DE2341161A1 - Auf kapazitaets- und widerstandsaenderungen ansprechende steuerschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise die hochempfindliche Antennenanordnung für auf Kapazitätsänderungen ansprechende Schaltkreise umfassen, wie sie in dem am 19. Juni 1973 erteilten US-Patent 3 7^0 567 des Erfinders Carl E. Atkins der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft auf Kapazitätsund Widerstandsänderungen ansprechende Steuerschaltkreise. Eine Vielzahl solcher auf Zustände bzw. Bedingungen ansprechende Schaltkreise sind bereits Stand der Technik, wie z.B. die im folgenden aufgeführten US-Patentschriften zeigen:

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3 200 304, 3 200 305, 3 275 897, Re 26 828, 3 314 O8l, 3-339 212, 3 382 4O8, 3 435 298, 3 492 542, 3 551 753, 3 555 368, 3 564 3^6, 3 568 005, 3 568 006, 3 569 728.

Bei gewissen Anwendungsfällen jedoch, wie z.B. bei der Feststellung der richtigen oder unrichtigen Anlegung von Sicherheitsgurten in Kraftfahrzeugen ist es notwendig, zwischen Menschen bzw. Säugetieren und. unbelebten, die Sitze einnehmenden Objekten bzw. Lasten zu unterscheiden. Die Anmelderin hat festgestellt, daß durch Ankoppeln eines einen Sitz einnehmenden Menschen, Säugetieres oder Gegenstandes mittels eines Fühlers, der an einer ausgewählten Stelle bzw. an mehreren ausgewählten Stellen des Sitzes angeordnet ist, an einem Schwingkreis und durch Peststellung des Grades der Dämpfung der Schwingungen in dem Schwingkreis eine schärfere Unterscheidung zwischen Menschen und anderen Säugetieren und unbelebten, leitenden oder nicht leitenden Gegenständen erreicht werden kann, wenn diese in die Nähe oder in Berührung mit einem leitenden Fühler kommen, der benachbart einer ausgewählten Sitzoberfläche angeordnet ist. Die Anmelderin hat ferner festgestellt, daß diese bessere Unterscheidung auf den verschiedenen Graden der Herabsetzung des Gütefaktors Q eines Schwingkreises beruht, die durch die Menschen und andere Säugetiere und unbelebte Objekte bewirkt werden, die daran angekoppelt werden.

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Der Gütefaktor Q eines Schwingkreises ist durch seine Engergiespeicherfähigkeit im Vergleich zu seinem Energieverbrauch bestimmt.

Wenn die komplexe Impedanz, die ein Mensch, ein anderes Säugetier oder ein unbelebtes Objekt darstellt, an den Schwingkreis gekoppelt wird, wird die Dämpfung der Schwingungen in dem Schwingkreis dadurch erhöht. Da die komplexe Impedanz von Menschen und anderen Säugetieren eine wesentliche ohm'sche Widerstandskomponente bzw. eine einen Stromverbrauch bewirkende Komponente.umfaßt, die bei den meisten unbelebten Objekten nicht vorhanden ist, wird der Gütefaktor Q. eines Schwingkreises stärker herabgesetzt, wenn er mit Menschen oder anderen Säugetieren verbunden wird, als wenn er mit unbelebten Objeten verbunden wird. Aufgrund der Herabsetzung des Gütefaktors Q des Schwingkreises, erfolgt eine feststellbare Herabsetzung der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen bzw. der Resonanz des Schwingkreises, sobald der Schwingkreis mit Menschen oder anderen Säugetieren verbunden wird.

Die auf Kapazitäts- und Widerstandsänderungen ansprechende Schaltung besitzt einen weiten Verwendungsbereich und kann z.B. auch zur überwachung von Rohrsystemen verwendet

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werden. Aufgrund der besonders hohen Ansprechempfindlichkeit des Schwingkreises auf die Belastung durch einen Menschen, kann ein Fühler verwendet werden, dessen dem zu messenden Objekt ausgesetzte Fläche nur einige Quadratzentimeter (einige wenige Quadratzoll) groß ist und die damit kleiner als alle bisher verwendeten Fühlerflachen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein von Zuständen bzw. Bedingungen abhängiger Steuerschaltkreis vorgesehen, in dem mindestens ein Schwingkreis periodisch durch von einem Impulsgenerator abgegebene Impulse angeregt wird und während jedes Nüllpotentials bzw. Niveaus zwischen den Impulsen in seiner natürlichen bzw. Resonanzfrequenz schwingen kann, wobei die Änderung der Amplitude und/oder der Dauer der Schwingungen des Schwingkreises, die durch Verbinden mit einer äußeren Impedanz mit einer großen kapazitiven oder Widerstandskomponente bewirkt wird hervorgehoben und/oder festgestellt wird, um ein Steuersignal zu erzeugen. Die Änderung der Amplitude der gedämpften Schwingungen kann vor ihrer Peststellung hervorgehoben werden, indem ein Oszillatorschaltkreis vorgesehen wird, der von der positiven Amplitude der gedämpften Schwingungen stoßartig in Schwingungen versetzt wird. Auf diese Weise erhält man am Oszillatorschaltkreis ein oszillierendes Ausgangssignal, sobald die

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positive Amplitude der gedämpften Schwingung des Schwingkreises über einer bestimmten Schwelle liegt und kein Ausgangssignal, wenn die positive Amplitude unter dem vorbe~ stimmten Schwellwert liegt. Das oszillierende oder nicht oszillierende Ausgangssignal kann dann festgestellt werden, um ein Steuersignal zu bilden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand sehematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 in einem schematischen Schaltplan eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen auf kapazitive und auf Wxderstandsänderungen ansprechenden Schaltung;

Fig. 2 in einem schematischen Schaltplan eine zweite

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung und

Fig. 3 in einem schematischen Schaltplan eine dritte

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, liefert ein Impulsgenerator 10 periodische Impulse positiver Polarität, zwischen denen die Amplitude im wesentlichen auf dem Erdpotential ist

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Diese Impulse werden einem Vorspannungsschaltkreis 12 zugeführt, der einen Widerstand Rl, eine Kapazität Cl und eine Sperrdiode Dl umfaßt. Die positiv verlaufenden Impulse werden zu einem Schwingkreis 14 durchgelassen, der eine Induktivität Ll, eine Kapazität C2 und eine komplexe Impedanz einer äußeren, nicht gezeigten Last umfaßt, wobei die äußere Last über einen Fühler 16 mit dem Schwingkreis 14 verbunden ist. Ein Detektor 18 ist mit dem Schwingkreis 14 verbunden, um Veränderungen in der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen festzustellen, die den Ausgang des Schwingkreises 14 darstellen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Pig. I gezeigten Schaltung erläutert. Der Impulsgenerator 10 liefert periodisch Impulse positiver Polarität zu dem Vorspannungsschaltkreis 12, wobei diese Impulse vorzugsweise im Frequenzbereich von 10 bis 20 KHz liegen, und die Einschaltdauer etwa 50 % beträgt; es sind jedoch auch andere Frequenzen und andere Werte der Einschaltdauer verwendbar. Der Wert der Kapazität Cl wird so gewählt, daß sie annähernd einen Kurzschluß für die positiv verlaufenden Impulse darstellt. Während jedes positiv verlaufenden Impulses wird die Kapazität Cl mit der in Fig. 1 gezeigten Polarität aufgeladen, wobei jedoch die Diode Dl insgesamt so vorgespannt wird, daß

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sie in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Auf diese Weise fließt ein Strom durch die Induktivität Ll des Schwingkreises 14 und führt somit der Induktivität Ll Energie zu, die in dem magnetischen Feld gespeichert wird. Die Impedanz der Induktivität Ll ist gering und lädt daher den Ausgang des Impulsgenerators 10 in einem solchen Maß, daß die Erzeugung eines Steuersignals im Detektor 18 verhindert wird, und daß ferner verhindert wird, daß die Kapazität C2 sich in einem nennenswerten Grad auflädt. Nachdem die gespeicherte Energie in der Induktivität Ll einen Maximalwert erreicht hat, stellt die Induktivität Ll einen Kurzschluß für das restliche Ausgangssignal des Impulsgenerators dar, um die Amplitude des Impulses für · den verbleibenden Teil des positiv verlaufenden Impulses etwa auf das Erdpotential zu begrenzen. Die so in der Induktivität Ll gespeicherte Energie nimmt nicht an dem Schwingen des Schingkreises 14 in seiner Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz teil. Wenn das Hinterende des positiv verlaufenden Impulsausganges des Impulsgenerators 10 erreicht wird, fällt das magnetische Feld der Induktivität Ll zusammen und induziert dabei einen Stromimpuls, der durch die Induktivität Ll gegen Erde, d.h. gegen Masse, fließt, und bewirkt, daß die Kapazität Cl auf ein höheres Niveau aufgeladen wird.

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Da die Diode Dl eine Diode mit gespeicherter Ladung ist, speichert sie eine größere Ladung für eine längere Zeit und verliert diese Ladung schneller als die meisten Halbleiterdioden. Die Diode Dl besitzt eine merkliche Diffusionslextfähigkeit in dem Zeitpunkt, in dem die hintere Flanke des positiven Impulses durchläuft und da diese Leitfähigkeit existiert, verhindert sie, daß die Diode Dl den Vorspannschaltkreis 12 von dem Schwingkreis 14 isoliert. Da die Kapazität Cl von dem positiven Impuls des Impulsgenerators 10 und dem induktiven Impuls von der Induktivität Ll beaufschlagt wird, wirkt sie wie eine kleine Batterie und verursacht einen Stromfluß von Masse durch die Induktivität Ll, die aufgrund von Diffusion leitende Diode Dl, durch die Kapazität Cl selbst und durch den Impulsgenerator 10 gegen Masse. Auf diese Weise wird erneut Energie elektromagnetisch in der Induktivität Ll gespeichert. Der umgekehrte Strom durch die Diode Dl bewirkt eine schnelle Eliminierung des durch die Diffusionslextfähigkeit hervorgerufenen leitenden Zustandes der Diode Dl und die Diode Dl wird damit in die Lage versetzt den Vorspannungsschaltkreis 12 von dem Schwingkreis 14 zu isolieren. Da die Diode Dl aufgrund der in der Kapazität Cl verbleibenden Restladung in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist, stellt sie eine hohe Impedanz für

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den Schwingkreis 14 dar und verhindert somit dessen Aufladung. In ähnlicher V/eise ist der Detektorschaltkreis. 18 so ausgebildet, daß er den Schwingkreis 14 nicht auflädt. Wenn der Induktivität Ll nicht langer Energie zugeführt wird, fällt ihr magnetisches Feld zusammen und bewirkt ein Schwingen des Schwingkreises 14 in seiner Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz. Während das Signal zwischen den Impulsen auf seinem Null-Pegel (O-Pegel) ist, d.h. in der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden positiv verlaufenden Impulsen, wenn die Amplitude etwa auf dem Masse- bzw. Erdpotential ist, entlädt sich die Kapazität Cl teilweise durch den Widerstand Rl, Die Werte der Widerstände Rl und der Kapazität Cl sind so gewählt, daß die Diode Dl während des Null-Pegels zwischen den Impulsen in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Der Widerstand Rl und die Kapazität Cl können durch einen Kurzschlußkreis ersetzt werden, wenn der Ausgang des Impulsgenerators 10 zwischen den positiv verlaufenden Impulsen nicht etwa das Massepotential annimmt sondern stattdessen ein negatives Signal abgibt.

Wenn keine Last an den Fühler gekoppelt ist, liegen die Amplitude, die Frequenz und die Dauer der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises lh relativ fest und der Detektor 18 ist so ausgelegt, daß er in diesem Fall nicht anspricht. Wenn jedoch eine Last mit einer komplexen

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Impedanz, die eine wesentliche V/iderstandskomppnente aufweist, über den Fühler 16 mit dem Schwingkreis verbunden wird, so wird der Gütefaktor Q des Schwingkreises Ik herabgesetzt, wodurch die Amplitude und/oder die Dauer der Schwingungen des Schwingkreises 14 stark herabsetzt werden. Ein unbelebtes Objekt bzw. ein unbelebter Gegenstand, der in den meisten Fällen keine wesentliche Widerstandskomponente aufweist, hat nur eine geringe oder keine Auswirkung auf den Gütefaktor Q des Schwingkreises lh und daher auch keine oder nur geringe Auswirkung auf die Amplitude und/oder die Dauer der Schwingungen des Schwingkreises lh. Ferner ist eine Last, die eine komplexe Impedanz mit einer wesentlichen kapazitiven Komponente aufweist, in ähnlicher Weise in der Lage die Schwingungen des Schwingkreises 14 zu dämpfen, wenn sie mit dem Schwingkreis über den Fühler 16 verbunden wird.

Der Detektor ist vorzugsweise, in bekannter Weise so ausgebildet, daß er auf Herabsetzungen der Amplitude und/ oder der Dauer der gedämpften Schwingungen, die in dem Schwingkreis bewirkt werden, anspricht, um ein Steuersignal abzugeben.

Die Änderungen in der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen können vorteilhafterweise vor

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ihrer Zuführung zu dem Detektor verstärkt werden. Die vorzugsweise Ausführuiigsform gemäß ]?ig. 2 umfaßt eine Verstarlrun.gsvorrichtu.ng.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Impulsgenerator 20, Vorspannungsschaltkreise 22 und 2¹J der in Fig. 1 gezeigten Art, Schwingkreise 26 und 28, verstärkende Kreise 30 und 32, Detektorkreise 34 und 36 und Lastschaltkreise 38, 40 und 42. Die beiden parallelen ein Steuersignal erzeugenden Schaltkreise, die von den Vorspannschaltkreisen 22 und 24, den Schwingkreisen 26 und 28, den Verstärkungsschaltkreisen 30 und 32 und den Detektorschaltkreisen 34 und 36 gebildet werden, sind in ihrem Auf¹-bau und in ihrer Funktion identisch. Daher wird nur einer dieser Schaltkreise im einzelnen beschrieben.

Der Vorspannschaltkreis 22 ist mit dem Impulsgenerator 20 verbunden, um dessen Ausgangsimpulse zu empfangen und sie zu dem Schwingkreis 26 weiterzuleiten, der einen Fühler Al und eine Induktivität L2 umfaßt, wobei die Kapazität für den Schwingkreis von der Antenne Al und den Kapazitäten C7 und ■ C8 des Verstärkungsschaltkreises 30 gebildet wird. Der Verstärkungsschaltkreis 30 umfaßt einen Transistor Q Rückkopplungskapazitäten C7 und C8 und Vorspannungs- bzw.

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Strombegrenzungswiderstände RS und R9 und ist mit dem Schwingkreis 26 verbunden, um dessen Ausgangssignal zu empfangen und in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal ein oszillierendes Eingangssignal für den Detektor 34 zu bilden.

Der Detektor 3^ umfaßt Begrenzungswiderstände R12 und R13 und den Transistor Q 5 und wird so betrieben, daß er ein Steuersignal zu den Lastschaltkreisen 38 und 40 abgibt, sobald er ein vorbestimmtes Ausgangssignal von dem Verstärkungsschaltkreis 30 empfängt. Der. Schaltkreis gemäß Fig. 2 funktioniert wie folgt:

Der Impulsgenerator 20, der Vorspannungsschaltkreis 22 und der Schwingkreis 26 arbeiten wie in Pig. I beschrieben, wobei der Schwingkreis 26 periodisch gedämpfte Schwingungen mit seiner Eigenfrequenz bzw. seiner Resonanzfrequenz erzeugt. Wenn eine komplexe Impedanz mit einer wesentlichen Widerstandskomponente kapazitiv mit dem Fühler Al gekuppelt wird, wird der Gütefaktor Q' des Schwingkreises 26 herabgesetzt, wodurch wiederum eine Verringerung der Amplitude und/oder der Dauer der hervorgerufenen Schwingungen in dem Schwingkreis 26 jeweils während des O-Pegels zwischen den Impulsen des Impulsgenerators 20 bewirkt wird. Darüber hinaus kann eine Last mit einer komplexen Impedanz, die

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eine wesentliche kapazitive Komponente aufweist, ähnlich in der Lage sein» die Schwingungen des Schwingkreise 26 zu dämpfen, wenn sie über die Antenne Al mit dem Schwingkreis 26 gekuppelt wird.

Der Verstärkungsschaltkreis 30 hebt die Reduktion der Amplitude der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises 26, die durch die Last bewirkt wird, hervor. In Abwesenheit eines positiven Ausgangs von dem Impulsgenerator ist der Transistor Q 3 normalerweise nicht leitend, da an Basis und Emitter keine in Vorwärtsrichtung gerichtete Vorspannung vorhanden ist. Die Kapazitäten CJ und C8 werden entsprechend den Erfordernissen des Schwingkreises 26 so gewählt, daß sie eine ausreichende Rückkopplung ergeben, um Schwingungen des Transistors Q 3 zu erzwingen, wenn der Transistor Q 3 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Auf diese Weise wird, wenn ein positiver Impuls dem Vorspannungsschaltkreis 22 und dem Schwingkreis 26 zugeführt wird, um ein Schwingen des letzteren mit seiner Eigenfrequenz zu erreichen, sobald der Impulsausgang des Impulsgenerators 20 im wesentlichen ein Masse- oder Erdpotential oder ein negatives Potential besitzt, der Transistor Q 3 stoßartig zu Schwingungen angeregt aufgrund der Vorspannung, die von den positiven Abschnitten der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises bewirkt wird. Die Schwingung

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des Transistors Q 3 wird während der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises aufrecht erhalten aufgrund der Rückkopplung, die durch die Kapazitäten C7 und 08 erreicht _v wird· Durch die Widerstände R8 und R9 wird für die Erregerspannung ein Schwellmaß "bestimmt, oberhalb dem der Transistor Q 3 schwingt. R8 und R9 sind so gewählt, daß die Amplitude^:der "normalgedämpften" Schwingungen-d.h. den nicht durch eine an den Fühler Al angekoppelte Impedanz zusätzlich gedämpften Schwingungen - des Schwingkreises ausreicht, den !Transistor Q 3 zu Schwingungen anzustoßen· Der Transistor Q 3 ist vorgespannt, sodaß während der Schwingungen eine positive Gleichspannungskomponente an seinem .Emitter vorhanden ist. Wie "bereits erwähnt, hat der positive Impuls des Impulsgenerators 20 keine genügende Amplitude, um den Transistor Q 3 so vorzuspannen, daß er zu schwingen beginnt· Daher ist das vom Emitter des Transistors Q 3 abgenommene Ausgangssignal eine pulsierende Spannung mit einer positiven Gleichstromkomponente, solang der Schwingkreis 26 mit einer genügenden Amplitude in seiner Eigenfrequenz schwingt, während der Emitterausgang von Q 3 etwa das Massepotential aufweist, wenn die Amplitude der Eigenfrequenz schwingungen des Schwingkreises 26 ungenügend ist, um Schwingungen von Q 3 zu bewirken und außerdem nur die relativ geringe Amplitude des positiven Impulses des Impulsgenerators 20 vorhanden ist. Die Amplitude der Eigenfrequenzschwingung des Schwii^creises wird in ausreichendem Maße herabgesetzt, um Schwingungen des Transistors Q 3 zu verhindern, wenn eine Last mit einer kmplecen

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Impedanz, die eine wesentliche kapazitive oder Widerstandskomponente aufweist, kapazitiv mit dem Fühler Al gekoppelt wird. Auf diese Weise wird die Verminderung der Amplitude der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises 26 am Emitterausgang des Transistors Q 3 verstärkt angezeigt, indem der Ausgang von einem periodischen schwingenden Ausgangssignal, das eine Gleichstomkomponente aufweist, zu einem nicht schwingenden Ausgangsignal etwa im Bereich des Massepotentials übergeht. Mit dem Begriff "Verstärkung" ist hier diese Änderung des vom Transistor Q 3 abgegebenen Signals bezeichnet, die eintritt, wenn der Schwingkreis über ein gewisses Maß hinaus gedämpft wird.

Der Detektor 3^₉ der die Widerstände R12 und R13 · und den Transistor Q 5 umfaßt, stellt die Anwesenheit oder Abwesenheit von Schwingungen an dem Ausgang des Verstärkungsschaltkreises 30 fest und erzeugt ein entsprechendes Steuersignal. Der Widerstand R12 begrenzt den Basisstrom und der Widerstand R13 begrenzt den Kollektorstrom des Transistors Q 5. Während jeder Periode, während der der Transistor Q 3 schwingt und damit anzeigt, daß der Schwingkreis 26 nicht belastet ist, wird der Transistor Q 5 von der Gleichstromkomponente der Schwingung leitend gemacht, wodurch der Kollektor des Transistors Q 5 annähernd auf das Basispotential gebracht wird. Wenn der Transistor Q 3 aufhört

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zu schwingen und sein Emitter etwa auf das Basispotential gebracht wird und damit eine Belastung des Schwingkreises 26 anzeigt, wird der Transistor Q 5 ausgeschaltet, bzw. gesperrt und sein Kollektor steigt auf die Speisespannung, an, die vorzugsweise etwa + 10 Volt Gleichstrom beträgt.

Auf diese Weise wird, wenn der Fühler Al mit einer Impedanz gekuppelt ist, die entweder eine wesentliche kapazitive oder eine wesentliche Widerstandskomponente aufweist, was bei Menschen und anderen Säugetieren der Fall ist, ein Steuersignal mit Speisespanmingspotential am Kollektor des Transistors Q 5 erzeugt; ansonsten weist das 'Steuersignal 'im we sent liehen das^ Masse_potential auf.

Die auf diese Weise erzeugten Steuersignale können entweder für sich allein oder in Kombination verwendet werden, um eine Anzahl von Lastschaltkreisen zu steuern. Z.B. kann der Ausgang des Detektors 34 einen Lastschaltkreis oder einen Lastschaltkreis 40 oder diese beiden Lastschaltkreise gleichzeitig, steuern. In ähnlicher Weise kann der Ausgang des Detektors 36 verwendet werden, um einen Lastschaltkreis 42 oder den Lastschaltkreis 40 oder beide Lastschaltkreise 40 und 42 zu steuern. Alternativ können beide

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Steuersignale von den Detektoren 34 und 36 unabhängig voneinander oder in Kombination verwendet werden, um einen einzigen Lastschaltkreis 40 zu steuern, der logische Schaltkreise wie z.B. einen ODER- oder einen UND- Schaltkreis umfassen kann.

In der zweiten bevorzugten vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die verschiedenen Schaltkreiskomponenten wie folgt dimensioniert sein:

Widerstände:	1 Kiloohm	Kapazitäten:	0.22	39	Mikrofarad	• •	Mikrohenry
R2	30 Kiloohm	C3	- 390	39	Pikofarad		Mikrohenry
R3 -	330 Ohm	C4	0.22		Mikrofarad
R4	330 Ohm	C5	0.22	Mikrofarad
R5 -	3.3 Kiloohm	C6	- 150	Pikofarad
R6 -	3.3 Kiloohm	C7	20	Pikofarad
R7	500 0hm (max)	C8	- 150	Pikofarad
R8	470 0hm	C9	20	Pikofarad
R9	500 0hm (max)	ClO
RIO -	470 0hm
RIl -	470 Kiloohm		Induktivitäten:
R12 -	33 Kiloohm
R13 -	470 Kiloohm	L2
R14 -	33 Kiloohm	L3
R15 -

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Transistoren:	2N4248
Ql -	2N3567
Q2 -	2N5132
Q3 -	2N5132
Q4 -	2N5132
Q5 -	2N5132
Q6 -

Dioden:	1N4148
Dl	1N4148
D2	1N4148
D3	1N4148
OH -

Pig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Detektors 44, der einen Höchstwertdetektor bzw. Höchstwertanzeiger ¹16 umfaßt. Eer Ausgang des Höchstwertanzeigers wird an der Verbindungsstelle zwischen der Diode D4 und der Kapazität C12 und dem Widerstand R1.8 abgenommen. Die negativen Abschnitte der gedämpften Schwingung des Schwingkreises 14 schalten den Transistor Q 7 ab und bewirken, daß eine gesteuerte Ladung der Kapazität C12 über den Widerstand R17 und die Diode D4 zugeführt wird. Der Widerstandswert des Widerstandes Rl8 ist so gewählt, daß eine Entladung der Kapazität C12 zwischen den positiven Abschnitten der gedämpften Schwingung des Schwingkreises 14 verhindert wird. Daher arbeiten, wenn der Schwingkreis 14 mit seiner Eigenfrequenz schwingt die Diode D4 die Kapazität C12 und der Widerstand Rl8 als ein Köchstwertanzeiger, der die Detektorausgangsspannung auf einem Potential hält, das etwa der Speisespannung

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entspricht. Wenn der Schwingkreis Ik von dem positiv verlaufenden Impuls des Impulsgenerators 10 mit Energie versorgt wird, liegt an dem Transistor Q 7 eine solche Vorspannung, daß er nicht leitend ist und sein Kollektor
weist etwa die Speisespannung auf und das Ausgangssignal
des Detektors wird wiederum auf einem Potential gehalten, das in etwa der Speisespannung entspricht. Wenn jedoch der Schwingkreis Ik vermittels des Fühlers 16 mit einer äußeren Impedanz gekoppelt wird, die entweder eine wesentliche
kapazitive oder Widerstandskomponehte besitzt, wird die
Amplitude der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises
14 herabgesetzt und damit die Zeit, während der der Transistor Q 7 abgeschaltet ist, ebenfalls herabgesetzt.
Aufgrund dessen wird die Ladung, die der Kapazität C12
während der Resonanzschwingungen des Schwingkreises zugeführt wird, herabgesetzt und damit auch die Spitzenamplitude, die von dem Höchstwert bzw. Spitzenanzeig.er 46 festgestellt wird. Auf diese Weise kann eine Änderung des Detektorausv gangssignals von 2 : 1 für kleine Amplitudenänderungen
der gedämpften Schwingungen des Schwingkreises Ik erhalten werden.

Die vorstehend beschriebenen auf kapazitive und auf Widerstandsänderungen ansprechenden Schaltungen können in verschiedenster V/eise verwendet werden. So können z.B.

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Änderungen der Antennenbelastung durch einen miniaturisierten Belastungsschaltkreis bewirkt werden, der eine Scheibe bzw. Kondensatorplatte umfaßt, die für eine wahlweise Kopplung mit dem Fühler Al oder dem Fühler A2 bestimmt ist. Ein solcher Belastungsschaltkreis kann z.B. in einen Gegenstand eingebaut sein, der von einer Person getragen wird, wie z.B. in einen Ring oder in ein Uhrband und kann als Schlüssel verwendet werden, um z.B. zu bewirken, daß ein Steuerschaltkreis ein Schloß öffnet. Das Ausgangssignal von einem beliebigen oder von allen der Detektorschaltkreise kann durch Anschluß eines Polaritäts-Umkehrschaltkreises abgewandelt werden. Im Fall des Detektors gemäß Fig. 3 kann eine negative Spannung verwendet werden, indem die Diode D4 entgegen der dargestellten Richtung gepolt wird. Ferner kann die /Jider stands komponente der Impedanz, mit der der Schwingkreis belastet wird, ohmisch mit dem Fühler gekoppelt werden und nicht kapazitiv. Es können auch andere dem Fachmann bekannte Detektorverfahren d.h. Verfahren zur Feststellung von Änderungen der Schwingungen des Schwingkreises verwendet werden, die von den offenbarten Verfahren abweichen; so kann z.B. eine Synchronitätsfeststellung oder eine Zeitvergleichsmethode verwendet werden, um Änderungen in der Amplitude und/oder der Dauer der gedämpften Schwingungen festzustellen. Es

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können ferner auch andere Impulsgeneratoren als der offenbarten verwendet werden, um periodisch den Schwingkreis mit Energie zu versorgen und eine Eigenfrequenzschwingung desselben zu erreichen.

Alle in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Angaben und Merkmale werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.

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Claims (20)

Ans p.r ü c h e (Amerikanische Passung)

1.) Steuerschaltung gekennzeichnet durch eine

Impulserzeugungseinrichtung (10, 12; 20, 22; 24) die Stromversorgungsimpulse abgibt, und eine Schwingkreiseinrichtung (15> 16; 26; 28), die die Stromversorgungsimpulse empfängt und während des Zeitraumes zwischen den Stromversorgungs impuls en Schwingungen erzeugt und ferner anzeigt, wenn sie mit einer äußeren Impedanz mit einer wesentlichen kapazitiven Komponente oder einer wesentlichen Widerstandskomponente verbunden wird, indem dadurch ihre zwischen'den Stromversorgungsimpulsen stattfindenden Schwingungen gedämpft werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-. zeichnet, daß sie eine Detektoreinrichtung (13; 3²J₉ 36; Hk) umfaßt, die die zwischen den Stromversorgungsimpulsen stattfindenden Schwingungen der Schwingkreiseinrichtung (14, 16; 26; 28) feststellt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (¹IiJ) einen Spitzenwertanzeiger (peak detector) (4-6) umfaßt·

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_ ox _

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Verstärkungseinrichtung (30, 32) umfaßt, die auf die Schwingungen der Schweingkreiseinrichtung (18; 34, 36; 44) zwischen den Stromerzeugungsimpulsen anspricht, urn in Abhängigkeit von Änderungen dieser Schwingungen verschiedene Ausgangssignale abzugeben.

5· Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinrichtung (30 oder 32) einen Oszillatorschaltkreis (30 oder 32) umfaßt, der auf Änderungen der zwischen den Stromversorgungsimpulsen stattfindenden Schwingungen der Schwingkreis- ' einrichtung (26 oder 28) anspricht.

6, Schaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorschaltkreis (30 oder 32) eine oszillierende Ausgangsspannung abgibt, die einer Gleichstromspannung überlagert ist, wenn eine äußere Impedanz mit einer wesentlichen kapazitiven Komponente oder einer wesentlichen Widerstandskomponente mit der Schviingkreiseinrichtung (22 oder 28) gekoppelt ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Detektoreinrichtung (34 oder 36) die zwischen den Stromversorgungsimpulsen erzeugten Schwingungen der Schwingkreiseinrichtung (26 oder 28) nach der Verstärkung dieser Schwingungen durch die Verstärkungseinrichtung (30 oder 32) uberwaeiht und in Abhängigkeit Ton denselben ein vorbestimmtes Steuersignal erzeugt.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (34 oder 36) einen Transistorschaltkreis (34 oder 36) umfaßt, der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Verstärkungseinrichtung (30 oder 32) zwischen einem leitenden und einem nicht-leitenden Zustand hin und hergeschaltet wird.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungseinrichtung einen Impulsgenerator (10; 20) umfaßt, der Stromversorgungsimpulse erzeugt, die positiv verlaufende Abschnitte und Abschnitte mit etwa Massepotential aufweisen, sowie eine Vorspannungseinrichtung (12; 22 oder 24), die ein negatives Signal während den Zeitabschnitten zwischen den Stromversorgungsimpulseri erzeugt, wenn die Stromversorgungsspannung sich etwa auf dem Null-Potential befindet.

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10. Schaltung nach Anspruch 9_S dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung (12; 22 oder 24) eine Kapazität (Cl, C5 oder C6) und einen Widerstand (Rl; R6 oder R7), der parallel zu der Kapazität geschaltet ist, sowie eine Sperrdiode (Dl; D2 oder D3) die in Serie mit der Parallelschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität geschaltet ist, umfaßt.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungseinrichtung einen Impulsgenerator (10; 20) umfaßt, der eine Stromversorgungsspannung abgibt, die abwechselnd positiv verlaufende Abschnitte und negativ verlaufende Abschnitte besitzt, sowie eine Isoliereinrichtung (Dl; D2 oder D3), die während jedes negativ verlaufenden Teiles der Energieversorgungsspannung die Impulserzeugungseinrichtung (10, 12;— 20, 22 oder 24) elektrisch von der Schwingkreiseinrichtung (14, 16; 26 oder 28) trennt.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Insoliereinrichtung eine Sperrdiode (Dl; D2 oder D3) umfaßt.

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13· Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreiseinrichtung einen Schwingkreis (l4j 26 oder 28) umfaßt, der einen Fühler (16; Al oder A2) aufweist ₃ über den das Koppeln der äußeren Impedanz mit der Schwingkreiseinrichtung bewirkt wird.

14. Schaltung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (20), der eine Stromversorgungsspannung mit einem positiv verlaufenden Abschnitt erzeugt, eine ersten Signalkanaleinrichtung (22, 26, 30, 3*J) der die Stromversorgungsspannung zugeführt wird und-die das Ankoppeln einer äußeren Impedanz mit einer wesentlichen kapazitiven Komponente oder einer wesentlichen Widerstandskomponente feststellt und in Abhängigkeit von der Ankoppelung einer solchen Impedanz ein vorbestimmtes Ausgangssignal erzeugt und eine zweite Signalkanaleinrichtung (24, 28, 32, 36), der die Stromversorgungsspannung zugeführt wird und die das Ankoppeln einer äußeren Impedanz mit einer wesentlichen kapazitiven Komponente oder einer wesentlichen Widerstandskomponente feststellt und in Abhängigkeit von einer solchen Ankoppelung ein vorbestimmtes Ausgangssignal erzeugt.

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15· Schaltung nach Anspruch 14, dadurch ge kenn zeichnet, daß die erste und die zweite Signalkanaleinrichtung jeweils eine Vorspannungseinrichtung (22 oder 24) zur Erzeugung eines negativen Signals zwischen jeweils aufeinanderfolgenden positiv verlaufenden Abschnitten der Stromversorgungsspannung aufweist, sowie einen Schwingkreis (26 oder 28) dem das Ausgangssignal der Vorspannungseinrichtung (22 oder 24) zugeführt wird und der einen Fühler (Al oder A2) zur Ankopplung der äußeren Impedanz umfaßt, und eine Verstärkungseinrichtung (30 oder 32), die- das Ausgangssignal des Schwingkreises (26 oder 28) empfängt und verstärkt und eine Detektoreinrichtung (34 oder 36), die auf das Ausgangs-, signal der Verstärkungseinrichtung (30 oder 32) anspricht und das vorbestimmte Steuersignal erzeugt.

16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten Lastschaltkreis (38) umfaßt, der von der ersten Signalkanaleinrichtung (22, 26, 30, 34) gesteuert wird, sowie einen zweiten Lastschaltkreis (42), der von der zweiten Signalkanaleinrichtung (24, 28, 32, 26) gesteuert wird.

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17. Schaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet dur'ch einen dritten Lastschaltkreis (40), der sowohl von der ersten Signalkanaleinrichtung (22, 26, 30, 34) wie auch von der zweiten Signalkanaleinrichtung (24, 28, 32, 36) gesteuert wird.

18. Schaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch einen Lastschaltkreis (40), der von der ersten Signalkanaleinrichtung (22, 26, 30, 34) wie auch von der zweiten Signalkanaleinrichtung (24, 28, 32, 36) gesteuert wird.

19. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungseinrichtung. (10, 12; 20, 22 oder 24) einen Impulsgenerator (10; 20) zur Erzeugung der Stromversorgungsspannung, die abwechselnd negativ verlaufende Abschnitte und Abschnitte mit etwa Massepotential aufweist, umfaßt, sowie eine Vorspannungseinrichtung (12; 22 oder 24), die ein positives Signal während der Zeiten zwischen den Impulsen erzeugt, wenn die Stromversorgungsspannung sich etwa auf dem Massepotential befindet. ·*'

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20. Schaltung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19» gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (10; 20), einen Vorspannungsschaltkreis (12; 22 oder 24) mit einem ersten Widerstand (Rl; R6 oder R7) und einer ersten Kapazität (Cl; C5 oder C6), die parallel zueinander geschaltet sind und in Serie zwischen den Ausgang des Impulsgenerators (10; 20) und einen Anschluß einer Diode mit gespeicherter Ladung (Dl; D2 oder D3) d.h. einer Speicherdiode geschaltet ist, einen Schwingkreis (14; 26 oder 28) mit einer Induktivität (Ll; L2 oder L3) einer zweiten Kapazität (C2; C7, C8 oder C9, ClO) und einem Fühler (16; Al oder A2), die parallel zueinander und zu dem Vorspannungsschaltkreis (12; 22 oder 24) an dem anderen Anschluß der Speicherdiode (Dl; D2 oder D3)*um in dem Zeitraum zwischen Im. pulsen des Impulsgenerators(10; 20) Schwingungen zu erzeugen und um die Koppelung einer äußeren Impedanz mit einer wesentlichen kapazitiven Komponente oder einer wesentlichen Widerstandskomponente mit dem Fühler (16; Al oder A2) festzustellen, indem die Schwingungen gedämpft werden und einem stoßerregten Oszillator (30 oder 32),

* der mit dem Schwingkreis (26, 28) verbunden ist sowie einen Detektorschaltkreis (18; 34 oder 36; 44) zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von einem vorbestimmtejq, Ausgangssignal des Oszillators (30 oder 32).

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Ansprüche

(Deutsche Form)

'l.y Steuerschaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingkreis (15, 16, 26, 28) durch die Impulse eines Impulsgenerators (10, 12;20,22;24) zu Eigenfrequenzschwingungen angeregt wird und daß Änderungen des Schwingkreisgütefaktors, wie sie z.B. durch Ankoppeln einer äußeren Impedanz mit einer merklichen kapazitiven Komponente und/oder einer merklichen Widerstandkomponente hervorgerufen werden, mittels einer Messvorrichtung (18; 30,32,34,36;44) zum Messen der Amplitude der Eigenfrequenzschwingungen feststellbar sind.

2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kennz e i ohne,, t, daß die Messvorrichtung (44) einen Spitzenwertanzeiger (46) umfaßt«

3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d urch gekennzeichnet, daß sie eine Verstärkungseinrichtung (30, 32) umfaßt, die auf die Eigenschwingungen des Schwingkreises (18; 34, 36; 44) zwischen den Anregungsimpulsen anspricht, um in Abhängigkeit von Änderungen dieser Eigenschwingungen verschiedene Ausgangssignale abzugeben.

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4.) Schaltungsanordimng nach Anspruch 3, dadurch gekennz eichne t, daß die Meßvorrichtung (30, 32, 34, 36) einen Transistorschaltkreis (34, 36) umfaßt, der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Verstärkungseinrichtung (30, 32) zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand,hin und hergeschaltet wird ο

5.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (10; 20) Anregungsimpulse erzeugt, die positiv verlaufende Abschnitte und Abschnitte mit etwa Massepotential aufweisen, und daß eine Vorspannungseinrichtung (12; 22, 24) vorgesehen ist, die ein negatives Signal während den Zeitabschnitten zwischen den positiven Abschnitten der Anregung erzeugt.

6.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung (12; 22, 24) eine Kapazität (Cl, C5, C6) und einen Widerstand (Rl; Ή.6, Rl), der parallel zu der Kapazität geschaltet ist, sowie eine Sperrdiode (Dl; D2 D3) die in Serie mit der Parallelschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität·, umfaßt.

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7 ·) Sciialtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (10; 20) eine Anregungsspannung abgibt, die abwechselnd positiv verlaufende Abschnitte und negativ verlaufende Abschnitte besitzt, sowie eine Trennbzw. Isoliereinrichtung (Dl; D2, D3)» die während jedes negativen Abschnittes der Anregungsspannung den Generator (10, 12; 20, 22 oder 24) elektrisch von dem Schwingkreis (14, 16; 26 oder 28) trennt.

8.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn- bzw. Isoliereinrichtung eine Sperrdiode (Dl; D2, D3) umfaßt.

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