucha,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Februar 1962
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gegenüber der beschriebenen bekannten Anordnung mit einem passiven Netzwerk den Vorteil der Unabhängigkeit von Änderungen der Güte der Induktionsschleife und damit von Änderungen der Dämpfung des Schwingkreises. Die Ansprechcmpfindlichkeit ist dadurch größer und außerdem unabhängig von Dämpfungsänderungen, beispielsweise infolge von Witterungsänderungen bei im Erdreich verlegten Induktionsschleifen.

Die vorgeschlagene Oszillatoranordnung wird gcmaß der Erfindung verbessert durch mit dem Filterausgang gekoppelte Stabilisierungseinrichtungen, die dem frequenzbestimmenden Resonanzkreis des Bezugsoszillators zugeordnet sind und die, sobald die Grenzfrequenz des Filters erreicht ist, die Frequenz des Bezugsoszillators in eine Richtung ändern, bei der die Schwebungsfrequenz über die Grenzfrequenz des Filters hinausspringt. Durch die Erfindung ergibt sich ein System, das teilweise selbsterregend arbeitet und stabilisiert ist.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellt dar

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Fig. 1 ein elektrisches Schaltdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltdiagramm eines in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Tiefpaßfilters und

Fig. 3a, 3b und 3c graphische Darstellungen der Ansprechcharakteristik des in F i g. 2 gezeigten Tiefpaßfilters.

Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung zur Ermittlung der Gegenwart einer metallischen Masse, z. B. eines Fahrzeuges, enthalt zwei ähnlich aufgebaute Oszillatorkreise 11 und 12. Die Oszillationsfrequenz des Kreises 11 ist dabei bestimmt durch einen Resonanzkreis, der aus einem Kondensator 13 und einer Induktionsschleife 14 gebildet ist. Die Induktionsschleife 14 kann ein aus einer einzigen Windung bestehender elektrischer Leiter sein, der in das Pflaster einer Fahrbahn oder an oder zwischen den Schienen einer Eisenbahnspur eingebettet ist. Durch die Schleife 14 wird ein Magnetfeld erzeugt, und der Induktionswert der Schleife nimmt ab, sobald die metallische Masse eines Fahrzeuges in das Feld der Schleife eintritt. Mithin erzeugt der Schlcifcnoszillatorll ein Signal, dessen Frequenz bestimmt wird durch den Induktionswert der Schleife 14. Dieses Signal wird in einem Differenzfrequenz-Detektor, der einen Transistor 15 enthält, mit einem Signal aus dem Bezugsoszillator 12 kombiniert. Das dabei entstehende Differenzsignal wird, wenn sich kein Fahrzeug im Feld der Schleife befindet, von einem Tiefpaßfilter 16 durchgelassen. Das Tiefpaßfilter 16 sperrt jedoch das Differenzsignal, sobald sich dessen Frequenz durch den Eintritt eines Fahrzeuges in das Feld der Schleife erhöht. Das vom Filter 16 durchgelassene Differenzsignal bildet nach Verstärkung in einem Verstärker 17 und Gleichrichtung in einem Gleichrichter 18 das gewünschte Gleichstrom-Ausgangssignal, das in (nicht weiter dargestellt) nachgeschalteten Einrichtungen weiterverarbeitet werden kann.

Sobald das Signal aus dem Verstärker 17 absinkt, wird ein Transistorschalter 20 leitend. Dadurch wird im Ergebnis ein Kondensator 21 parallel über einen eine Induktanz 22 und einen Kondensator 23 enthaltenden Resonanzkreis geschaltet, so daß die Frequenz des Bezugsoszillators 12 etwas absinkt. Durch diesen Frequenzabfall des Bezugsoszillators steigt die vom Transistor 15 erzeugte Differenzfrequenz v^iter an. Es entsteht ein Hystereseeffekt, derart, dai das gesamte Abtastsystem teilweise selbsterregend ari :itet und stabilisiert wird.

Der Schleifenoszillator 11 enthält zwei Transistoren 28 und 29. Der erste Transistor 28 ist im wesentlichen ein geerdeter Basisverstärker, und der zweite Transistor 29 ist im wesentlichen ein Emitterverstärker. Die Basiselektrode des Transistors 28 ist mit einem die Widerstände 30 und 31 enthaltenden Vorspannungsnetz verbunden. Der Widerstand 31 liefert einen negativen Rückkopplungsweg zum Stabilisieren der Schaltung. Durch einen Widerstand 32 und einen Kondensator 35 wird ein ÄC-Netz zum Ankoppeln einer negativen Speisespannung — E an die beiden Transistoren 28 und 29 gebildet. Dieses Netz liefert zugleich eine Erdableitung für Wechselströme. Durch einen Widerstand 34 wird eine Belastungsimpedanz für den Transistor 28 gebildet. Die Basiselektrode des Transistors 29 ist direkt mit diesem Widerstand 34 verbunden. Ein weiterer "Widerstand 36 bildet eine Belastungsimpedanz für den Transistor 29 und liefert zugleich den notwendigen positiven Rückkopplungsweg zum Aufrechterhalten der Oszillation zwischen den Transistoren 28 und 29. Die Frequenz dieser Oszillationen wird bestimmt durch einen Resonanzkreis, der eine Induktionsschleife 14 und den Kondensator 13 enthält. Dieser Resonanzkreis ist über einen Transformator 37, der eine Primärwicklung 33 enthält, mit dem positiven Rückkopplungsweg gekoppelt. Der Resonanzkreis 13-14 und der Transformator 33 bilden eine Erdablcitung. die für alle Frequenzen außer der Resonanzfrequenz eine relativ geringe Impedanz besitzt. Demzufolge führt die positive Rückkopplung über den Widerstand 36 zu einer Frequenz, die der hohen Impedanz der Erdableitung des Resonanzkreises 13-14 entspricht. Die Resonanzfrequenz des Kreises 13-14 hängt ihrerseits nur von den induktiven und kapazitiven Werten der darin enthaltenen Elemente ab. Dabei ist der induktive Wert der Schleife bei Veränderungen der Umgebungsbedingungen im wesentlichen konstant. Um den Oszillatorkrcis zu stabilisieren und völlig unempfindlich gegen Änderungen der Unigebungsbeclingun-« gen, insbesondere Änderungen der Bodenfeuchtigkeit, zu machen, ist der Kreis so beschaffen, daß der

s5 induktive Wert der Schleife 14 und der kapazitive Wert des Kondensators 13 vorherrschen, während die Einflüsse der sonstigen Faktoren, die z. B. einer Streukapazität, minimalisicrt sind. Die Mittel zum Vermindern des Einflusses einer Streukapazität der Schleife werden weiter unten noch erläutert. Veränderungen der Bodenleitfähigkeit beeinflussen nicht den induktiven Wert der Schleife, können aber eine Variation des Q-W'ertes hervorrufen. Der Oszillator 11 ist jedoch gegen den Q-Wert des Resonanzkreises 13-14 unempfindlich, so daß eine Variation des Q-Wertes nicht die Oszillatorfrequenz beeinflußt. Der Bezugsoszillator 12 ist nahezu identisch zum Schleifenoszillator 11 aufgebaut. In Fig. 1 sind deshalb die zum Schleifenoszillator 11 analogen Schaltungsbestandteile des Bezugsoszillators 12 mit gleichen, aber gestrichenen Bezugszeichen bezeichnet. Der Oszillator 12 unterscheidet sich von dem Oszillator 11 dadurch, daß der zum Kreis 13-14 entsprechende Resonanzkreis gebildet wird durch die Induktanzwicklung 22 und den Kondensator 23. Der Resonanzkreis 22-23 ist direkt mit der Emitterelektrode des Transistors 28' verbunden, während im Oszillator 11 eine Ankopplung über den Transformator 37 vorgesehen war. Wie weiter unten noch erläutert wird, können zusätzliche Kondensatoren 38 und 39 mittels Schaltdrahtverbindungen 40 und 41 parallel zum Kondensator 23 geschaltet werden.

Der Kreis zum Erzeugen der Differenzfrequenz oder Schwebungsfrequenz enthält den am Emitter geerdeten Transistor 15. Der eine der Oszillatoren ist über einen Widerstand 42 mit der Basiselektrode des Transistors 15 verbunden, während der andere Oszillator über einen weiteren Widerstand 43 mit dessen Kollektorelektrode verbunden ist. Da mithin die Basiselektrode des Transistors 15 nicht an einer Gleichspannungsquelle liegt, leitet dieser Transistor während abwechselnder Halbperioden des vom Oszillator 11 gelieferten Wellenzuges. Deshalb ergibt sich ein Betrieb derart, daß die beiden zugeführten Frequenzen gemischt werden und eine Hüllkurve ergeben, die die Differenzfrequcnz darstellt. Beide Frequenzsignale zusammen mit dem im Audiobereich liegenden Differcnzsignal erscheinen an der

Kollektorelektrode des Transistors 15. Eine Schutzdrossel 45 dämpft die Frequenzsignale, läßt aber die Hüllkurvenfrequenz, die gleich ist der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Oszillatoren, durch. Diese Differenzfrequenz ist normalerweise so beschaffen, daß sie das Tiefpaßfilter 16 passieren kann und am Punkt 46, der hinter dem Ausgang des Verstärkers 17 liegt, erscheint. Von diesem Punkt aus wird die Differenzfrequenz zu einem Gleichrichter 18 geleitet, so daß sie am Ausgang 47 des Gleichrichters 18 in Form eines Gleichstromsignals vorliegt. Der Verstärker 17 kann ein üblicher Audioverstärker sein, und der Gleichrichter 18 kann ein üblicher, Dioden enthaltender Brückengleichrichter sein.

Der am Punkt 46 normalerweise erscheinende Audio-Wellenzug wird weiterhin über ein /\C-Netz, bestehend aus einem Kondensator 48 und einem Widerstand 49, zu einem Spannungsverdoppler-Gleichrichterkreis, der zwei Dioden 50 und 51 enthält, geleitet. Dabei erscheint, sobald ein Wellenzug am Punkt 46 auftritt, ein positives Potential in Form einer Ladung auf dem Kondensator 52. Dem Kondensator 52 ist ein Transistor 53 nachgeschaltet, der normalerweise leitend ist. Die Basiselektrode dieses Transistors ist über einen Widerstand 54 an Erde gelegt, und die Emitterelektrode ist über ein Spannungstcilernetz, enthaltend die Widerstände 56 und 57, mit dem Kondensator 52 verbunden. Wenn das Tiefpaßfilter 16 einen Signaldurchgang gesperrt hat, erscheinen keine Signale am Punkt 46, so daß der Kondensator 52 entladen wird. Dadurch kommt die positive Vorspannung des Transistors 53 zum Wegfall, so daß der Transistor 53 durch die nunmehr wirksame negative Vorspannung des angelegten Bezugspotentials — E in den nichtleitenden Zustand geschaltet wird.

Der Transistorschalter 20 enthält zwei Transistoren 25 und 26, die normalerweise nichtleitend sind. Dadurch ist der Kondensator 21 gegen Erde isoliert. Beide Basiselektroden der Transistoren 25 und 26 sind normalerweise durch eine Leitung des Transistors 53 positiv vorgespannt, Während derjenigen Zeiträume jedoch, während deren das Differenzsignal vom Tiefpaßfilter 16 nicht durchgelassen wird, ist der Transistor 53 nichtleitend, so daß an den Basiselektroden der Transistoren 25 und 26 eine über einen Widerstand 59 zugeführte negative Vorspannung wirksam werden kann, die beide Transistoren leitend macht. Der Kondensator 21 koppelt das Wcchselspannungssignal aus dem Bezugsoszillator 12 zu einem Punkt 61, der normalerweise gegen Erde isoliert ist, weil die Transistoren 25 und 26 nicht leiten.

Die Transistoren 25 und 26 liefen einander parallel, sind jedoch relativ zueinander in umgekehrte Richtung geschaltet. Die beiden Basiselektroden sind miteinander und mit dem gemeinsamen, die Vorspannung steuernden Transistor 23 verbunden, während jeweils die Kollektorelektrode des einen Transistors mit der Emitterelektrode des anderen Transistors verbunden ist. Die beiden Emitter-Kollektor-Kombinationcn liegen zwischen dem Punkt 61 und Erde. Wenn die Transistoren 25 und 26 in ihren leitenden Zustand vorgespannt sind, wird der Wellenzug aus dem Oszillator 12 vom Punkt 61 aus über die beiden Transistoren 25 und 26" an Erde gelegt. Die abwechselnden Halbpenoden des Wcllenzuges besitzen entgegengesetzte Polarität. Während dieser Halbperioden leitet jeweils einer der Transistoren 25 und 26 unsymmetrisch zwischen dem Punkt 61 und Erde, da die Sättigungsimpedanz eines Transistors von der Verstärkungscharakteristik β abhängt. Die /^-Charakteristik von Transistoren ist aber beträchtlich unterschiedlich, wenn Emitterelektrode und Kollektorelektrode gegeneinander ausgetauscht werden. Während der positiven Halbperioden des Wellenzuges am Punkt 61 leitet der Transistor 26 mit im wesentlichen keiner Impedanz, während der Transistor 25 zwar leitet, aber dem Stromfluß eine gewisse Impedanz entgegengesetzt. Während der negativen Halbperioden des Wellenzuges ist die Situation umgekehrt, der Transistor 25 ist voil leitend, und der . Transistor 26 besitzt eine gewisse Impedanz. Demzufolge gibt die Kombination der beiden umgekehrt zueinander geschalteten Transistoren einen guten Leitungsweg für den Wellenzug am Punkt 61, und zwar unabhängig von dessen momentaner Polarität. Mit anderen Worten bildet die Transistoranordnung 25-26 eine wirksame Schalteinrichtung für Wechselstrom.

Alternativ kann auch an Stelle der Transistoren 25 und 26 ein symmetrischer Transistor verwendet werden, wie er im Handel erhältlich ist. Ein solcher Transistor enthält eine Basiselektrode eines HaIblcitertyps zwischen zwei symmetrischen Elektroden des entgegengesetzten Halbleitertyps. Bei einem derartigen Transistor sind Emitterelektrode und Kollektorelektrode gegeneinander austauschbar, ohne daß sich der Verstärkungsfaktor β ändert, wenn die Funktion dieser beiden Elektroden ausgetauscht wird. Auf der anderen Seite sind jedoch derzeit die, Kosten eines solchen symmetrischen Spezialzwecktransistors größer als die Kosten zweier üblicher Transistoren, die in der in F i g. 1 gezeigten W'eise zusammengeschaltet sind.

Wie bereits erwähnt, ist der den Kondensator 13 und die Schleife 14 enthaltende Resonanzkreis über den Transistor 37 an den Schleifenoszillator 11 angekoppelt, Der Transistor liefert dabei den Erdanschluß, der für den Oszillatorkreis benötigt wird, isoliert aber die Schleife 14 gegen Erde. Die Schleife 14 besteht mit einer oder mehreren Windungen aus einem isolierten Kupferdraht, der auf den Boden gelegt oder in den Boden eingebettet ist. Damit kann sich ein gewisser Betrag an Streukapazität zwischen dem Draht und dem umgebenden Boden ergeben. In der Darstellung der Fig. 1 sind derartige Streukapazitäten durch die Kondensatoren 65 und 66 angedeutet. Diese beiden Kondensatoren 65 und 66 sind mithin keine körperlichen Elemente der Schaltung des Oszillators 11, sondern sollen lediglich die Einflüsse von Streiikapazitalen auf die Schleife 14 veranschaulichen. Die Existenz von Streukapaziliiten 65, 66 ist an sich nicht unbedingt schädlich, da der Kondensator 13 so einjustiert werden kann, daß er die Kapazitäten 65, 66 kompensiert und ein Schwingen des Kreises 11 bei der richtigen Frequenz veranlaßt. In der Darstellung der F i g. 1 sind die Kondensatoren 65, 66 an gegenüberliegenden Seiten der Schleife 14 angeschlossen dargestellt. Dies ist eine gute Annäherung an die tatsächliche Kapazitätsvcrteihing, denn es besteht keine galvanische Erdverbindung, die Schleife ist balanciert, und — vom elektrischen Standpunkt aus — der Kondensator 65 an der einen Seite der Schleife liegt in Serie mit dem Kondensator

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66 an der anderen Seite, wobei die beiden Serien- Filter angesehen werden, da es zwischen dem Durchkondensatoren parallel über den Kondensator 13 ge- laßband 75 und dem Sperrband 76 das graduelle legt sind. Übergangsgebict 77 besitzt. Fig. 3 b zeigt die An-

Wenn auch die Gegenwart der Streukapazitäten sprechcharaktcristik eines M-abgeleitctcn Filters. Es 65 und 66 selbst nicht schädlich ist, können sich 5 sind ein Durchlaßband 75' für niedrige Frequenzen, doch Änderungen oder Variationen dieser Kapazi- ein schmales Sperrband 78 und ein Durchlaßband 79 täten nachteilig auswirken. Solche Änderungen kön- für höhere Frequenzen vorhanden. Das M-abgclcitctc nen entstehen durch einen Wechsel der Umgebungs- Filter kann scharf derart abgestimmt werden, daß bedingungen und insbesondere durch eine Verände- das Sperrband sehr schmal wird und daß ein schiirrung des Feuchtigkeitsgehaltes des Bodens, in den io fer, steiler Übergang vom Durchlaßband zum Spcrrdie Schleife 14 eingebettet ist. Beispielsweise können band auftritt. Wenn nun der scharfe Übergang des Streukapazitäten 65, 66 während starker Regenfälle M-abgeleiteten Filterabschnittes in F i g. 2 kombibeträchtlich ansteigen, so daß sich eine Veränderung niert wird mit dem Durchlaßband und dem Spcrrder Abstimmung des Schleifenoszillators ergibt. Um band des K-konstanten Filterabschnittes, ergibt sich den Einfluß einer Veränderung der Streukapazitäten 15 die in Fig. 3c gezeigte Kurve. Diese Ansprcchkurvc auf einem Minimum zu halten, sollte die Größe der zeigt ein Durchlaßband 75" für niedrige Frequenzen, Streukapazitäten selbst auf ein Minimum gebracht das den beiden Durchlaßbändern 75 und 75' des werden. Es ist wünschenswert, daß keine galvanische K-konstantcn bzw. des M-abgeleitetcn Filterabschnit-Erdverbindung an der einen Seite oder der anderen tes entspricht. Sobald die Frequenz über die Grcnz-Seite der Schleife 14 vorliegt, damit die beiden Kapa- 20 frequenz des Durchlaßbandes hinaus ansteigt, füllt zitäten 65 und 66 in Serie liegen und nicht eine ein- die Ansprcchkurvc infolge der entsprechenden Chazige, effektiv über die Schleife geschaltete Kapazität raktcristik des M-abgeleitelcn Abschnittes scharf ab bilden. Es ist weiter wünschenswert, daß die Schleife Hinter diesem scharfen Abfall ergibt sich aus dem 14 eine minimale Anzahl von Windungen besitzt, M-abgeleitcten Abschnitt wiederum ein gcringfiU'jwobei sich in ausgeführten Installationen Schleifen- as g^es, kappenartiges Ansprechband, das beim Mini·· ausbildungen mit nur einer einzigen Windung gut mumpunkt 80 beginnt. Damit steigt init ansteigender bewährt haben. In einem solchen Fall wird die Streu- Frequenz die Ausgangsübei trapmg des Filters μι·- kapazität 65, 66 minimalisicrt, so daß auch Ände- ringlügig wieder an. Dieser Anstieg ist jedoch nicht rungen dieser Kapazität die Wirkungsweise des ausreichend, um eine Schaltung in den dem Filter 16 Schleifenverstärkers 11 nicht nachteilig beeinflussen 30 nachgeschaltcten Einrichtungen zu veranlassen. Sokönnen. Es wurde gefunden, daß der Transistor 37 mit ergibt die Kombination der K-konstanten Filtcrein Windungszahlverhältnis in der Größenordnung abschnitte mit dem M-abgclciteten Abschnitt ein von 3: 1 haben kann, um die Verwendung einer Tiefpaßfilter, das ein gleichförmiges Durchlaßband Scheife mit nur einer einzigen Windung und damit für niedrige Frequenzen und einen scharfen Abfall eine Minimalisierung des Einflusses der Streukapa- 35 zum Minimumpunkt 80 besitzt. Der Schaltpegel 81 zität zu ermöglichen. Falls eine aus mehreren Win- kann etwa 6db unterhalb der normalen Übertragung düngen bestehende Schleife notwendig sein sollte, des Durchlaßbandes 75" eingestellt werden. Beim können die einzelnen Schleifenwindungen innerhalb Minimumpunkt 80 würde sich eine übertragung vom eines einzigen wasserdichten Kabels eingebettet sein. Wert Null ergeben, wenn der M-abgeleitctc Filtcr-Diese Anordnung bringt Änderungen in der Streu- 40 abschnitt ideale Schaltungselemente enthalten konnte. kapazität zwischen den einzelnen Schleifenwindun- Bei den praktisch zur Verfugung stehenden Schalgen auf ein Minimum, so daß der Haupteinfluß auf tungselementen ergibt sich für den Minimumpunkt den Oszillator 11 von der Streukapazität zwischen 80 ein Wert von 30 db unterhalb des Pegels des den als Ganzes betrachteten mehreren Schleifenwin- Durchlaßbandes 75". Beim Frequenzanstieg jenseits düngen und der umgebenden Erde ausgeht. 45 des Minimumpunktes ergibt sich ein Wert von etwa

Wie sich im einzelnen aus F i g. 2 ergibt, enthält 20 db, der in jedem Fall gut unterhalb des Schalt-

das Tiefpaßfilter 16 drei induktive Wicklungen 69, pegels 81 von 6 db liegt.

70 und 71 sowie drei Kondensatoren 72, 73 u'~d 74. Es ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Gcgcn-

Ein Teil der Induktanz 69 zusammen mit der' Ron- wart eines Fahrzeuges konstruiert worden, bei der

densator 72 bildet eine Hälfte eines K-koni,anten 50 der Schleifenoszillator (bei Abwesenheit eines Fahr-

Filterabschnittes, und ähnlich bildet ein Teil .-,;r In- zeuges im Feld der Schleife) auf 9OkHz abgestimmt

duktanz zusammen mit dem Kondensator 7i eine ist. Der Bezugsoszillator 12 dieser Vorrichtung ist

andere Hälfte eines K-konstanten Filterabschnittes. normalerweise auf eine Frequenz von 87,25 kHz ab-

Der Rest der Induktanz 69, der Rest der Induktanz gestimmt. Damit ergibt sich eine vom Diffcrcnz-

70, die Induktanz 71 und der Kondensator 74 bilden 55 frequenz-Dctcktor 15 erzeugte Schwebungsfrcqucnz

zusammen einen M-abgelciteten Filterabschnitt. von 2,75 kHz, die vom Tiefpaßfilter 16 durchgelassen

Fig. 3a zeigt die Ansprechcharakteristik für und im Verstärker 17 verstärkt wird. Beim Eintritt

ein K-konstantes Tiefpaßfilter. Es ist ein Durchlaß- der metallischen Masse eines Fahrzeuges in das FiI-

band 75 für die Signale niedrigerer Frequenz und ein ter der Schleife 14 verschiebt sich die Frequenz des

Sperrband 76 für die Signale höherer Frequenz vor- 60 Schleifenoszillators auf einen Wert oberhalb von

handen. Zwischen dem Durchlaßband 75 und dem 92,5 kHz. Dadurch wird eine Schwebungsfrequcnz

Sperrband 76 liegt ein Band 77, bei dem die Über- von mehr als 5,25 kHz von dem Diffcrenzfrequenz-

tragungsleistung (in Dezibel) im wesentlichen linear Generator 15 erzeugt. Die Frequenz von 5,25 kHz

mit ansteigender Frequenz abfällt. Da die Ansprech- entspricht dem auf dem Pegel — 6 db liegenden

charakteristik eines idealen Tiefpaßfilters nur ein 65 Punkt 82 der Ansprechkurve 3c des Filters. An die-

Durchlaßband für niedrige Frequenzen, gefolgt von sem Punkt schließt sich der Transformatorschaltcr

einem scharfen Abfall auf das Sperrband, aufweisen 20 und koppelt den Kondensator 21 parallel zum

soll, kann das K-konstante Filter nicht als ideales Bezugsoszillator 12. Dadurch wird der Bezugsoszil-

lator 12 in seiner Frequenz von 87,25 kHz verschoben auf 85,25 kHz, und die Schwebungsfrequenz zeigt dementsprechend einen Wert von 7,25 kHz an, der deutlich oberhalb des Schaltpunktes 82 liegt. Auf diese Weise tritt, wenn die Grenzfrequenz des Filters erreicht wird, eine positive Schaltwirkung ein, die ein selbsterregendes Arbeiten des Systems verursacht, welches das System in seinem Schaltzustand festhält und ein sofortiges Rückschalten verhindert. Ein entsprechender Schaltablauf tritt ein, wenn die metallische Masse sich wieder aus dem Feld der Schleife herausbewegt. Der Schleifenoszillator 11 kehrt dann wieder auf sein Ausgangssignal von 90 kHz zurück, und die Schwebungsfrequenz reduziert sich dadurch auf einen Wert von 4,75 kHz. Dieser Wert von 4,75 kHz liegt deutlich unterhalb der Schaltfrequenz von 5,25 kHz. Dadurch öffnet sich wieder der Transformatorschalter 20, der Kondensator 21 wird vom Resonanzkreis des Oszillators 12 entkoppelt, und der Ausgang des Bezugsoszillators 12 kehrt auf seinen Eingangswert von 87,25 kHz zurück. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß durch das leichte Verschieben der Bezugsfrequenz eine Schaltwirkung mit Hysteresiseffekt auftritt, die unstabile Zustände oder Flatterzustände der Vorrichtung verhindert.

Der Bezugsoszillator 12 kann fabrikmäßig zusammengebaut und abgestimmt werden. Der Schleifenoszillator 11 läßt sich jedoch nicht vollständig fabrikmäßig vorfertigen und abstimmen, da die Induktionsschleife 14 an Ort und Stelle installiert werden muß, bevor sie in den Oszillatorkreis eingeschaltet wird. Dabei kann jedoch jede solcher Installationen unter etwas unterschiedlichen Bedingungen erfolgen, so daß der Induktionswert der Schleife 14 und damit auch die Abstimmung des Oszillators 11 nicht vorbestimmbar sind. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, den Kondensator 13 einstellbar zu machen und mit einer Justierung des Kondensators 13 eine endgültige Abstimmung des Schleifenoszillators 11 nach erfolgter Installation durchzuführen. Um die Abstimmung des Schleifenoszillators 11 noch weiter zu vereinfachen, kann ein Kondensator 38 zeitweilig mittels einer Schaltdrahtverbindung 40 in den Resonanzkreis des Oszillators 12 eingeschaltet werden, so daß der Ausgang des Oszillators 12 zeitweilig auf eine niedrigere Frequenz absinkt. In dem bereits erläuterten praktischen Ausführungsbeispiel ist ein Kondensator 38 von 3000 mmF verwendet worden, der eine Verschiebung der Frequenz des Oszillators 12 auf 84,25 kHz verursachte. Da das Tiefpaßfilter 16 einen Minimumpunkt 80 bei 5,75 kHz besitzt, kann auf diese Weise der Schleifenoszillator abgestimmt werden auf einen minimalen Ausgang vom Tiefpaßfilter 16 und Verstärker 17. Dieser minimale Ausgang, der dem Punkt 80 in Fig. 3c entspricht, läßt sich leicht mit geeigneten Einrichtungen identifizieren, beispielsweise kann ein einfaches Voltmeter mit der Ausgangsklemme 47 benutzt werden, um den Minimumausgang während der Justierung des Kondensators 13 unter den Ortsbedingungen anzuzeigen. Alternativ können auch zwei Kopfhörer mit dem Ausgang des Verstärkers 17 gekoppelt werden, so daß sich eine hörbare Anzeige des Minimumausganges bei der Herstellung des Kondensators 13 ergibt. Bei einer zeitweilig durch den Kondensator 38 auf 84,25 kHz verschobenen Bezugsfrequenz muß der Schleifenoszillator auf 90 kHz abgestimmt werden, damit sich der Minimumausgang beim Punkt 80 (5,75 kHz) der Ansprechkurve ergibt. Zusammenfassend ergibt sich, daß der fabrikseitig abgestimmte Oszillator 12 zusammen mit der vorbestimmten Ansprechcharakteristik des Filters 16 (Punkt 80) am Einsatzort zum Abstimmen des Schleifenoszillators 11 benutzt werden können, so daß für diese Arbeit nur ein Minimum an Hilfsmitteln benötigt wird.

Die Empfindlichkeit des Abtastsystems für Fahrzeuge od. dgl. kann etwas erhöht werden durch Hinzufügen eines weiteren Kondensators in den Resonanzkreis des Bezugsoszillators 12. Fig. 1 läßt einen solchen weiteren Kondensator 39 erkennen, der mittels einer Schaltdrahtverbindung 41 parallel zum Hauptkondensator 23 schaltbar ist. Durch das Einschalten des Kondensators 39 in den Resonanzkreis sinkt die Frequenz des Bezugsoszillators 12 etwas ab. Dadurch steigt die im Diilercnzfrequenz-Detektor erzeugte Schwebungsfrequenz entsprechend an. Mit einer erhöhten Schwebungsfrequenz wird eine stär-

ao kere Annäherung an die Grenzfrequenz des Filters 16 erzielt, so daß Änderungen in der Frequenz des Schleifenoszillators 11 kritischer die Wirkungsweise des Systems beeinflussen. Mit anderen Worten wird ein mit dem zusätzlichen Kondensator 39 ausgerüstetes System beim Einschalten dieses Kondensators in den Bezugsoszillator 12 stärker empfindlich gegenüber Fahrzeugen, die in das Feld der Schleife 14 eintreten. Der Wert des Kondensators 39 ist durch die notwendige Beachtung der Stabilität des Systems bcgrenzt. Es können nunmehr, wenn der Grenzwert des Filters 16 zu stark angenähert wird, fehlerhafte Schaltvorgänge ausgelöst werden, die lediglich auf leichten Abweichungen des Oszillators 11 oder des Oszillators 12 von ihren Normalfrequenzen beruhen.

In dem weiter oben bereits erläuterten praktischen Ausführungsbeispiel waren mehrere kleinere Kondensatoren 39 vorgesehen, die gesondert über Schaltdrahtverbindungen in den Resonanzkreis des Bczugsoszillators 12 einschaltbar waren, so daß die Empfindlichkeit des Systems am Einsatzort in kleinen Stufen auf einen optimalen Kompromiß zwischen einer guten Empfindlichkeit und einer guten Stabilität einstellbar war.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Gegenwart eines Fahrzeuges oder einer ähnlichen metallischen Masse, enthaltend einen ersten Oszillator mit einer Induktionsschleife zum Erzeugen eines Signals, dessen Frequenz sich beim Eintreten eines Fahrzeuges in das Feld der Schleife ändert, sowie einem zweiten Oszillator zum Erzeugen eines Bezugssignals, dessen Frequenz sich von der Frequenz des Schleifenoszillators unterscheidet, sowie einem mit beiden Oszillatoren gekoppelten Schwebungsfrcqucnz-Dctcktor zum Erzeugen eines Signals, dessen Frequenz gleich der Differenz der Frequenz der beiden Oszillatoren ist, sowie weiterhin ein mit dem Schwebungsfrequenz-Detektor gekoppeltes und derart abgestimmtes Filter, daß bei der Gegenwart eines Fahrzeuges im Feld der Schleife die Schwebungsfrequenz eine Grenzfrequenz des Filters überschreitet, gekennzeichnet durch mit dem Filterausgang gekoppelte Stabilisicrungscinrichtungen (48 bis 54, 20), die dem frequenzbestimmenden Resonanzkreis (22, 23) des Bc/.ugsoszillators (12) zugeordnet sind und die, sobald die

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Grenzfrequenz des Filters erreicht ist, die Frequenz des Bezugsoszillators (12) in eine Richtung ändern, bei der die Schwebungsfrequenz über die Grenzfrequenz des Filters hinausspringt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Bczugsoszillators (12) geringer ist als die Frequenz des Schleifenoszillators (11), die durch die Gegenwart eines Fahrzeuges im Feld der Induktionsschleife (14) ansteigt, und daß die Stabilisierungseinrichtungen (48 bis 54, 20) die Frequenz des Bezugsoszillators (12) zum Absinken bringen, wenn die Grenzfrequenz des Filters erreicht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Tiefpaßfilter (16) ist, dessen Ausgang mit einem Schalterkreis (20) gekoppelt ist, der eine Änderung einer Kapazität (23, 21) in dem Resonanzkreis (22, 23) des Bezugsoszillators (12) bewirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalterkreis (20) zwei Transistoren (25, 26) enthält, bei denen der Emitter des einen Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist und die als Paar in Serie geschaltet sind zu einem Kondensator (21), der dem Hauptkondensator (23) des Resonanzkreises (22, 23) des Bezugsoszillators (12) parallel liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter einen K-konstanten Abschnitt (69, 72, 70, 73) und einen M-abgeleiteten Abschnitt (69, 70, 71, 74) besitzt und dadurch eine Charakteristik liefert, die ein Durchlaßband für niedrigere Frequenzen, eine steile Übergangszone und ein Sperrband für höhere Frequenzen aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Oszillator (11) einen aus Induktionsschleife (14) und einem Abstimmkondensator (13) bestehenden Resonanzkreis enthält sowie einen Kopplungstransformator (37), dessen eine Wicklung über der Schleife und dem Abstimmkondensator liegt und dessen andere Wicklung (33) zwischen dem Verstärkerkreis (28) des Oszillators und einem Bezugspotential liegt, so daß der Resonanzkreis der Schleife (14) schwimmend und ungeerdet ist und nur minimale Streukapazität aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfskondensator (38 oder 39) zeitweilig in dem Resonanzkreis des Bezugsoszillators einschaltbar (40 oder 41) ist und im eingeschalteten Zustand die Frequenz des Bezugsoszillators (12) zeitweilig auf einen Wert verschiebt, bei dem die Schwebungsfrequenz (ohne Fahrzeug in der Schleife) durch Abstimmung des Schleifenoszillators (11) auf den Minimumpunkt (80) des Filters einstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 81 200.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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