DE3734177A1 - Verfahren zur beruehrungslosen detektion von wirbelstrominduzierten koerpern, insbesondere von metallischen gegenstaenden, sowie auf das verfahren abgestuetzte sensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Sensortechnik und betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Detektion von wirbelstrominduzierten Körpern, insbesondere von metalli­ schen Gegenständen, sowie ein auf diesem Verfahren basie­ rende Sensoren, wie Positionssensoren, Näherungsinitiatoren, Näherungsschalter etc.

Berührunglose Näherungssensoren, Näherungsinitiatoren und Näherungsschalter zur Detektion des Vorhandenseins eines metallischen Körpers und/oder zur Detektion des Abstandes eines solchen Körpers, basieren auf dem Prinzip der Verstim­ mung eines Oszillators durch Bedämpfung, sobald ein metal­ lischer Gegenstand sich im abgestrahlten Oszillatorfeld befindet. Diese Schaltungen sind allesamt analoge Schaltun­ gen, wobei zum einwandfreien Funktionieren die (ebenfalls analoge) Oszillatorschaltung im Sensorbauteil, in welchem sich die Oszillatorspule befindet, untergebracht sein muß. Dies führt unter anderem zu Miniaturisierungsproblemen, abgesehen davon, daß zur Weiterleitung des Schaltsignals zu den zu schaltenden Aktoren Mehrdrahtleitungen benötigt wer­ den.

Analogschaltkreise haben bekannterweise ihre charakteristi­ schen Begrenzungen und Nachteile, wovon insbesondere die Temperaturabhängigkeit von Oszillatorschaltungen im allge­ meinen und damit bei Näherungsinitiatoren im besonderen einen hervorstechenden Nachteil darstellt. Die Präzision eines solchen Näherungsinitiators hängt also sehr von der Temperaturstabilität der engeren Umgebung ab, in der die mehr oder weniger temperaturabhängige Analogschaltung arbei­ tet. Ferner macht sich im schnellen dynamischen Betrieb die Trägheit des analog aufgebauten Oszillatorsystems zunehmend bemerkbar. Auch in dieser Hinsicht sind heute Grenzen er­ reicht, die nur noch schwer nach außen zu schieben sind.

Zur Einhaltung der erwünschten oder geforderten Präzision in bezug zur Temperaturempfindlichkeit, insbesondere eines Näherungsinitiators, wird in der Regel eine Maßnahme er­ griffen, nämlich das Vorgehen zur Erzielung von hoch tem­ peraturkompensierten Schaltungen (Temperaturunempfindlich­ keit). Dieses Vorgehen bringt eine unverhältnismäßige Zu­ nahme des Aufwandes mit sich und für eine wirkungsvolle Verbesserung der Dynamik, sind ebenfalls analoge Hilfsschal­ tungen zur Beschleunigung des Anschwingvorgangs in gewissen engen Grenzen bekannt.

Mit solch relativ aufwendigen Maßnahmen zur Verbesserung von Zuverlässigkeit, Präzision etc., wird der anfängliche Vorteil der Analogschaltungen, nämlich die Möglichkeit, mit verhältnismäßig geringem schaltungstechnischen Aufwand eine bedämpfbare, für Schalter- und Sensorzwecke geeignete Os­ zillatorschaltung zu erhalten, aufgehoben und durch einen schaltungstechnisch erheblichen Mehraufwand ersetzt, der schließlich in ausgefeiltesten Schaltkreisen seine Grenze findet.

Ein Ansatz einer Lösung ohne permanent laufenden Oszillator, wie sie durch die IBM-TDB, Vol. 13, No. 8 (Jan. 1971), S. 2230- 2231 vorgeschlagen wurde, kam als Produkt nie ans Licht der Welt, da auch hier die Nachteile eines verhältnismäßig großen Schaltungsaufwands überwiegen. Der darin beschrie­ bene Näherungsdetektor besitzt einen Schwingkreis, der mit­ tels eines elektrischen Impulses kurz angeregt wird, wobei die Pulsantwort über einen Integrator solange aufaddiert wird, bis das Integral, das mit dem Signal einer Referenz­ spule und deren Folgeschaltung in einem Komparator vergli­ chen wird, bis das Integral, das mit dem Signal einer Referenz­ spule und deren Folgeschaltung in einem Komparator vergli­ chen wird, am Ausgang des Komparators die An- oder Abwesen­ heit Null oder Eins eines bedämpfenden Körpers anzeigt. Bewegungsabläufe eines Bedämpfungskörpers, die mehr auszusa­ gen fähig sind, lassen sich mit diesem Detektor nicht erfas­ sen. Der sehr aufwendige Detektionsschaltkreis ist außerdem für einen Einzelsensor als Aufwand nicht vertretbar, abgese­ hen davon, daß durch die auswertende Integration auch diese nichtanaloge Lösung sich relativ gleich träge verhält, wie dies bei den bekannten Näherungsschaltern der Fall ist.

Die Erfindung bezweckt, in der Technik der induktiven Posi­ tionssensoren, Näherungssensoren, -initiatoren, -schalter etc. einen verfahrensmäßig neuen Weg zu begehen mit dem Ziel, einerseits den energetisch trägen Oszillator wegzulas­ sen und dadurch einen viel schnelleren, wenig temperaturab­ hängigen Sensor zu schaffen, der zur Erreichung hoher Präzi­ sion andererseits eines unvergleichlich geringeren Schal­ tungsaufwands bedarf und für jegliche digitale Weiterverar­ beitung des Sensorsignals, vorzugsweise ohne zusätzliche Interfaceschaltungen, direkt geeignet ist.

Dieses Ziel wird durch die in den Patentansprüchen angege­ bene Erfindung erreicht, welches ein Verfahren zur Detektion von wirbelstrominduzierten Körpern, bspw. Metallkörpern, mittels schwingungsfähigen Bauelementen angibt und die An­ wendung dieses Verfahrens zur Herstellung von präzise ar­ beitenden Positionssensoren lehrt.

Die erfinderische Idee basiert auf der Vorstellung, daß wenn an Stelle des bei Näherungsschaltern üblichen konti­ nuierlichen Betriebs einer schwingfähigen Schaltung, Bau­ gruppe, Bauelement der diskontinuierliche Betrieb gewählt wird und an Stelle der Energieänderung im kontinuierlichen Energiefluß dieser Betriebsart die Systemantwort untersucht wird, um auf einfache Weise zeitlich direkter den Einfluß der Umgebung sichtbar zu machen, was beim lediglichen Stören eines Energiestroms durch Außenumstände (Dämpfungskörper) nicht möglich ist. Eine Systemantwort erhält man durch Anre­ gung und selbsttätiges beruhigen lassen (Abklingen), und da das System an die physikalische Umgebung gekoppelt ist, so wird eine Systemantwort diese Umgebung des Systems in ihrer Antwort auch mit einbezogen enthalten. Damit lassen sich Schlüsse aus dieser Umgebung aus der Systemantwort entneh­ men.

Wenn bspw. die Impulsantwort eines LC-Systems so ausgewertet wird, daß die Antwort in Funktion der Zeit sich in Funktion der Güte verändert und damit sich in Funktion der Güte von L ändert und damit in Funktion des Abstandes eines wirbel­ strominduzierten Körpers ändert, so kann diese Auswertung direkt zur Distanzdetektion einer Induktivität zu einem bspw. ferromagnetischen Körper herangezogen werden. Ein solches Verfahren zur Detektion eines wirbelstrominduzierten Körpers im Wirkungsbereich eines induktiven Schwingkreis­ elements eines Schwingkreises, das mit einer elektrischen Funktion kurz angeregt wird und die Systemantwort des Netz­ werks ausgewertet wird, wird erfindungsgemäß durch eine zeitlich kontinuierliche, quantitative Messung der Schritt­ antwort einer kurzzeitigen Anregung, zum Festhalten des momentanen Abbildes des geometrischen Ortes des wirbelstrom­ induzierten Körpers und durch die Auswertung der Signalände­ rung über eine Folge von von Anregungen und deren Schritt­ antworten als Gesamt-Abbild über einen Teil der Bewegung des wirbelstrominduzierten Körpers, eine Echtzeitmessung des Bedämpfungskörperzustandes ausgeführt.

Damit ist der Pulsbetrieb eines schaltungstechnisch ratio­ nell ausgestalteten induktiven Näherungsschalters möglich und durch die gegebene Reaktionsgeschwindigkeit und die gegebene Präzision auch sinnvoll. Der Gegenstand der nach­ folgenden Diskussion ist die Herleitung eines solchen zweck­ gerichteten Pulsbetriebes durch die besondere Auswertung der Pulsantwort und die Angabe eines Schaltungsbeispieles für einen pulsbetriebenen Näherungsinitiators.

Zur bildlichen Darstellung des Diskussionsgegenstandes die­ nen die nachfolgend aufgeführten Figuren.

Fig. 1 zeigt in einem Teil A und einem Teil B ein elektri­ sches Netzwerk zur Untersuchung von Schrittantwor­ ten in Abhängigkeit des Abstandes eines wirbel­ strominduzierten Körpers.

Fig. 2a und 2B zeigen typische Schrittantworten einer Anordnung, bei welcher ein solcher Körper unmittel­ bar zur Induktivität angeordnet ist (große In­ fluenz) und eine typische Schrittantwort einer Anordnung, bei welcher ein solcher Körper verhält­ nismäßig fern ist (kleine Influenz).

Fig. 3 zeigt eine Prinzipschaltung für einen Näherungsini­ tiator unter Anwendung der Spitzenwertgleichrich­ tung der Schrittantwort.

Fig. 4 zeigt zwei verschiedene Ausgangsfunktionen in Ab­ hängigkeit der Distanz zwischen der Sensorspule und einem wirbelstrominduzierten Körper.

Fig. 5 und 6 zeigen zwei Beispiele von Näherungsinitia­ toren im Blockschaltbild und

Fig. 5A zeigt die zeitlichen Verläufe von Signalen einer Schaltung gemäß Fig. 5.

Fig. 7 zeigt im Blockschaltbild eine mögliche Verwendung des Verfahrens im Multiplex-Betrieb.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Näherungsini­ tiators in allgemeiner Darstellungsweise.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Vor­ gehens. Ein LC-Parallelschwingkreis mit einer eisenhaltigen Spule, bspw. ein Ferrit(schalen)kern, wie er bei induktiven Näherungssensoren verwendet wird, ist in A mit einem sehr nahe an der Spule angeordneten Bedämpfungskörper Fe und in B mit einem um den Abstand d entfernteren Bedämpfungskörper Fe dargestellt. Das Netzwerk wird an den Eingangsklemmen 1 mit einer Schrittfunktion S beaufschlagt und die Schrittantwort an den Ausgangsklemmen 2 beobachtet. In beiden Fällen stellt sich die erwartete abklingende Schwingung ein, doch ist bei größerer Bedämpfung (A) der Abfall (Decay) wesentlich rascher, als im um den Abstand d weiter entfernten und um dieses Maß weniger bedämpften Fall (B). Wie noch gezeigt werden wird, ist der Verlauf der abklingenden Hüllkurve eine Funktion der Bedämpfung, bzw. eine Funktion des Abstandes des Bedämpfungsstückes Fe von der Spule L. Die Auswertung der Schrittantwort ist damit gleichzeitig die Detektion des Abstandes eines Bedämpfungsstückes vom Schwingkreis.

Die Fig. 2A und 2B zeigen in Anlehnung an die beiden Fälle A und B von Fig. 1 zwei tatsächlich gemessene Span­ nungsverläufe, eine Schrittantwort an einer Meßschaltung, die gemäß Fig. 1 mit ca. 0 mm und 4 mm Abstand von einem wirbelstrominduzierten Körper bedämpft wurden. Der Anfangs­ peak S 1 entspricht der Einschaltflanke der Schrittfunktion P und der Peak S 2 der Ausschaltflanke derselben Pulsfunktion P. Zwischen den beiden Flanken zeigt sich die Schrittantwort als abklingende Schwingung.

Von der gezeigten Funktion interessiert an dieser Stelle lediglich die Hüllkurve (Enveloppe), bzw. deren Abfallfunk­ tion A *exp(-a * t/tau) in Abhängigkeit der Entfernung (Posi­ tion) eines wirbelstrominduzierten Körpers. Die bspw. Spitzenwert-Gleichrichtschaltung gemäß Fig. 3 liefert die gewünschte Funktion, die in zwei Bedämpfungskörper-Sensor Abständen von 4 mm und 5 mm in Fig. 4 dargestellt ist.

Ein Pulsgenerator P beaufschlagt das schwingfähige Netzwerk LC, dessen Ausgangssignal über eine Kapazität C′ ausgekop­ pelt und in einer Verstärkerstufe V verstärkt wird. Das verstärkte Signal Ue am Ausgang der Verstärkerstufe V ent­ spricht den Signalverläufen gemäß Fig. 2A, 2B. Dieses Si­ gnal wird in der nachfolgenden Gleichrichterstufe G, mit der Möglichkeit, die Abfallgröße tau mittels eines variablen Rc zu trimmen, gleichgerichtet. Das Ausgangssignal Ua ent­ spricht den Signalverläufen in Fig. 4, in welchen die Schrittantworten in Abhängigkeit von zwei lediglich um einen Millimeter differierenden Positionen eines Bedämpfungs­ körpers zur Sensorspule in Abhängigkeit zur Zeit (zur Be­ stimmung des Decays in tau) bis zum Ausklingen der Schwin­ gung eingezeichnet ist. Auf der Ordinate sind Ausgangsspan­ nungen Ua in 100 mV/Div, auf der Abszisse die Zeit in 10 µs/Div aufgetragen. Die Decay-Verzögerung A *exp(-a */tau) in Funktion der Bedämpfung ist nun gut sichtbar. Die obere Kurve mit der geringeren Bedämpfung und damit des schwäche­ ren Decays, zeigt sehr gut auswertbare Unterschiede zur darunter verlaufenden Kurve mit der stärkeren Bedämpfung und damit stärkere Decays. Die Differenz entspricht einem Mil­ limeter Wegunterschied des Bedämpfungskörpers und umgelegt auf die Decaydifferenz von ca. 5 µsec (je nach Auswertestel­ le) ist der Bedämpfungskörper ohne weiteres mit einer Auf­ lösung von 0,2 mm leicht detektierbar.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung für eine Spitzen­ wertgleichrichtung zur Erzielung einer auswertbaren Envelop­ pe, muß darauf geachtet werden, daß tau nicht zu klein wird, da dann Ua den Spitzenwerten von Ue nur ungenügend und unter starkem Schwingen folgt. Bei zu großem tau besteht die Gefahr, daß die Entladekurve des RC-Gliedes flacher als Ue(max) verläuft. Die richtige Lage läßt sich am variablen Widerstand Rc einstellen.

Es ist natürlich klar, daß die hier diskutierte Schritt­ antwort-Auswertung mittels Spitzenwertgleichrichtung, nicht die einzige Möglichkeit darstellt. Prinzipiell sind alle Methoden brauchbar, mit welchen Decays im eigentlichen und die Differenz zwischen Decays im besonderen ausgemessen werden. Jedoch werden Methoden, die dem Echtzeitbetrieb nahekommen für Näherungsinitiatoren bevorzugt. Für Nähe­ rungssensoren allgemein, können alle die adäquaten Methoden angewendet werden, die der jeweiligen Applikation am meisten entgegenkommen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen im Blockschema zwei Beispiele von möglichen Ausführungsformen eines Näherungsinitiators (Nähe­ rungssensors) in Anlehnung an die Grundform gemäß Fig. 3. Vorauserwähnt soll jedoch noch folgendes werden: Der physi­ sche Sensorteil an der Einsatzfront kann sich bei der gezeigten Lösung auf die Induktivität (Spule) alleine be­ schränken. Die den Schwingkreis ergänzende Kapazität (Kon­ densator) kann im räumlich getrennten Verstärker-Netzwerk mit Auskopplung und Gleichrichtung untergebracht sein. Die eigentliche (physikalische) Messung an der Spule ist eine Gütefaktor- oder Q-messung der durch einen wirbelstromindu­ zierten Körper beeinflußten Induktivität (Spule). Mit einem einzigen Funktions-Generator, bspw. Pulsgenerator, können ganze Gruppen von Spulen mit Eingangsfunktionen beaufschlagt werden und mit einem die Ausgangsspannung auswertenden Aus­ wertegerät können ebenfalls ganze Gruppen von Näherungsini­ tiatoren ausgewertet werden. Dies ermöglicht einen computer­ gesteuerten, automatischen Betrieb von räumlich beliebig angeordneten Sensoren, bspw. an einem Roboter.

Die eben angesprochene Dezentralisierung ist ein wichtiger Aspekt und wenn an dieser Stelle mit den Ausführungsbeispie­ len ein Näherungsinitiator mit Eingangsgenerator und mit Ausgangsauswerteschaltung vorgestellt wird, so betrifft dies einen individuellen, voll funktionsfähigen Initiator oder Schalter oder Sensor etc., der auf die oben genannte Weise auch in Gruppen realisierbar ist und in dieser Realisie­ rungsform durch die sehr viel größere Reaktionsgeschwindig­ keit als bei konventionellen Oszillatorschaltungen einen Multiplexbetrieb erlaubt, bei dem der einzelne Sensor nicht langsamer würde als die heute bekannten, einzelnen ausgewerte­ ten induktiven Näherungsinitiatoren.

Fig. 5 zeigt einen Näherungssensor mit einem Pulsgeber, der mit einer positiven Pulsflanke auf dem einen Wirkungspfad einen LC-Kreis anschwingt und auf dem andern Wirkungspfad ein Monoflop sozusagen als t = 0 setzt. Die positive Puls­ flanke erzwingt eine Schrittantwort im Schwingkreis, welche ausgekoppelt, verstärkt und gleichgerichtet wird. Die (Teil-)Auswerteschaltung ist hier ein Schmitt-Trigger, der bei einer festen Spannungsschwelle durchschaltet und einen definierten Eingangspegel an ein mit dem Monoflop getaktetes Flip-Flop anlegt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops erscheint je später je entfernter ein Bedämpfungskörper von der Spule ist, bspw. um ca. 5 µsec verzögert pro Millimeter Abstand vom Sensor. Da die Präzision eines Näherungsinitiators nicht nur eine gute Wegauflösung, sondern auch eine vergleichbar gute (oder bessere) Zeitauflösung aufweisen muß, sind an die Repetitionsfrequenz ebenfalls Forderungen zu stellen. Die diskutierten Lösungen erlauben eine Ankickfrequenz des Schwingkreises zwischen 5 und 50 kHz. Damit lassen sich recht hohe Geschwindigkeiten eines Dämpfungskörpers noch genügend gut auflösen und gerade hier zeigt sich auch gleich einer der Vorteile der vorgeschlagenen digitalen Lösung gegenüber der herkömmlichen analogen, da ein ca. 10mal schnellerer Sensor realisiert werden kann.

Fig. 5A zeigt Signalverläufe in der Schaltung gemäß Fig. 5. Mit CH 1 ist der Pulsverlauf des Pulsgenerators mit einer Anregungsflanke an der Stelle t = 0 bezeichnet; mit CH 2 ist der Signalverlauf der Schrittantwort nach dem Gleichrichter bezeichnet; mit CH 3 ist das Signal am J-Eingang des Flip- Flops bezeichnet, der K-Eingang ist dazu invers; mit CH 4 ist der Übernahme-Clock vom Monoflop zum Flip-Flop (pos. Flanke aktiv) bezeichnet; mit CH 5 ist das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops bezeichnet. Alle Signale ändern sich mit bspw. einer Frequenz von 10 kHz. In Anlehnung an die eingangs gezeigten Figuren mit Schrittantworten, ist ein stärker be­ dämpfter Decay A und ein weniger stark bedämpfter Decay B eingezeichnet. Die Schmitt-Triggerschwelle ist mit L angege­ ben. Für die beiden Decays ist das Ausgangssignal CH 3 am Schmitt-Trigger zeitlich verschieden geschaltet. Diese Dif­ ferenz entspricht der Ortsdifferenz d des Bedämpfungskör­ pers. Der Monoflop behält seinen instabilen Zustand des Signals CH 4 während einer Zeit t, die dem Schaltabstand D entspricht, welcher mit seiner negativen Flanke den "Schalt­ punkt" S vorlegt. Das Ausgangssignal CH 5 an der Q-Klemme bleibt solange stationär Hoch oder Tief, solange ein statio­ närer Bedämpfungszustand besteht. Beim Übergang von der Bedingung A zu B oder B zu A ändert sich das Ausgangssignal des Flip-Flops in den anderen Zustand. Damit hat man einen Schalter, der den Bedämpfungszustand vor und hinter einem festgelegten Schaltpunkt S erkennen kann, was mit der Angabe der beiden Decays zu den Signalzuständen CH 5 A und CH 5 B gezeigt werden soll.

Fig. 6 zeigt einen ähnlichen Schaltungsvorschlag, bei dem jedoch anstelle einer durch Gleichrichtung erzielten Enve­ loppe gleich Einzelschwingungen mittels einem Schmitt-Trig­ ger detektiert werden. Das Erreichen der erforderlichen Spannungsschwelle ist ebenfalls Zeit- bzw. Bedämpfungskör­ perpositionsabhängig. In einem anschließenden, durch das Monoflop setzbaren Zähler, werden Schwingungen gezählt, die die Spannungsschwelle überschreiten. Je näher der Bedäm­ pfungskörper der Spule gebracht wird, desto weniger werden es sein (vergl. bspw. Fig. 4 an der Stelle 400 mV und zwischen 30-40 µsec). Der Zählerstand kann dann einem Vergleicher zugeführt werden. Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 ent­ spricht demnach einer voll digitalisierten diskreten Lösung des Problems, das sich ohne Schwierigkeiten in eine kunden­ spezifische integrierte Schaltung (mit-)integrieren läßt.

Fig. 7 zeigt eine im Blockschaltbild dargestellte Ausfüh­ rungsform des oben erwähnten Multiplexbetriebs der gepulsten Sensoren S 1, S 2 . . . Sn. Bei einer Realisierung der dezentralen Gruppensensorlösung, wird die Pulsgenerierung und/oder Si­ gnaldetektion für alle, hier räumlich beliebig angeordneten Sensoren von einem Mikrocomputer übernommen, was nebst dem nun vorteilhaft geringen schaltungstechnischen Aufwand der einzelnen Basissensoren S 1, S 2 . . . Sn (nur der LC-Teil an der Front) zu der eleganten Möglichkeit einer Datenkonzentration bzw. einer zentralen Sensordatenverarbeitung im Mikrocompu­ ter führt. Dabei ist die Ausbildung einer digitalen, bspw. seriellen Schnittstelle BUS zu einer übergeordneten Prozeß­ steuerung uP in den gleichen Mikrocontroller MUX integrier­ bar. Mit dem Blockschaltbild nach Fig. 7 soll eine Appli­ kationsmöglichkeit gezeigt werden, die mit den heutigen Näherungssensoren nicht auf diese Weise realisiert werden kann. Der Einsatzbereich dieser Applikationsform liegt bspw. in der Robotertechnik, hauptsächlich bei komplexen Robotern mit einer Vielzahl von räumlich beliebig und damit unabhän­ gig angeordneten präzisen und sehr schnell reagierenden Sensoren.

Das Verfahren zur Detektion eines wirbelstrominduzierten Körpers im Wirkungsbereich eines induktiven Schwingkreis­ elements (L), das an Stelle eines kontinuierlichen Betriebs und Detektion der Stromänderung, ein ein Schwingkreis (L, C) enthaltendes Netzwerk mit einer elektrischen Funktion kurz angeregt wird und die Systemantwort des Netzwerks auswertet. Verwendet als Näherungssensor wird ein schwingfähiges Netz­ werk (L, C), eingangsseitig mit einem Funktionsgenerator betrieben und ausgangsseitig mit einer Auswerteschaltung die Systemantwort untersucht.

Ausgehend vom Prinzipschaltbild in Fig. 3, bzw. von den beiden Beispielen der Näherungsinitiatoren in den Block­ schaltbildern in den Fig. 5 und 6, zeigt Fig. 8 einen Näherungsinitiator mit der Auswertung des Bewegungszustandes des wirbelstrominduzierten Körpers, der in den Wirkungs­ bereich des induktiven Schwingkreiselements des Schwingkrei­ ses eingedrungen ist. Der Schwingkreis, der mit einer elek­ trischen Funktion kurz angeregt wird, gibt die Systemantwort aus dem Netzwerk, welche in den folgenden Schaltungen ausge­ wertet wird. Mit einer zeitlich fortlaufenden, quantitativen Messung der Schrittantwort nach einer kurzzeitigen Anregung, kann ein momentanes Abbild des geometrischen Ortes des wir­ belstrominduzierten Körpers festgehalten werden und durch die Auswertung der Signaländerung über eine Folge von Anre­ gungen und deren Schrittantworten, kann dann das Gesamt- Abbild über einen Teil des Bewegungsablaufes des wirbel­ strominduzierten Köpers ermittelt werden.

In einem Verfahren, in welchem der zu detektierende wirbel­ strominduzierte Körper im Wirkungsbereich einer Spule als Schwingkreiselement detektiert wird, wird die Schrittantwort verstärkt und gleichgerichtet wird und die Enveloppe der Schrittantwort ausgewertet. Dies ist durch die Schaltung gemäß Fig. 8 dargestellt. In einem anderen Verfahren, in welchem der zu detektierede wirbelstrominduzierte Körper im Wirkungsbereich einer Spule als Schwingkreiselement detek­ tiert wird, wird die Anzahl und Amplitude einer Mehrzahl Einzelschwingungen der Schrittantwort ausgewertet. Dies ist durch die Schaltung gemäß Fig. 6 dargestellt, wobei in einer Ausführungsform zur Ausführung dieses Verfahrens in Fig. 8 der Gleichrichter durch einen Schmitt-Trigger und Zähler ersetzt wird.

Im Signalfluß, anschließend an den Gleichrichter (bzw. Schmitt-Trigger und Zähler) folgt am Ausgang eine Sample & Hold-Schaltung mit einem nachgeschalteten A/D-Wand­ ler. Eine Steuerschaltung (Kontroller, Mikroprozessor) kont­ rolliert über den Generator und die Sample & Hold-Schaltung die Anregung des LC-Netzwerkes und die Probenahme aus dem Schrittantwortsignal (siehe Fig. 2A, 2B und 5A, und wertet die Signalproben zum Gesamtbild aus, was Fig. 4 darstellt. Der Kontroller wird seinerseits über eine Zeitbasis getak­ tet. Der mit dieser Maßnahme ebenfalls mögliche Multisen­ sorbetrieb ist auch in Fig. 7 abgebildet, in welcher der Generator, Entkoppler, Schrittantwortabtastung und Digital­ wandlung und Multiplexbetrieb der Sensoren in der Kontrol­ lerbox stattfindet, welche grundsätzlich gleich wie die Schaltung gemäß Fig. 8 arbeitet. Die zeitlich nacheinander stattfindende Anregung der einzelnen Sensoren verhindert dabei die gegenseitige Beeinflussung der Sensoren, wie sie bei der bekannten Oszillatorlösung auftritt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Detektion eines wirbelstrominduzierten Körpers im Wirkungsbereich eines induktiven Schwing­ kreiselements eines Schwingkreises, der mit einer elek­ trischen Funktion kurz angeregt und die Systemantwort des Netzwerks ausgewertet wird, gekennzeichnet durch eine zeitlich fortlaufende, quantitative Messung der Schrittantwort einer kurzzeitigen Anregung, zum Festhal­ ten des momentanen Abbildes des geometrischen Ortes des wirbelstrominduzierten Körpers und durch die Auswertung der Signaländerung über eine Folge von Anregungen und deren Schrittantworten als Gesamt-Abbild über einen Teil des Bewegungsablaufes des wirbelstrominduzierten Körpers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu detektierende wirbelstrominduzierte Körper im Wirkungsbereich einer Spule als Schwingkreiselement detektiert wird, in dem diese Spule im Schwingkreis mit einer Schrittfunktion angeregt und die Schrittantwort verstärkt und gleichgerichtet wird und die Enveloppe der Schrittantwort ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu detektierende wirbelstrominduzierte Körper im Wirkungsbereich einer Spule als Schwingkreiselement detektiert wird, in dem diese Spule im Schwingkreis mit einer Schrittfunktion angeregt und die Schrittantwort verstärkt wird und Anzahl und Amplitude einer Mehrzahl Einzelschwingungen der Schrittantwort ausgewertet wer­ den.

4. Näherungssensor zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einem schwingfähigen Netzwerk (L, C), an welchem eingangsseitig ein Funktionsgenerator und aus­ gangsseitig eine Auswerteschaltung angeordnet ist, ge­ kennzeichnet durch eine Detektorspule (L) parallel oder in Serie mit einem Kondensator (C) als Schwingkreis geschaltet, ein gesteuerter Funktionsgenerator (P, G) eingangsseitig an diesen Schwingkreis geschaltet und eine Verstärkerschaltung (V) ausgangsseitig an diesen Schwingkreis geschaltet, eine an den Ausgang der Ver­ stärkerschaltung (V) geschaltete Auswerteschaltung (G), sowie eine Steuereinheit zur Steuerung des Generators und der Auswerteschaltung.

5. Näherungssensor gemäß Patentanspruch 4, gekennzeichnet durch einen Wirkungspfad mit einem gesteuerten Funk­ tionsgenerator, der am Schwingkreis angeschlossen ist und ausgangsseitig eine Auswerteschaltung mit einem Verstärker und einem Gleichrichter zur Bildung der En­ veloppe angeordnet hat, daran angeschlossen eine ge­ steuerte Sample & Hold-Schaltung mit anschließender Digi­ talisierschaltung, sowie einem Controller zur Aufnahme der digitalisierten Signale und Steuerung des Funk­ tionsgenerators und Sample & Hold-Schaltung.

6. Näherungssensor nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen ersten Wirkungspfad mit einer Detektorspule (L) parallel oder in Serie mit einem Kondensator (C) als Schwingkreis geschaltet, mit einer Verstärkerschaltung (V) ausgangsseitig an diesen Schwingkreis geschaltet, sowie mit einer an den Ausgang der Verstärkerschaltung (V) geschalteten (Teil-)Auswerteschaltung (G) und einen zweiten Wirkungspfad mit einer Triggerschaltung (Mono­ flop), wobei beide Wirkungspfade eingangsseitig einen Funktionsgenerator und ausgangsseitig eine Pegelanzeige­ schaltung (FF, Zähler) zugeschaltet haben.

7. Näherungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilauswerteschaltung (G) einen Gleichrichter mit nachgeschaltetem Schmitttrigger beinhaltet.

8. Näherungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilauswerteschaltung (G) einen Schmitt-Trigger mit nachgeschalteter Zählschaltung beinhaltet.

9. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Induktivität (L) des schwingfähigen Netzwerks als Detektorspule ausgebildet ist.

10. Näherungssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Detektorspule ein Spulenkörper aus Ferrit verwendet wird.

11. Verwendung des Näherungssensors nach Anspruch 4 als Näherungsinitiator.

12. Verwendung des Näherungssensors nach Anspruch 4 als Näherungsschalter.

13. Verwendung des Näherungssensors nach Anspruch 4 in einem Abstandsmeßgerät.