DE3688115T2 - Induktionsmagnetfeldgenerator. - Google Patents

Induktionsmagnetfeldgenerator.

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DE3688115T2 DE8686110406T DE3688115T DE3688115T2 DE 3688115 T2 DE3688115 T2 DE 3688115T2 DE 8686110406 T DE8686110406 T DE 8686110406T DE 3688115 T DE3688115 T DE 3688115T DE 3688115 T2 DE3688115 T2 DE 3688115T2
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receiver
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Wechselstrom-Magnetgeneratoren und im speziellen auf einen Generator für magnetische Wechselfelder mit einen transformatorlosen Umrichter von der Eingangswechselspannung auf Gleichspannung, in Verbindung mit einer Schalteranordnung und einem seriellen Resonanzschaltkreis mit eine Spulenanordnung um ein induktives magnetische Wechselfeld mit einem niedrigen Arbeitszyklus zu erzeugen.
  • Wechselstrominduktionsmagnetfeldgeneratoren werden für verschiedene Signalverarbeitungsanwendungen verwendet, u. a. auch für Warenüberwachungssysteme. In Zusammenhang mit der Warenüberwachung wird das magnetische Wechselfeld, das der Generator erzeugt, durch ein Objekt verändert, welches einem abgestimmten Schwingkreis ähnelt, das sich an einem Warenstück befindet, welches durch eine vorher bestimmte Gegend eines Handelsgeschäftes bewegt wird.
  • Es ist wünschenswert, daß die Induktionsmagnetfeldgeneratoren für solche Überwachnungssysteme und für andere Systeme so preiswert und wirksam wie möglich sind. In der Vergangenheit beinhalteten solche Magnetfeldgeneratoren vergleichsweise aufwendige Leistungsversorgungsanordnungen, um die Erzeugung des gewünschten magnetischen Induktionswechselfeldes zu ermöglichen. Typischerweise wurden lineare Leistungsverstärker verwendet, um die gewünschte magnetische Feldstärke bei den erforderlichen Frequenzen, die typischerweise in der 60 kHz Gegend liegen, zu erzeugen. Lineare Verstärker jedoch erfordern große Leistungstransformatoren, welche Größe, Gewicht und Kosten eines Induktionsmagnetfeldgenerators erhöhen. Solche Generatoren, die dem Stand der Technik entsprechen, werden beispielsweise in den US-Patenten US-A-4 300 183 und US-A-4 135 183 offenbart, das letztere US-A-4 135 183 bildet die Grundlage für den Teil des Anspruches 1, der dem Stand der Technik entspricht.
  • Größe und Gewicht von Generatoren für das erforderliche Magnetfeld können verringert werden durch die Verwendung von Schaltverstärkern (getakteten Verstärkern). Ein grundlegender Unterschied zwischen einem Schaltverstärker und einem linearem Verstärker ist, daß ein linearer Verstärker kontinuierlich eine große Menge Energie speichert, die in Abhängigkeit von einem Eingangssignal freigegeben wird. Ein Schaltverstärker speichert eine sehr viel kleinere Energiemenge und gibt sie mit einer vergleichsweise hohen Frequenz ab. Schaltverstärker sind jedoch vergleichsweise kompliziert, weil sie eine Referenzfrequenz im Logikbereich, welche die Schalter des Verstärkers aktiviert, sowie eine modulierte (modulierbare) Frequenzquelle erfordern.
  • Die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 dargelegt wird, stellt einen verbesserten, eine Schaltanordnung beinhaltenden Induktionsmagnetfeldgenerator von vergleichsweise geringen Kosten, niedrigem Gewicht und kleinem Volumen dar, der deshalb leicht in Handelsgeschäften als Teil eines Warenüberwachungssystems installiert werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Induktionmagnetfeldgenerator bereitzustellen, der mit Leistung durch einen transformatorlosen Wechsel- zu Gleichstromumrichter (AC/DC-Wandler) versorgt wird und der nur anspricht auf eine einzige Frequenzfestlegende Eingabe, und einen neuen und verbesserten Induktionmagnetfeldgenerator bereitzustellen, der effizient Gleichstromenergie aus einem transformatorlosen Wechsel- zu Gleichstromumrichter in Magnetfeldenergie umwandelt in einer Anordnung, die geringe Größe, geringes Gewicht und niedrige Kosten hat.
  • Der durch eine Eingangswechselspannung betriebene Induktionsmagnetfeldgenerator, wie er in Anspruch 1 dargelegt ist, hat einen Arbeitszyklus, der wesentlich weniger als 50% ausmacht und er erzeugt ein magnetisches Wechselfeld mit einer vorbestimmten Frequenz wobei ein transformatorloser Wechsel- zu Gleichstromumrichter benutzt wird. Ein serieller Schwingkreis enthält Spulen(-einrichtungen), um das Feld zu erzeugen. Die Schalteinrichtung wird aktiviert während jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses und deaktiviert während jeder "Aus"-Phase des Arbeitszyklusses des Magnetfeldes. Die Schalteinrichtung ist mit einer vorbestimmten Frequenz während der "An"-Phase des Arbeitszyklusses aktiv und mit dem Schwingkreis sowie mit dem Wechselzu Gleichstromumrichter verbunden, damit ein Resonanzstrom mit der vorbestimmten Frequenz in dem seriellen Schwingkreis während jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses fließt, so daß die Spulenanordnung das induktive Wechselmagnetfeld abgibt.
  • Diese Anordnung hat mehrere Vorteile. Der transformatorlose Umrichter von der Eingangswechselspannung auf Gleichspannung hilft, Kosten, Volumen und Gewicht des Generators zu verkleinern. Die Schalteinrichtung und der Schwingkreis erlauben es, die Energie der Leistungsversorgung sehr wirksam in ein Magnetfeld überzuleiten. Die Frequenz des Magnetfeldes wird konstant gehalten, trotz der Tendenz der Bauteile des seriellen Schwingkreises leicht voneinander von Generator zu Generator abzuweichen, weil die Schalteinrichtung mit der vorbestimmten Frequenz aktiv ist, welche von der Spule abgegeben werden soll.
  • In der bevorzugten Anwendungsform enthält der Umrichter von der Eingangswechselspannung auf Gleichspannung erste und zweite Anschlüsse, von denen Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität in Bezug auf einen Abgriff (Stromabnehmer) abgeleitet werden. Die Schalteinrichtung enthält erste und zweite Schalterelemente, die einen gemeinsamen Anschluß haben und wahlweise leitende Pfade, die in Serie an die ersten und zweiten Anschlüsse des Umrichters angeschlossen sind. Der serielle Schwingkreis ist zwischen den Stromabnehmer und den gemeinsamen Anschluß geschaltet. Die Schalterelemente werden während jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses so aktiviert, daß entgegengesetzte Halbwellen des Resonanzstromes wechselweise in den ersten beziehungsweise zweiten Schalterelementen fließen.
  • Jedes Schalterelement enthält vorzugsweise eine Halbleitereinrichtung mit einem wahlweise bei der vorgegebenen Frequenz in Vorwärtsrichtung betriebenen Pfad, um einen stromführenden Pfad zwischen einem Abgriff des Umrichters und dem gemeinsamen Anschluß zu erhalten. Der wesentliche Strom fließt durch den Pfad in nur einer Richtung zwischen dem zuerst genannten Anschluß und dem gemeinsamen Anschluß. Eine zu dem Pfad parallele Diodeneinrichtung ist so gepolt, daß ein beträchtlicher Strom in der Diodeneinrichtung nur in der entgegengesetzten Richtung wie in der Halbleitereinrichtung fließt. Die Pfade der Halbleitereinrichtungen werden während jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses zu sich gegenseitig ausschließenden Zeiten in Vorwärtsrichtung betrieben mit einer Totzeit, während der keines der Schalterelemente eine in Vorwärtsrichtung betriebene Halbleitereinrichtung besitzt. Die Totzeit ist ausreichend, um die Tendenz verschiedener serieller Schaltkreise verschiedener Generatoren, unterschiedliche Resonanzfrequenzen zu haben, auszugleichen, so daß sinusförmige Stromwellen der vorbestimmten Frequenz mit sehr niedriger Verzerrung in den verschiedenen Schwingkreisen fließen.
  • In der bevorzugten Anwendungsform sind die Resonanzfrequenz des seriellen Schwingkreises und die Aktivierungsfrequenz der Schalterelemente während jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses ungefähr gleich der vorbestimmten Frequenz. Es versteht sich jedoch, daß eine ungeradzahlige harmonische Beziehung zwischen der Aktivierungsfrequenz der ersten und zweiten Schalterelemente und der Resonanzfrequenz des abgestimmten seriellen Schaltkreises bestehen kann, zu Lasten eines geringen Verlustes im Wirkungsgrad, aber mit dem möglichen Gewinn bei der Minimierung der Bauteilgrößen.
  • Der magnetische Wechselfeldgenerator der vorliegenden Erfindung wird typischerweise in einem Warenüberwachungssystem verwendet, welches Gegenstände detektiert, die Strukturen enthalten, die das vom Generator erzeugte induktive magnetische Wechselfeld verändern. Wie oben erwähnt, enthalten solche Systeme einen Empfänger für die vom Induktionsmagnetfeldgenerator erzeugte vorgegebene Frequenz. Der Empfänger leitet erste und zweite unterschiedliche Ansprechsignale ab, je nachdem ob ein Gegenstand mit der Struktur in einem Nachweisbereich magnetisch an Generator und Empfänger gekoppelt ist oder nicht. Die Struktur, die die Gegenstände oder Waren enthalten, spricht auf das von der Generatoreinrichtung ausgesandte magnetische Wechselfeld an, um magnetische Wechselfeldenergie einer vorgegebenen Frequenz in den Empfänger einzukoppeln, nachdem die "An"-Phasen des Arbeitszyklusses der Generatoreinrichtungen abgeklungen sind. Der Betrieb des Empfängers ist so mit dem Betrieb des Generators synchronisiert, daß der Empfänger nur für ein vorgegebenes Intervall nach dem Abklingen der "An"-Phasen des Arbeitszyklusses aktiviert ist, so daß der Empfänger vergleichsweise geschützt gegen magnetische Feldstörungen ist, die während der überwiegenden Anzahl der "Aus"-Phasen des Arbeitszyklusses auftreten.
  • Die obigen und noch weitere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung einer ihrer besonderen Ausführungsformen, insbesondere unter Heranziehung der begleitenden Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Warenüberwachungssystems mit einem Magnetfeldgenerator, wie er der hier vorliegenden Erfindung entspricht;
  • Fig. 2 ist das Diagramm eines Senderschaltkreises aus Fig. 1; und
  • Fig. 3A-3E sind Wellenformen, die hilfreich sind, die Arbeitsweise von Fig. 2 zu beschreiben.
  • Die beste Art und Weise, die Erfindung auszuführen
  • Bezug wird nun genommen auf Fig. 1 der Zeichnungen, in der ein Überwachungssystem, das die vorliegende Erfindung mitbeinhaltet, abgebildet ist. Das Überwachungssystem besteht aus einem durch eine Eingangswechselspannung betriebenen Induktionsmagnetfeldgenerator oder Sender 11, bei dem das Verhältnis der "An"- zu den "Aus"-Phasen des Arbeitszyklusses wesentlich kleiner als 50% ist. Während der Generator 11 in die "An"-Phase des Arbeitszyklusses gebracht wird, gibt er ein erstes magnetisches Wechselfeld ab mit einer vorgegebenen Frequenz von typischerweise 60 kHz. In der bevorzugten Anwendungsform beträgt die Arbeitsphase ungefähr 6,4%. Dies wird dadurch erreicht, daß die "An"-Phase bzw. die "Aus"-Phase des Arbeitszyklusses 1,6 beziehungsweise 23,4 Millisekunden dauern. Das durch den Generator 11 erzeugte Magnetfeld wird induktiv durch die Spulenanordnungen 12 und 13 , die sich an einer Wand des zu überwachenden Bereiches befinden, ausgekoppelt.
  • Der durch eine Eingangswechselspannung betriebene Magnetwechselfeldinduktionsempfänger 14 ist selektiv bzw. wahlweise empfänglich für das von Generator 11 erzeugte Magnetfeld. Empfänger 14 enthält die nicht abgestimmten Anordnungen 15 und 16 der Magnetfeldempfängerspulen, die an einer Wand angebracht sind, die der Wand gegenüberliegt, an der die Spulen 12 und 13 anbracht sind. Während die Spulen 12 und 13 das durch den Sender 11 erzeugte Magnetfeld abgeben, besteht zwischen den Spulen 12 und 13 und mindestens einer der Spulen 15 und 16 eine induktive Kopplung durch das magnetische Wechselfeld. Während die Spulen 12 und 13 erregt werden, ist jedoch der Empfänger 14 effektiv von den Spulen 15 und 16 entkoppelt. Ein zweites induziertes Magnetfeld mit einer festen vorgegebenen Frequenz, aber variabler Dauer und Stärke wird an die Spulen 15 und 16 und den Empfänger 14 angekoppelt, sofort nachdem die "An"-Phase des Arbeitszyklusses des Senders 11 abgeklungen ist, wenn ein Gegenstand, der die magnetostriktive Karte 17 bzw. das Element 17 enthält, den Bereich zwischen den Wänden, die die Spulen 12, 13 und 15, 16 enthalten, passiert. Das zweite Feld wird durch den Empfänger 14 detektiert und als zu dem Gegenstand gehörend erkannt, der sich zwischen den Spulen 12, 13 und 15, 16 bewegt.
  • Die Karte 17 wird vorzugsweise gemäß den Darlegungen in U.S.-A-4,510,489 hergestellt. Typischerweise hängt die Karte 17 an einer Ware bzw. einem Gegenstand, die bzw. der detektiert werden soll durch eine Wechselwirkung zwischen Komponenten der Karte und dem magnetischen Feld, das erzeugt wird durch den Generator 11 und durch den Empfänger 14 übernommen wird. Die Karte 17 befindet sich normalerweise im aktivierten Zustand, in welchem sie tatsächlich wie ein Widerstands-Induktivitäts-Kapazitäts-(RLC)-Schaltkreis wirkt, der auf das von Generator 11 erzeugte induktive magnetische Wechselfeld anspricht. Wenn ein Puls des ersten Magnetfeldes beendet ist, senden wiederum die Bauelemente in der magnetostriktiven Karte 17 das zweite Magnetfeld zurück, welches von Empfänger 14 detektiert wird. Die magnetostriktive Karte 17 wird durch eine Bedienungskraft, wie zum Beispiel den Kassierer, deaktiviert, was bewirkt, daß das von der Karte zurückgestrahlte induktive magnetische Wechselfeld vom Empfänger 14 nicht feststellbar ist.
  • Der Sender 11 und Empfänger 14 werden synchron aktiviert durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung der Leistungsversorgung 18 (Stromquelle bzw. Spannungsversorgung), um dem Empfänger zu ermöglichen, auf das von Karte 17 rückgestrahlte Induktionsmagnetfeld nach Vollendung einer "An"-Phase des Arbeitszyklusses anzusprechen. Indem die Arbeit von Generator 11 und Empfänger 14 durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung der Leistungsversorgungsquelle 18 synchronisiert wird, müssen die elektronischen Schaltkreise im Generator und im Empfänger nicht elektrisch verbunden sein, außer durch die Versorgungsleitung 19, die über konventionelle Stecker 21 und 22 des Generators, beziehungsweise des Empfängers an diese angeschlossen ist.
  • Der Generator 11 enthält die Senderschaltkreise 23 und 30, um getrennt und gleichzeitig die abgestimmten Spulen 12 und 13 mit einer 60 kHz Trägerwelle zu betreiben, die 6.4% der Zeit eines Arbeitszyklusses in Anspruch nimmt, so daß die Spulen 12 und 13 für 1.6 Millisekunden mit sinusförmigen Strömen einer vorgegebenen konstanten Frequenz von 60 kHz versorgt werden. Während der folgenden 23.4 Millisekunden werden die Spulen 12 und 13 nicht durch die Sendeschaltkreise 23 und 30 betrieben.
  • Die Senderschaltkreise 23 und 30 sind identisch, wobei jeder einen transformatorlosen Umrichter von der Eingangswechselspannung auf Gleichspannung und Schaltereinrichtungen, die die Spulen 12 und 13 bei der 60 kHz Frequenz mit Strömen von entgegengesetzten Anschlüssen des Wechsel-Gleichspannungskonverters während der "An"-Phase des Arbeitszyklusses versorgen, enthält. Um dies zu erreichen, sprechen die Senderschaltkreise 23 und 30 direkt auf die Wechselspannung der Leistungsversorgungsleitung 19 an, wie sie durch den Stecker 21 in Generator 14 eingekoppelt wird. Die Sendeschaltkreise 23 und 30 werden in den "An"-Phasen des Arbeitszyklusses des Generators synchron mit den Nulldurchgängen der Spannung der Versorgungsleitung 19, wie sie durch den Stecker 21 in den Generator 11 gekoppelt werden, aktiviert; dies Ergebnis erreicht man durch die Verbindung des Nulldurchgangdetektors 24 mit Stecker 21, so daß der Detektor bei jedem Nulldurchgang der Spannung der Versorgungsleitung 19 einen Impuls erzeugt. Die vom Detektor 24 erzeugten, den Nulldurchgang anzeigenden Impulse werden in den Frequenzerzeuger und -former, dessen Ausgänge die Senderschaltkreise 23 und 30 speisen, eingekoppelt, damit die Senderschaltkreise aktiviert werden, um die 60 kHz Sendepulse zu erzeugen, die 6.4% (der Zeit) eines Arbeitszyklusses in Anspruch nehmen.
  • Die Bauteile im Nulldurchgangsdetektor 24 und im Frequenzerzeuger und -former 25 werden mit Gleichstromleistung durch die Gleichstromversorgung 26 versorgt die durch den Stecker 21 an Leitung 19 angeschlossen ist. Die Versorgung 19 ist nicht in der Lage, ausreichend Leistung zur Verfügung zu stellen, um die notwendigen induktiven magnetischen Wechselfelder durch die Spulen 12 und 13 zu erzeugen. Sie kann daher keine Leistungsversorgung für die Schaltkreise 23 und 30 sein.
  • Die Senderschaltkreise 23 und 30 sprechen auf den Frequenzerzeuger und -former 25 an, so daß beide Senderschaltkreise simultan aktiviert werden, um simultan die gleiche Frequenz während der "An"-Phase jedes Arbeitszyklusses der Senderschaltkreise zu erzeugen. Während aufeinander folgenden abwechselnden "An"-Phasen liefern die Senderschaltkreise 23 und 30 in-Phase und außer-Phase Ströme an die Spulen 12 und 13. Folglich bewirken die von den Senderschaltkreisen 23 und 30 an die Spulen 12 und 13 gelieferten Ströme während einer ersten "An"-Phase des Arbeitszyklusses, daß Strom in die gleiche Richtung durch die Spulen fließt in Bezug auf einen gemeinsamen Anschluß der Spulen. Während der nächsten, d. h. der zweiten "An"-Phase des Arbeitszyklusses, fließen die von den Senderschaltkreisen 23 und 30 an die Spulen 12 und 13 gelieferten Ströme in entgegengesetzte Richtungen durch die Spulen in Bezug auf den gemeinsamen Spulenanschluß.
  • Ein solches Ergebnis wird erreicht, indem der Synthesizer 25 Schalter in den Senderschaltkreisen 23 und 30 so aktiviert, daß die Schalter in derselben Reihenfolge und mit der 60 kHz Frequenz während der ersten "An"-Phase des Arbeitszyklusses aktiviert werden. Während der zweiten "An"-Phase des Arbeitszyklusses werden die Schalter in den Senderschaltkreisen 23 und 30 unter Ansprechen auf Schaltsignale von dem Frequenzerzeuger und -former 25 in entgegengesetzter Weise betrieben, damit die Wechselströme in den Spulen 12 und 13 relativ zueinander entgegengesetzte Polarität haben. Zum Beispiel werden so die Schalter des Senderschaltkreise 23 immer in der gleichen Reihenfolge betrieben. Im Gegensatz dazu werden die Schalter im Senderschaltkreis 30 während der "An"-Phase eines ersten Arbeitszyklusses in der gleichen Reihenfolge wie die Schalter des Senderschaltkreises 23 betrieben, aber während der "An"-Phase des nächsten Arbeitszyklusses sind die Aktivierungszeitpunkte der Schalter im Senderschaltkreis 30 vertauscht in Bezug auf die Schaltzeitpunkte des Senderschaltkreises 30 während des vorherigen Impulses.
  • Indem die Spulen 12 und 13 während verschiedener Arbeitszyklen mit in-Phase und außer-Phase Strömen getrieben werden, werden gegenseitig aufeinander senkrechte Magnetfelder durch den Generator 11 erzeugt. Dies ermöglicht es den unabgestimmten Spulen 15 und 16 des Empfängers 14, das zweite magnetische Feld von Karte 17 unabhängig von der Lage der Karte relativ zu den Spulen 12 und 13 zu übertragen. Dies Ergebnis wird erreicht, obwohl die Spulen 12, 13, 15 und 16 alle vertikal angebrachte, ebene Drahtschleifen sind. Die Schleifen, die die Spulen 12 und 13 bilden, sind vorzugsweise nichtüberlappende rechteckige Schleifen, die waagerecht und senkrecht angeordnete Seiten haben.
  • Unter Ansprechen darauf, daß die Spulen 12 und 13 mit in-Phase-Strömen von den Schaltkreisen 23 und 30 betrieben werden, um magnetische Flußlinien in Phase zu erzeugen, d. h. Flußlinien, die im Zentrum der Schleifen in dieselbe Richtung weisen, wird ein horizontal gerichtetes Feld in rechtem Winkel zu der Ebene der Schleifen in der Nähe benachbarter Drähte der Schleifen, die die Spulen 12 und 13 bilden, erzeugt. Die magnetischen Flußlinien zwischen den Zentren der Schleifen, die die Spulen bilden, sind auf einer Seite der Schleifenebene in der vertikalen Richtung auf verschiedenen Seiten benachbarter Schleifendrähte, die die Spulen 12 und 13 bilden, entgegengesetzt gerichtet.
  • Also gibt es, als Folge der erwähnten magnetischen in-Phase-Flüsse in den die Spulen 12 und 13 bildenden Schleifen, ein vergleichsweise starkes magnetisches Flußfeld, welches die in x-Richtung zeigenden magnetfeldempfindlichen Teile in Karte 17 erfaßt, aber es gibt nur ein schwaches vertikales Magnetfeld wegen des Auslöschungseffekts der entgegengesetzt gerichteten vertikalen Felder.
  • Ein vertikal ausgerichtetes Feld in der Region zwischen den abgestimmten Senderspulen 12 und 13 und den nicht abgestimmten Spulen 15 und 16 wird erzeugt, indem die Schleifen, die die Spulen 12 und 13 bilden, so betrieben werden, daß die magnetischen Flüsse in den Schleifenmitten in entgegengesetzte Richtungen zeigen, d. h. außer Phase sind. Sind die Flüsse der Schleifen 12 und 13 außer Phase, zeigen die Flußlinien benachbarter, horizontal gelegener Leitungen der Schleifen, die die Spulen 12 und 13 bilden, in entgegengesetzte Richtungen. Die magnetischen Flußlinien zwischen den Zentren der Schleifen, die die Spulen 12 und 13 bilden, zeigen auf einer Seite der Schleifenebene in dieselbe vertikale Richtung und bewirken so, daß die Spulen effektiv eine einzige Spule bilden. Die vertikal gerichteten Flüsse stellen die in z-Richtung weisenden magnetfeldempfindlichen Teile der Karte 17 bereit.
  • Die Streufelder, die von der in-Phase- und außer-Phase-Aktivierung der Schleifen, die die Spulen 12 und 13 bilden, herrühren, erzeugen magnetische Flußvektoren in y-Richtung, d. h. in horizontalen Ebenen parallel zu den Ebenen mit den Schleifen der abgestimmten Senderspulen 12 und 13 und der nicht abgestimmten Empfängerspulen 15 und 16. Auf diese Weise erzeugen die Schleifen, die die Spulen 12 und 13 bilden, magnetische Flußfelder in drei zueinander senkrechten Richtungen auf Grund des in-Phase und außer-Phase Betriebes dieser Spulen während verschiedener "An"-Phasen des Arbeitszyklusses der Senderschaltkreise 23 und 30. Diese gegeneinander senkrechten magnetischen Flußvektoren sorgen für eine Kopplung an die aktivierte magnetostriktive Karte 17, unabhängig von der Orientierung der Karte relativ zu der Ebene mit den ebenen Spulen 12 und 13.
  • Wenn sich eine aktivierte magnetostriktive Karte 17 in der Region zwischen den abgestimmten Spulen 12, 13 und den nicht abgestimmten Spulen 15,16 befindet, gibt mindestens eine der nicht abgestimmten Spulen ein elektrisches Signal ab, welches eine Antwort auf das von Karte 17 erzeugte magnetische Wechselfeld ist. Weil die nicht abgestimmten Spulen 15 und 16 verschiedene nicht überlappende räumliche Positionen relativ zueinander und zu Karte 17 haben, ebenso wie die Spulen 12 und 13, gibt es eine ziemlich große Wahrscheinlichkeit, daß sich die von den Spulen 15 und 16 übermittelten elektrischen Signale voneinander unterscheiden.
  • Der Empfänger 14 ermittelt, ob eine der Spulen 15 oder 16 ein Signal übermittelt, welches die vorgegebene Frequenz, Dauer und den vorgegebenen Amplitudenschwellwert hat, die notwendig sind, um die Anwesenheit einer aktivierten Karte in der Gegend zwischen den Spulen 12,13 und Spulen 15, 16 anzuzeigen. Die von den Spulen 15 und 16 erzeugten Spannungen werden nacheinander während Aktivierungszeiten, die den 1,6 Millisekunden langen 60 kHz Impulsen jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses des Generators 11 folgen, der untersuchenden oder detektierenden Schaltung des Empfängers 14 zugeführt. Nach dem ersten Impuls wird eine der Spulen 15 oder 16 mit dem übrigen Teil des Empfängers 14 verbunden, nach dem folgenden Impuls wird die andere der Spulen 15 oder 16 mit dem übrigen Teil des Empfängers 14 verbunden. Wenn eine der Spulen 15 und 16 eine Spannung erzeugt, die die erforderliche Frequenz, Dauer und Amplitude hat, wird unter Ansprechen darauf die aufeinanderfolgende Kopplung der Spulen 15 und 16 an den übrigen Teil des Empfängers beendet. In einer solchen Situation werden die Spulen 15 und 16 dergestalt aktiviert, daß diejenige Spule, welche die Spannung mit der erforderlichen Frequenz, Dauer und Amplitude erzeugte, die einzige Spule ist, die an den übrigen Teil des Empfängers gekoppelt wird, solange bis diese Spule nicht länger einen Impuls mit den erforderlichen Frequenz-, Zeitdauer- und Amplitudeneigenschaften empfängt. Danach, unmittelbar nach verschiedenen Impulsen von Generator 11, werden die Spulen 15 und 16 nacheinander und abwechselnd an den übrigen Teil des Empfängers 14 gekoppelt.
  • Um dies zu erreichen, werden die von den nicht abgestimmten Spulen 15 bzw. 16 übermittelten Spannungen an die normalerweise offen geschalteten Schalter 31 bzw. 32 mit Hilfe der Vorverstärker 33 bzw. 34 gekoppelt. Während des normalen Betriebes, wenn sofort nach einem Impuls von Generator 11 kein Magnetfeld mit den erwünschten Eigenschaften an eine der beiden Spulen 15 oder 16 gekoppelt wird, wird einer der Schalter 31 oder 32 für 25 Millisekunden gleichzeitig mit dem Beginn eines 1 ,6 Millisekundenimpulses des Generators 11 geschlossen. Gleichzeitig mit dem nächsten Impuls wird der andere der Schalter 31 oder 32 für 25 Millisekunden geschlossen. Die Schalter 31 und 32 haben einen gemeinsamen, normalerweise offenen geschalteten Anschluß, der mit einem Eingangsanschluß des Verstärkers 35 mit automatisch geregelter Verstärkung verbunden ist, und zwar über einen seriellen Kondensators 36, der nur Wechselspannungen über die Schalter 31 und 32 an den Eingang des Verstärkers 35 gelangen läßt. Die Verstärkung des Verstärkers 35 ist auf ein vorgegebenes Niveau voreingestellt, so daß der Verstärker unter Ansprechen auf eine einen Schwellenwert übersteigende Spannung, die in einer der beiden Spulen 15 und 16 induziert wird, ein Ausgangssignal vorgegebener konstanter Amplitude mit derselben Frequenz wie das auf die Spulen einwirkende Magnetfeld erzeugt. Ist das Eingangssignal für den Verstärker 35 unterhalb eines Schwellenwertes, erzeugt der Verstärker ein Signal der Größe Null.
  • Der Synchrondetektor 37 spricht an auf die Wechselspannungsimpulse am Ausgang des Verstärkers 35, die oberhalb des Schwellenwertes liegen, um zu bestimmen, ob diese Impulse eine Trägerfrequenz haben, die gleich der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes von einer aktivierten magnetostriktiven Karte 17 ist. Außerdem bestimmt Detektor 37 die Zeitdauer der Impulse, die die erforderliche Trägerfrequenz haben. Wenn ein Impuls die erforderliche Frequenz und Zeitdauer hat, erzeugt der Synchrondetektor 37 einen Ausgangswert einer binären Eins, welcher anzeigt daß sich ein Gegenstand mit einer aktivierten magnetostriktiven Karte 17 in dem Bereich zwischen den abgestimmten Spulen 12,13 und den unabgestimmten Spulen 15, 16 befindet.
  • Um den Betrieb des Empfängers 14 so zu kontrollieren, daß der Synchrondetektor 37 im richtigen Zeitintervall, nämlich dann, wenn die aktivierte Karte 17 sich in dem Bereich zwischen den abgestimmten Spulen 12, 13 und den unabgestimmten Spulen 15, 16 befindet, aktiviert wird, wird nach jedem vom Generator 11 erzeugten Impuls der Detektor durch ein Ausgangssignal des Frequenzerzeugers 38 aktiviert. Dieser Synthesizer 38 spricht an auf Ausgangspulse des Nulldurchgangdetektors 39 und wird durch diese getaktet. Die Ausgangspulse des Detektors 39 werden synchronisiert mit den Nulldurchgängen der Wechselspannung, die durch die Leistungsversorgungsleitung 19 an dem Stecker 22 an liegt. Um dies zu erreichen, hat der Nulldurchgangsdetektor 39 einen Eingang, der mit dem Stecker 22 verbunden ist und einen Ausgang, an dem bei jedem Nulldurchgang der Leistungsversorgung ein Puls erzeugt wird. Der Ausgangspuls des Nulldurchgangsdetektors 39 wird einem Eingang der Frequenzerzeugers 38 zugeführt.
  • Um die Arbeitsweise der Schalter 31 und 32, wie oben beschrieben, zu steuern, weist der Logikschaltkreis 41 erste bzw. zweite Eingänge auf, die auf den Ausgang des Synchrondetektors 37, bzw. des Frequenzerzeugers 38 ansprechen. Wenn der Synchrondetektor 37 im Normalbetrieb eine binäre Null als Ausgangssignal erzeugt, um anzuzeigen, daß sich keine aktivierte Karte zwischen den Spulen 12, 13 und 15, 16 befindet, reagiert der Logikschaltkreis 41 dergestalt auf den Frequenzerzeuger 38, daß sofort nach ersten und zweiten aufeinanderfolgenden Magnetfeldpulsen des Generators 11 die Schalter 31 und 32 abwechselnd in den geschlossenen Zustand gebracht werden. Ist der Schalter 31 zu der Zeit geschlossen, wenn der Synchrondetektor 37 eine binäre Eins erzeugt um eine aktivierte Karte zwischen den Spulen 12, 13 und 15, 16 anzuzeigen, bewirkt der Logikschaltkreis 41, daß der Schalter 31 geschlossen und gleichzeitig Schalter 32 offen gehalten wird. Dieser Zustand der Schalter 31 und 32 wird beibehalten, bis der Synchrondetektor 37 wieder eine binäre Null erzeugt. Erzeugt der Synchrondetektor 37 eine binäre Eins, wenn der Schalter 32 geschlossen ist, wirkt der Logikschaltkreis so auf die Schalter 31 und 32 ein, daß diese Schalter im offenen, bzw. geschlossenen Zustand gehalten werden, bis der Synchrondetektor wieder eine binäre Null erzeugt.
  • Die nicht abgestimmten Spulen 15 und 16 sind effektiv vom übrigen Teil des Empfängers 14 entkoppelt, während die Spulen 12 und 13 Magnetfluß erzeugen, weil der Synchrondetektor 37 nicht aktiviert ist, während diese Spulen Magnetfeldimpulse erzeugen. Tatsächlich wird der Detektor 37 nur für ein vorbestimmtes Intervall direkt nach dem Abklingen der "An"-Phase jedes Arbeitszyklusses der Sendeschaltkreise 23 und 30 durch ein Ausgangssignal des Synthesizers 38 aktiviert. Außerdem bewirkt der Frequenzerzeuger 38 während der "An"-Phase der Arbeitszyklusse der Sendeschaltkreise 23 und 30, daß die Verstärkung des Verstärkers 35 auf null reduziert wird, wodurch eine Ausgangsspannung von null vom Verstärker an Detektor 37 gegeben wird. Um dies zu erreichen, hat der Synthesizer 38 einen Ausgang, der als ein Steuereingang gekoppelt ist an den Schalter 43, der normalerweise aktiviert ist, um den Ausgang des Verstärkers 35 zurück an einen verstärkungssteuernden Eingang des Verstärkers zu koppeln. Wenn jedoch das binäre "Eins"-Ausgangssignal des Frequenzerzeugers 38 an den Kontrolleingang des Schalters 43 gelegt wird, wie es während der "An"-Phase des Arbeitszyklusses der Sendeschaltkreise 23 und 30 geschieht, wird Schalter 43 so geschaltet, daß eine negative Gleichspannung an einen Vorspannungseingang von Verstärker 35 gelegt wird, um die Verstärkung auf null zu bringen. Der Frequenzerzeuger 38 steuert den Synchrondetektor 37 so, daß Integratoren im Detektor während jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses der Sendeschaltkreise 23 und 30 auf null gesetzt werden.
  • Gleichspannungssversorgungsleistung wird den Verstärkern 33-35, dem Synchrondetektor 37, dem Frequenzerzeuger 38, dem Nulldurchgangsdetektor 39 und dem Logikschaltkreis 41 durch die Leistungsversorgung 42 zugeführt, die mit der Leistungsversorgungsleitung 19 durch den Stecker 22 verbunden ist.
  • Einzelheiten der Gestaltung der abgestimmten Spulen 12 und 13 und der nicht abgestimmten Spulen 15 und 16 sind in der ebenfalls anhängigen EP-A-0 215 266 beschrieben. Einzelheiten des Synchrondetektors 37 sind in der ebenfalls anhängigen EP-A-0 216 128 beschrieben. Einzelheiten des Logikschaltkreises 41 sind in der ebenfalls anhängigen EP-A-0 215 242 beschrieben.
  • Es wird jetzt Bezug genommen auf Fig. 2, ein Schaltkreisdiagramm der Schaltung, die in den Senderschaltkreisen 23 und 30 enthalten ist. Weil die Schaltungen in den Schaltkreisen 23 und 30 identisch sind, reicht die Beschreibung des Senderschaltkreises 23 In Fig. 2 für beide Schaltkreise 23 und 30 aus.
  • Senderschaltkreis 23 enthält eine transformatorlose Wechsel- zu Gleichspannungleistungsversorgung 51, einen formgebenden Schaltkreis 52, der auf Ausgangssignale des Frequenzerzeugers und -formers 25 anspricht, eine Schalteinrichtung 53 und den Resonanzkreis 54, der die Spulen 12 mitbeinhaltet. Der Former 52 spricht auf das Ausgangssignal des Frequenzerzeugers und -formers 25 an, um die Schalteinrichtung 53 mit außer-Phase-Steuersignaien zu versorgen. Die Schalteinrichtung 53 wird erregt durch Spannungen entgegengesetzter Polarität aus der transformatorlosen Leistungsversorgung 51, damit in dem seriellen Schwingkreis 54 ein Strom fließt, der einen kleinen Zeitanteil eines Arbeitszyklusses in Anspruch nimmt, mit der Frequenz, die der Schalteinrichtung durch den Former 52 zugeführt wird.
  • Die transformatorlose Wechsel- zu Gleichspannungleistungsversorgung 51 besitzt einen Vollwellenbrückengleichrichter 55, bestehend aus den Dioden 56-59, der direkt mit den Adern 61 und 62 der Leistungsversorgungsleitung verbunden ist. Die Anoden der Dioden 56 bzw. 57 sind an Ader 61 bzw. 62, die Kathoden der Dioden 58 bzw. 59 an Ader 61 bzw. 62 angeschlossen. Die Kathoden der Dioden 56 und 57 haben eine gemeinsame Verbindung mit der Elektrode 63 des energiespeichernden Filterkondensators 64, während die Anoden der Dioden 58 und 59 eine gemeinsame Verbindung zu der mit einer negativen Vorspannung belegten Elektrode 65 des Kondensators 66 haben. Die Elektroden 67 und 68 der Kondensatoren 64 und 66 haben eine gemeinsame Verbindung mit dem Anschluß 69 der Leistungsversorgung 51. Positive bzw. negative Gleichspannungen, die den Elektroden 63 bzw. 65 zugeführt werden, werden an den Ausgängen 71 bzw. 72 der Leistungsversorgung 51 erzeugt.
  • Die Schalteinrichtung 53 enthält bipolare NPN-Transistoren 74 und 75, deren Basen jeweils durch außer-Phase-Steuerspannungen aus Former 52 getrieben werden. Die Transistoren 74 und 75 haben Kollektor-Emitter-Pfade, die in Vorwärtsrichtung betrieben werden durch die ihren Basen durch den Former 52 zugeführte Spannungen und die mit positiver und negativer Spannung aus den Anschlüssen 71 und 72 der Leistungsversorgung 51 versorgt werden. Der Kollektor des Transistors 74 bzw. Emitter des Transistors 75 sind an die Anschlüsse 71 bzw. 72 angeschlossen, während der Emitter des Transistors 74 und der Kollektor des Transistors 75 den gemeinsamen Anschluß 76 besitzen. Die Emitter-Kollektor-Pfade der Transistoren 74 bzw. 75 sind durch die Dioden 77 bzw. 78 überbrückt, die derartig gepolt sind, daß in ihnen der Strom in der entgegengesetzten Richtung wie in dem jeweiligen überbrückten Kollektor-Emitter-Pfad fließt.
  • Der Anschluß 69 und der gemeinsame Anschluß 76 sind mit den entgegengesetzten Enden des Schwingkreises 54 verbunden, der aus der induktiven Magnetfeldsendespule 12 des induktiven Magnetfeldes, dem Abstimmkondensator 81 und dem Widerstand 82 besteht. Die Kapazität des Kondensators 81 wird so gewählt, daß die Schwingfrequenz des Schaltkreises 54 ungefähr gleich der Schaltfrequenz der Transitoren 74 und 75 während der "An"-Phasen des Arbeitszyklusses ist. Wegen Abweichungen der Induktivität der Spule 12 und der Kapazität des Kondensators 81 ist jedoch die Resonanzfrequenz selten, wenn überhaupt, exakt gleich der Aktivierungsfrequenz der Transistoren 74 und 75 während der "An"-Phase des Arbeitszyklusses. Der Widerstand 82, der die Güte Q des Schwingkreises bestimmt, trägt dazu bei sicherzustellen, daß sinusförmige Ströme sehr niedriger Verzerrung in Schaltkreis 54 fließen, trotz der leichten Abweichungen der Resonanzfrequenz des Schaltkreises 54 in verschiedenen Generatoreinheiten bezogen auf die Betriebsfrequenz der Schalter 74 und 75 während der "An"-Phase des Arbeitszyklusses.
  • Im Betrieb gibt es während jeder "An"-Phase des Arbeitszyklusses, in der die Basen der Transistoren getrieben werden, eine kleine Totzeit zwischen dem Ende der Zeit, in der der Kollektor- Emitter-Pfad des Transistors 74 in Vorwärtsrichtung betrieben wird, und dem Beginn der Arbeit in Vorwärtsrichtung des Kollektor-Emitter-Pfades des Transistors 75, umgekehrt gilt dies für den Schaltwechsel von Schalter 75 zu Schalter 74.
  • Die Totzeit erzeugt der Form er 52 unter Ansprechen auf eine 60 kHz-Eingabe des Frequenzerzeugers 25, damit die Basen der Transistoren 74 und 75 mit Steuersignaien versorgt werden, die jeweils komplementäre Wellenformen haben, wie sie in Abbn. 3A und 3B gezeigt werden.
  • Die Transistoren 74 bzw. 75 werden während der positiven Anteile der Wellen, wie sie in Abb. 3A bzw. 3B gezeigt werden, in Vorwärtsrichtung betrieben. Zu allen anderen Zeiten werden die Transistoren in Sperrichtung betrieben. Während Transistor 74 in Vorwärtsrichtung betrieben wird, fließt Strom von der Elektrode 63 des Kondensators 64 durch den Anschluß 71 und den Kollektor-Emitter-Pfad des Transitors 74 zum gemeinsamen Anschluß 76, dann durch den seriellen Schwingkreis 54 zum Anschluß 69 und zurück zu der negativen Elektrode des Kondensators 64. Wenn der Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors 75 in Vorwärtsrichtung betrieben wird, fließt Strom von der positiven Elektrode 68 des Kondensators 66 durch den Anschluß 69 zum seriellen Schwingkreis 54 und den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors 75 und über den Anschluß 72 zurück zur Elektrode 65 des Kondensators 66. Also fließt der Strom durch den seriellen Schwingkreis 54 während der komplementären leitenden Intervalle der Transistoren 74 und 75 in entgegengesetzten Richtungen.
  • Wegen der kurzzeitigen Arbeitsphase, innerhalb der die Transistoren 74 und 75 in Vorwärtsrichtung betrieben werden, wird während jeder Arbeitsphase nur relativ wenig Strom aus den Kondensatoren 64 und 65 gezogen. Wegen dieses niedrigen Anteils der Arbeitsphase kann der preiswerte transformatorlose Wechsel- zu Gleichspannungskonverter verwendet werden. Der maximale Anteil der Arbeitsphase, in der die Schalttransistoren aktiviert werden können, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. von den Ansprecheigenschaften der magnetostriktiven Karte 17, des Synchrondetektors 37 des Empfängers 14 und von der Schaltung und den Bauteilen des Wechsel- zu Gleichspannungskonverters 51.
  • Die Dioden 78 und 79 arbeiten mit dem Widerstand 82 zusammen, damit ein praktisch verzerrungsfreier, sinusförmiger Strom in Spule 12 fließt, auch wenn die Resonanzfrequenz des Schaltkreises 54 leicht von der Treiberfrequenz der Basen der Transistoren 74 und 75 abweicht. Wegen der energiespeichernden Eigenschaften der Spule 12 und des Kondensators 81 gibt es eine Tendenz, daß Strom kontinuierlich im Schwingkreis 54 fließt nachdem die Transistoren 74 und 75 in Sperrichtung betrieben bzw. unter Vorspannung gesetzt wurden. Die Totzeit zwischen dem Beginn des Sperrbetriebes eines dieser Transistoren und dem Betrieb in Vorwärtsrichtung des anderen Transistors ermöglicht es den die Kollektor-Emitter-Pfade überbrückenden Dioden 78 und 79 den Strom aufzunehmen, der die Tendenz hat, kontinuierlich im Schwingkreis 54 zu fließen.
  • Wenn die Transistoren 75 und 75 durch die in Fig. 3A und 3B gezeigten Signale getrieben werden, hat die Spannung zwischen Anschluß 69 und dem gemeinsamen Anschluß 76 die in Fig. 3C gezeigte Wellenform. Diese Wellenform besteht aus positiven bzw. negativen Pegeln, die gleich den Spannungen an den Anschlüssen 71 bzw. 72 sind. Zwischen den positiven und negativen Pegeln der Wellenform in Fig. 3C existieren Null-Volt-Pegel, die zeitlich mit den Totzeiten der Transistoren 74 und 75 zusammenfallen.
  • Als Reaktion auf die Spannung zwischen Anschluß 69 und Anschluß 76, die dem Schwingkreis 54 mit einer der Schaltfrequenz der Transistoren 74 und 75 gleichen Resonanzfrequenz aufgeprägt wird, fließt im Schwingkreis 54 ein Strom mit der Wellenform wie sie in Fig. 3D abgebildet ist.
  • Die resultierende Spannung zwischen Anschluß 69 und Anschluß 76 ist in Fig. 3E abgebildet und ergibt sich aus dem durch den Schwingkreis 54 während der Totzeiten der Transistoren 74 und 75 kontinuierlich fließenden Strom, der über die von den Dioden 78 und 79 bereitgestellten leitenden Pfade fließt.
  • Obwohl also eine Totzeit in den Steuersignalen für die Transistoren 74 und 75 existiert, ist die sich über den Schwingkreis einstellende, resultierende Ausgangsspannung ohne Totzeiten, was durch die abwechselnde Leitung des Schwingkreisstromes über die Dioden 78 und 79 erreicht wird. Typischerweise fließt ein positiver Strom von nahezu der Größe null im Schwingkreis 54 von Anschluß 76 zum Anschluß 69 zu der Zeit, in der der Transistor 74 anfänglich in Sperrichtung betrieben wird. Dieser Strom fließt durch Anschluß 69 in die Elektrode 68 des Kondensators 66, durch den Kondensator und zurück zum gemeinsamen Anschluß 76 über die Diode 79. Wenn der Strom im Schwingkreis 54 seine Polarität in der Totzeit ändert, fließt positiver Strom vom Schwingkreis 54 zum Anschluß 76 und von Diode 78 zur Elektrode 63 des Kondensators 64.
  • Wenn der Kollektor-Emitter-Pfad in Vorwärtsrichtung betrieben wird, fließt der Strom aus dem seriellen Schwingkreis weiterhin zum Anschluß 76, nun aber über den niederohmigen Kollektor- Emitter-Pfad des Transistors 75 durch den Kondensator 66 zu Anschluß 69. Während Transistor 75 in Vorwärtsrichtung betrieben wird, wird Strom aus dem Kondensator 66 in die Last abgezogen, die aus dem seriellen Schwingkreis 54 und Transistor 75 gebildet wird. Während also Transistor 75 in Vorwärtsrichtung betrieben wird, fließt durch den seriellen Schwingkreis 54 Strom von Anschluß 69 zum Anschluß 76 in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung des Stromflusses durch den Schwingkreis im Falle des Vorwärtsbetriebes des Transistors 74. Wenn der Transistor 75 gesperrt ist, wird der im Schwingkreis durch Anschluß 76 fließende Strom verschoben, so daß er durch die Diode 78 fließt und so hilft, den Kondensator 64 aufzuladen. Ein solcher Stromfluß hält während der Totzeit an, bis die Richtung des Stromflusses im Schwingkreis 54 sich umgekehrt hat; ab dann wird der Kondensator 66 mit Ladestrom über den durch Diode 79 vervollständigten Pfad versorgt.
  • Während der "Aus"-Phase des Arbeitszyklusses, wie sie für mehr als 90% der Zeit wegen der spezifizierten "An"- bzw. "Aus"-Phasen des Arbeitszyklusses von 1,6 bzw. 23,4 Millisekunden besteht, bewirkt die durch den Diodengleichrichter 75 den Anschlüssen 71 und 72 zugeführte gleichgerichtete Spannung, daß die Kondensatoren 64 und 66 wiederaufgeladen werden.
  • Der Widerstandswert des Widerstandes 82 wird so gewählt, daß die Güte Q des abgestimmten Schwingkreises 54 mindestens acht beträgt, um mit dazu beizutragen, den gewünschten, wenig verzerrten sinusförmigen Strom zu erzeugen. Die maximale Amplitude des im Schwingkreis 54 fließenden sinusförmigen Stromes ist zu einem großen Teil durch den Widerstandswert des Widerstandes 82 bestimmt und ist ungefähr gleich der Maximalamplitude der Ausgangsspannung des Inverters 51, zwischen den Anschlüssen 71 und 72, geteilt durch den Widerstandswert des Widerstandes 82.
  • Die Frequenz des im seriellen Schwingkreis 54 fließenden Stromes ist durch die 60 kHz-Arbeitsfrequenz der Transistoren 74 und 75 bestimmt, sogar wenn es eine Abweichung der Resonanzfrequenz des Schaltkreises 54 von der Arbeitsfrequenz der Transistoren gibt. In diesem Fall übernehmen die Dioden 78 und 79 vorauseilende bzw. nacheilende Ströme, die im Schwingkreis 54 fließen als Reaktion auf aktivierende Frequenz der Transistoren 74 und 75, die kleiner bzw. größer ist als die Resonanz des Schwingkreises 54.
  • Wegen der schaltenden Arbeitsweise des Sendeschaltkreise 23, in dem die Transistoren 74 und 75 voll offen und voll gesperrt betrieben werden, ist die Höhe des Leistungsverbrauches des Schaltkreises viel niedriger als in Geräten auf dem bisherigen Stand der Technik. Die schaltende Arbeitsweise des Senders 11, wobei die Resonanzlast durch Schaltkreis 54 erbracht wird, verringert die Belastungen und Schaltverluste der Transistoren 74 und 75, wodurch die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit der Vorrichtung gesteigert wird.

Claims (8)

1. Induktionsmagnetfeldgenerator (11) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes mit einer vorbestimmten Frequenz, der dafür ausgelegt ist, durch eine Netzleitung (19) betrieben zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (11), welcher durch eine Netzleitung (19) betrieben wird, einen Arbeitszeitabschnitt innerhalb eines Arbeitszyklusses hat, der deutlich weniger als 50% der Gesamtzeit beträgt und daß der Generator einen transformatorlosen Eingangswechselspannung-zu-Gleichspannungskonverter (51), einen seriellen Schwingkreis (54) mit Spuleneinrichtungen (12) und Schalteinrichtungen (53) aufweist, die während der Arbeitsphasen des Arbeitszyklusses aktiviert und in den Ruhephasen des Arbeitsszyklusses deaktiviert werden, wobei die Schalteinrichtungen mit einer zur oben erwähnten vorbestimmten Frequenz verknüpften Frequenz während der Arbeitsphasen aktiviert werden und mit dem Schwingkreis (54) sowie dem Konverter (51) verbunden sind, damit im Schwingkreis (54) Resonanzstrom mit der vorbestimmten Frequenz während jeder Arbeitsphase des Arbeitszyklusses fließt und damit die Spulen (12) ein induktives magnetisches Wechselfeld erzeugen.
2. Generator nach Anspruch 1, in welchem die Schalteinrichtung (53) erste und zweite Schaltelemente (74, 75) enthält mit einem gemeinsamen Anschluß (76) und wahlweise leitenden, in Reihe an die ersten und zweiten Anschlüsse (71, 72) angeschlossenen Pfaden, wobei die Schaltelemente (74, 75) während jeder Arbeitsphase eines Arbeitszyklusses aktiviert werden und verbunden sind mit dem Schwingkreis (54) und dem Konverter (51), so daß in ihnen abwechselnd entgegengesetzte Halbwellen des Resonanzstromes fließen.
3. Generator nach Anspruch 2, wobei der Konverter (51) erste und zweite Anschlüsse (71, 72) beinhaltet, an denen Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität in Bezug auf einen Anschluß (69) erzeugt werden, wobei der Schwingkreis (54) zwischen dem letzgenannten Anschluß (69) und dem gemeinsamen Anschluß (76) angeschlossen ist.
4. Generator nach Anspruch 2 oder 3, in dem die Resonanzfrequenz des seriellen Schwingkreises und die Aktivierungsfrequenz der ersten und zweiten Schaltelemente (74, 75) während jeder Arbeitsphase des Arbeitszyklusses ungefähr gleich der vorbestimmten Frequenz sind.
5. Generator nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei jedes Schaltelement eine Halbleiteranordnung beinhaltet, die einen wahlweise bei der vorbestimmten Frequenz in Vorwärtsrichtung betriebenen Pfad zwischen einem Anschluß (71, 72) des Konverters und dem gemeinsamen Anschluß (76) besitzt, wobei wesentlicher Strom durch den besagten Pfad nur in einer Richtung zwischen dem einen besagten Anschluß (71, 72) und dem gemeinsamen Anschluß (76) fließt und wobei den besagten Pfad überbrückende Diodeneinrichtungen (78, 79) so gepolt sind, daß wesentlicher Strom in besagten Diodeneinrichtungen (78, 79) nur in einer zweiten, der oben erwähnten Richtung zwischen dem besagten Anschluß (71, 72) und dem gemeinsamen Anschluß (76) entgegengesetzten Richtung fließt.
6. Generator nach Anspruch 5, wobei die Pfade der besagten Halbleiteranordnungen (74, 75) der ersten und zweiten Schaltelemente während jeder Arbeitsphase eines Arbeitszyklusses in Vorwärtsrichtung zu sich gegenseitig ausschließenden Zeiten betrieben werden, mit einer Totzeit, in der keines der Schaltelemente eine in Vorwärtsrichtung betriebene Halbleiteranordnung hat, wobei die Totzeit ausreicht, die Tendenz unterschiedlicher Schwingkreise unterschiedlicher Generatoren auszugleichen, unterschiedliche Resonanzfrequenzen zu haben, so daß sinusförmige Stromwellen der vorbestimmten Frequenz mit sehr niedriger Verzerrung in den verschiedenen Schwingkreisen fließen.
7. System zum Erfassen von Gegenständen, die Strukturen (17) beinhalten, die in der Lage sind, ein induktives Magnetwechselfeld zu verändern, bestehend aus einem Generator (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aus der Struktur (17), die anspricht auf die vorbestimmte Frequenz des ersten Magnetfeldes, um ein zweites Induktionsmagnetfeld mit der vorbestimmten Frequenz zu erzeugen, und aus einem Empfänger (14) für die vorbestimmte Frequenz des zweiten Induktionsmagnetfeldes, wobei der Empfänger verschiedene erste und zweite Signale erzeugt, je nachdem ob ein Gegenstand mit der Struktur (17) sich in dem Nachweisbereich befindet oder nicht, der magnetisch an den Empfänger (14) und den Sender (11) gekoppelt ist.
8. System nach Anspruch 7, wobei jede Struktur (17) auf das von dem Generator (11) erzeugte magnetische Wechselfeld reagiert, um magnetische Wechselfeldenergie einer vorbestimmten Frequenz in den Empfänger zu einzukoppeln, nachdem die Arbeitsphasen des Generators (11) abgeklungen sind und wobei das System außerdem Einrichtungen (19) für die Synchronisierung des Betriebes des Empfängers (14) mit dem Generator aufweist, damit der Empfänger (14) effektiv nur für ein vorbestimmtes Intervall nach dem Abklingen der Arbeitsphase des Generators aktiviert wird. Liste der in den Figuren verwendeten Ausdrücke und ihrer Übersetzungen Fig. 1 Bezugszeichen engl. Bezeichnung dt. Übersetzung TUNED COILS abgestimmte Spulen UNTUNED COILS nicht abgestimmte Spulen MAGNETOSTRICTIVE CARD magnetostriktive Karte AC POWER LINE Wechselspannungsnetzleitung XMTR CKT Senderschaltkreis ZERO XING DET. Nulldurchgangsdetektor FREQ SYNTH & SHAPER Frequenzerzeuger und -former DC SUPPLY Gleichspannungsversorgung SYNCHRONOUS DETECTOR Synchroner Detektor (oder Synchrondetektor) FREQ SYNTH. Frequenzerzeuger (oder Synthesizer) LOGIC CKT Logikschaltkreis Fig. 2 SHAPER Former ohne Nr. FROM FREQ.SYNTH. von Frequenzerzeuger FROM LINE 19 von Versorgungsleitung 19
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