DE3412343C2 - Berührungslos wirkendes elektronisches Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein berührungslos wirkendes elektronisches Gerät zur Abstandsmessung mit einem Sensor, einem dem Sensor nachgeschalteten Gleichrichter und einem dem Gleichrichter nachgeschalteten Verstärker, wobei der Sensor einen durch eine Ansprechkennlinie begrenzten Ansprechbereich aufweist, innerhalb dessen eine sich dem Sensor nähernde Steuerfahne eine proportional zu deren Abstand voneinander sich ändernde Sensor-Ausgangsspannung bewirkt.

Ein derartiges Analog-Schaltgerät ist beispielsweise durch die DE-OS 29 10 491 bekannt. Eine Anwendung für einen derartigen Analoggeber ist durch die DE-AS 20 59 659 bekannt geworden. Es kommt jedoch häufig vor, daß eine Auswertung der analogen Ausgangsspannung des Schalters auf Schwierigkeiten stößt, dann nämlich, wenn beispielsweise eine Weiterverarbeitung in einem Rechner oder einer PC-Steuerung erfolgen soll, oder für verschiedene Teilbereiche des Ansprechbereichs bestimmte Steuerfunktionen ablaufen sollen. In derartigen Fällen ist kein direkter Anschluß an den Schalter möglich, vielmehr ist ein zusätzlicher Schaltungsaufwand zur Digitalisierung des Ausgangssignals des Schalters erforderlich.

Durch die DE-OS 23 43 393 ist eine Ausmeßanordnung zur Ausmessung von Werkstückdimensionen mit spaltenförmiger Anzeige der Meßsignale bekannt. Zu der Ausmeßanordnung gehören mehrere elektrische Dimensionswandler, die elektrische Analogsignale abgeben, die der Relativlage zwischen den Dimensionswandlern und Punkten auf der Oberfläche des Werkstückes entsprechen, um beispielsweise den Außendurchmesser einer Welle zu messen. Die Ausmeßanordnung enthält ferner einen A/D-Wandler, der jedes der erzeugten Analogsignale in eine digitale Form umwandelt, so daß einem Rechennetzwerk eine Reihe von digitalen (binären) Signalen zugeführt wird.

Durch die DE-OS 33 22 832 ist ein Entfernungsmesser mit einem Entfernungssensor bekannt, der an einem Punkt angeordnet ist und die Entfernung über den Grad der magnetischen Kopplung mit einem an einen anderen Punkt angeordneten Magnetfeldgenerator mißt. Der Entfernungsmesser weist eine Verarbeitungseinheit mit einer Analog/Digital-Umsetzereinheit auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gerät der eingangs näher gekennzeichneten Art zu schaffen, das einen direkten Anschluß an freiprogrammierbare Steuerungen oder Mikroprozessorsteuerungen ermöglicht und dessen Ansprechbereich in eine Vielzahl von Teilbereichen unterteilbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Gerät der eingangs beschriebenen Art durch die im Hauptanspruch aufgeführten Maßnahmen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auf eine Zwischenschaltung von Schaltungsanordnungen zur Umwandlung der analogen Ausgangsspannung in eine digitale Spannung verzichtet werden kann. Dadurch, daß der Schwellwertgenerator bzw. der n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer innerhalb des Gerätes angeordnet ist, wird die Störsicherheit der Signalspannungsübertragung verbessert, weil eine Verfälschung des Analogsignals durch eingestreute Störspannungen in die Anschlußleitung des Gerätes nicht mehr vorkommt.

Mit dem digitalen Ausgangssignal kann beispielsweise eine mit 12 Volt betriebene C-MOS-Logik ohne Störungen angesteuert werden.

Mit Vorteil läßt sich die Erfindung für ein induktiv wirkendes Gerät einsetzen, mit einem Oszillator als Sensor, der einen parallelgeschalteten LC-Schwingkreis enthält, wobei die Induktivität des Schwingkreises ein elektromagnetisches Wechselfeld abstrahlt, das den durch die Ansprechkennlinie begrenzten Ansprechbereich bildet. Eine in diesem Bereich sich der Induktivität nähernde Steuerfahne hat eine in weiten Grenzen proportional zum Abstand sich ändernde Oszillatorausgangsspannung.

Da die Ausgangsspannung des n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzers abhängig ist von der internen Spannungsstabilisierung, wird mit den Ausgangsstufen ein von der Betriebsspannung des n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzers unabhängiger Signalspannungspegel erreicht. Ferner kann durch eine entsprechende Wahl des n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzers eine Verbesserung der Linearität der Kennlinie der Analogspannung erreicht werden. Außerdem läßt sich durch Codeumsetzer die Kennlinie der Analogspannung in beliebige digitale Ausgangskennlinien umwandeln, so daß sich beispielsweise in der Mitte des Ansprechbereichs ein Maximum der Ausgangsspannung ergibt. Das Gerät eignet sich besonders zur Erfassung von Wegen, Durchbiegungen und Schwingungen von elektrisch leitenden Materialien.

Das erfindungsgemäße Gerät hat vorteilhaft einen 4-Bit-Digitalausgang, so daß der Ansprechbereich in 2⁴=16 Teilbereiche aufgeteilt ist. Selbstverständlich können auch weniger oder mehr Ausgänge vorgesehen werden. Die Erfindung kann außer für ein induktiv wirkendes Gerät auch für ein kapazitives, optisches oder Ultraschallgerät verwendet werden.

Gemäß Anspruch 3 wird ein Hystereseverhalten zwischen den einzelnen Teilbereichen des Ansprechbereiches erreicht, wodurch in den Grenz- bzw. Übergangsbereichen ein dauernder Signalwechsel infolge geringster Störungen vermieden wird.

Gemäß Anspruch 4 besteht die Möglichkeit, in bestimmten Zeitintervallen den n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer einzuschalten, z. B. in Zeitabständen von 1 sec oder 2 sec, um ggf. über einen separaten Steuereingang, gemäß Anspruch 5, die Meßergebnisse zu speichern und zu vergleichen.

Der Vorteil nach Anspruch 6 besteht darin, daß zwei Ausgänge zur Verfügung stehen, nämlich ein Analog-Ausgang und ein Mehrbit-Digital-Ausgang.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Blockschaltbildes näher beschrieben.

Das Ausführungsbeispiel zeigt ein induktives Gerät, bestehend aus einem Oszillator 2 mit einem LC-Schwingkreis 3, einem dem Gleichrichter 4 nachgeschalteten Verstärker 5. Die Oszillatorspule, d. h. die Spule des LC-Schwingkreises 3 ist in der Regel in einem zur aktiven Fläche hin offenen Ferritschalenkern eingebettet. Über der aktiven Fläche entsteht ein gerichtetes elektromagnetisches Wechselfeld. Innerhalb einer definierten Kennlinie liegt der Ansprechbereich des Gerätes. Je nach Abstand der Steuerfahne ändert sich die Amplitude der Oszillatorschwingung und damit die Ausgangsspannung des Gleichrichters. Am Verstärkerausgang läßt sich eine dem Abstand der Steuerfahne weitgehend proportionale Ausgangsspannung entnehmen.

Das Gerät hat einen Analog-Ausgang 6, der an den Verstärker-Ausgang angeschlossen ist. An dem Verstärker-Ausgang ist ferner ein n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer 7 mit einem 4-Bit-Digital-Ausgang angeschlossen. Die Ausgänge des n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzers 7 sind über die Rückkopplungsstufe 8 an den Analog-Eingang des n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzers 7 rückgeführt, so daß im Übergangsbereich jeder digitalen Spannungsstufe eine Hysterese vorhanden ist.

Die vier Digital-Ausgänge 9, 10, 11 und 12 sind über Ausgangsstufen 13 an den n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer 7 angeschlossen und als "open Kollektor" ausgebildet. Über den Steuereingang 14 und den Taktgenerator 15 läßt sich der n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer 7 extern ansteuern.

An die Klemmen 16, 17 wird die Versorgungsspanung angeschlossen, die über die Speiseschaltung 18 die einzelnen Baugruppen des Gerätes mit einer Hilfsspannung versorgt.

Die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Schaltungsanordnung eines induktiven Gerätes kann prinzipiell auch für ein kapazitives Gerät benutzt werden, mit dem Unterschied, daß der LC-Schwingkreis 3 des Oszillators 2 ersetzt wird durch einen RC-Schwingkreis. Es ist ferner ohne weiteres denkbar, den Oszillator 2 durch einen optischen oder Ultraschall-Sensor 19, bestehend aus einer Sende- und Empfangseinrichtung, zu ersetzten.

Claims (6)

1. Berührungslos wirkendes elektronisches Gerät zur Abstandsmessung mit einem Sensor, einem dem Sensor nachgeschalteten Gleichrichter und einem dem Gleichrichter nachgeschalteten Verstärker, wobei der Sensor einen durch eine Ansprechkennlinie begrenzten Ansprechbereich aufweist, innerhalb dessen eine sich dem Sensor nähernde Steuerfahne eine proportional zu deren Abstand voneinander sich ändernde Sensor-Ausgangsspannung bewirkt und wobei das Gerät im Innern einen 2ⁿ-stufigen Schwellwertgenerator oder n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer (7) mit "n"-Digitalausgängen (9, 10, 11, 12) aufweist und die gleichgerichtete und verstärkte Sensor-Ausgangsspannung dem Schwellwertgenerator bzw. n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer (7) zugeführt wird, an dessen Ausgängen (9, 10, 11, 12) über Ausgangsstufen (13) eine digitale Ausgangsspannung abnehmbar ist, die einer Unterteilung des Ansprechbereichs in 2ⁿ-Teilbereiche entspricht.

2. Berührungslos wirkendes elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Oszillator ist, der einen parallelgeschalteten LC-Schwingkreis enthält, wobei die Induktivität des Schwingkreises ein elektromagnetisches Wechselfeld abstrahlt, das den durch die Ansprechkennlinie begrenzten Ansprechbereich bildet.

3. Berührungslos wirkendes elektronisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Schwellwertgenerators oder n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzers (7) auf den Eingang des Schwellwertgenerators bzw. n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzers (7) rückgekoppelt ist.

4. Berührungslos wirkendes elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertgenerator bzw. der n-Bit-Analog-/Digital-Umsetzer (7) durch einen Taktgenerator (15) gesteuert wird.

5. Berührungslos wirkendes elektronisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (15) durch einen Steuereingang (14) ansteuerbar ist.

6. Berührungslos wirkendes elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers (5) an einem separaten Analogausgang (6) des Gerätes angeschlossen ist.