DE2604485A1

DE2604485A1 - Elektrischer wandler

Info

Publication number: DE2604485A1
Application number: DE19762604485
Authority: DE
Inventors: Jens Peter Koch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1976-02-05
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DK40075A

Description

Elektrischer Wandler Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wandler, um das Vorhandensein eines Körpers aus leitendem Material festzustellen, der zwei gekoppelte Spulen umfaßt, von denen wenigstens eine an einem Oszillator vorgesehen ist, wobei die Wirkung des Körpers, wenn er sich zwischen den beiden Spulen befindet, auf die Kopplung zwischen den Spulen erfaßt wird.
Elektrische Wandler dieser Art können in Geräten verwendet werden, mit denen man feststellen will, ob ein Körper aus leitendem Metall in dem Zwischenraum zwischen den beiden gekoppelten Spulen vorhanden ist. Diese Eigenschaft kann man dazu auswerten, zum Beispiel die Anzahl von Zähnen in einer Zahnstange zur Positionierung eines beweglichen Glieds abzutasten, oder man kann einen Rotor mit einem Zahnkranz oder ähnlichem versehen, wodurch man durch Abtastung der Zähne die Drehgeschwindigkeit oder die Winkeldrehung messen kann.
Ein elektrischer Wandler dieser Art ist aus der DT-OS 1 903 276 bekannt. Er umfaßt zwei gekoppelte Spulen, aus denen eine in einem ständigen oszillierenden System und die andere in einem Empfangsstromkreis eingeordnet ist. Ohne Metall zwischen den Spulen wird die induktive Kopplung als eine maximum Kopplung registriert. Durch geeignete Einführung eines Metallkörpers zwischen den Spulen wird die Kopplung wegen des Wirbelstromverlustes in dem Metall gedämpft. Ein vollständiges Abschirmen ist in der Praxis nicht möglich, und deshalb wird eine Restinduktion immer in der Empfangsspule verbleiben, da das Ausgangssignal des Oszillators ungeändert ist. Deswegen findet keine Ausschaltung der Kopplung statt, weil Metall zwischen den Spulen vorhanden ist, und das System arbeitet ähnlich. Dieser elektrische Wandler arbeitet deshalb mit sehr kleinen Toleranzen, und es ist in der Praxis schwierig, ein Instrument in einer solchen Weise zu kalibrieren, daß das Vorhandensein von Metall eindeutig festgestellt werden kann. Eine Änderung von der Gleichstromspannung in dem Verstärker oder von den Transistorparametern oder von der Temperatur verursacht geänderte Ausgangssignale, so daß in dem Empfangsstromkreis Unsicherheit darüber besteht, ob ein Ausschlag erzeugt ist oder nicht bzw. ob ein metallischer Körper völlig, teilweise oder gar nicht gegenwärtig ist.
Es ist der Zweck der Erfindung, den bekannten Wandler in Bezug auf diesen Nachteil zu verbessern, und dies wird erreicht, wenn der Oszillator ein Huth-Kühne-Oszillator ist, mit einem parallelen Schwingungskreis, der die Basisspule im Basiskreis eines Transistors aufweist, und mit einem parallelen Schwingungskreis, der die Kollektorspule in dem Kollektorkreis desselben Transistors aufweist. Hierdurch wird ein elektrischer Wandler geschaffen, der wegen der positiven Rückkopplung von dem Kollektor zur Basis ohne Metall zwischen den Spulen Schwingungen erzeugt, wenn der Kopplungsfaktor eine gewisse Größe hat, die größer als der Grenzwert für Schwingungsfähigkeit des Systems ist. Wenn ein Stück elektrisch leitendes Metall zwischen den Spulen hineinbewegt wird, entsteht ein Wirbelstromverlust im Metall, der die Rückkopplung zu einem solchen Grade reduziert, daß der Grenzwert nicht erreicht wird, und dies bewirkt, daß das System zu schwingen aufhört. Wenn man das Metall wegnimmt, beginnt das System wieder zu schwingen, wenn der Grenzwert wieder überschritten wird. Es ist also ein digital arbeitendes System, das infolgedessen in der Praxis von äußeren Einwirkungen, zum Beispiel Spannungs- und Temperaturänderungen, vollständig unabhängig ist.
Die Erfindung wird in dem folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 das Schaltungsdiagramm des erfindungsgemäßen Wandlers, Figur 2 die Schaltung des Wandlers in schematischer Form, Figur 3 ein Beispiel für einen elektrisch leitenden Körper, Figur 4 ein anderes Beispiel für einen solchen Körper, Figur 5 den elektrischen Wandler als Geschwindigkeitsmessen, und Figur 6 das Bild der Signale auf einem Glimmlichtoszilloskop.
Der elektrische Wandler 1, wie in Figur 1 und 2 gezeigt, besteht aus zwei Kreisen, die auf dieselbe Frequenz abgestimmt sind.
Jeder der beiden Kreise enthält eine Spule 4, 5. Die Spulen liegen auf einer Linie und haben einen passenden gegenseitigen Abstand, der in aer Praxis in dem Bereich zwischen 1 und 2 liegen kann. Eine Spule, die Kollektorspule 4, geht in einen parallelen Schwingungskreis in dem Kollektor eines Transistors 6 ein, während die andere Spule, die Basisspule 5, in einen parallelen Schwingungskreis in Basis des Transistors 6 eingeht. Das System schwingt als gewöhnlicher Oszillator , dessen Frequenz konstant und von der Resonanzfrequenz des Schwingungskreises bestimmt ist. Der Körper aus elektrisch leitendem Metall kann wie in Figur 3 und 4 gezeigt ausgebildet sein, nämlich als eine Zahnstange 2 oder als ein Flügel 3 mit einem Drehpunkt an der Mitte.
Wenn dieser metallische Körper zwischen die beiden Spulen 4, 5 eingeführt wird, wird die Kopplung zwischen den Schwingungskreisen erst teilweise abgeschirmt. Die induktive Kopplung wird indieser Weise gedämpft. Bei vollständiger Einführung, wie in Figur 5 angedeutet, ist die Dämpfung so stark, daß die Rückkopplung einen geringeren Wert hat als den Grenzwert für die Schwingungsfähigkeit des Systems. Das System hört jetzt zu schwingen auf. Wenn man das Metall von dem Spalt zwischen den Spulen wegnimmt, beginnt das System sofort zu schwingen, nämlich zu dem Zeitpunkt, wenn der Grenzwert überschritten wird.
Dies ist in Figur 6 dargestellt, die ein Beispiel von einem Glimmlichtoszilloskopbild zeigt. Die Abhängigkeit der Spannung von der induktiven Kopplung ist auf der Ordinate gezeigt. In Figur 5 ist ein Luftschraubenblatt oder ein Propeller gezeigt, der zum Zusammenwirken mit einem elektrischen Wandlerangebracht ist. Wenn sich der Propeller in der in Figur 5 gezeigten Lage befindet, ist auf dem Bild in Figur 6 kein Ausschlag zu sehen, das heißt daß wir uns in dem Zwischenraum zwischen den beiden Aussschlägen befinden, wo das System nicht schwingt, da der Grenzwert oder der kritische Rückkopplungsfaktor, der durch den Pfeil 7 gezeigt ist, nicht erreicht ist. Durch die Drehung des Propellers 3 wird das Metall aus dem Bereich zwischen den Spulen herausbewegt und der Wirbelstromverlust wird reduziert.
Gleichzeitig hiermit wird die Rückkopplung erhöht, und der Grenzwert 7 wird überschritten, und das System beginnt zu schwingen, wie rechts oder links in Figur 6 gezeigt ist. Daher kann man von einem digitalen System sprechen.
Die Schaltung hat einen Verbrauch von etwa 2 mA bei 5 V, was ei einen effektiven Verbrauch von 10 mW ergibt. Der Effekt zwischen den Spulen ist zirka 1 mW, was bedeutet, daß der Bremseffekt von dem Metall, das sich zwischen den Spulen bewegt, unbedeutend ist. Der Bremseffekt hört im übrigen völlig auf, wenn die Schwingungen aufhören.
Bei einer praktischen Ausführung des Wandlers können die Ein-und Ausschaltzeiten in der Größenordnung von Millisekunden liegen, und die Resonanzfrequenz kann 300 kHz betragen. Der Wandler ist in vorteilhafter Weise verhältnismäßig temperaturunabhängig und arbeitet jedenfalls im Bereich von -30°C bis 1000C einwandfrei.
Das System kann deshalb mit Vorteil für einen Windmesser, Geschwindigkeitsmesser, Drehzahlmesser, ein Logmessgerät und ähnliches mit einem Propeller als Metallkörper angewendet werden.
Als Positionierungsmittel von hin- und hergehenden Maschinenteilen kann eine Zahnstange 2, wie in Figur 3 gezeigt, als Metallkörper verwendet werden.

Claims

Patentanspruch

Elektrischer Wandler, um das Vorhandensein eines Körpers aus leitendem Material festzustellen, der zwei gekoppelte Spulen umfaßt, von denen wenigstens eine an einem Oszillator vorgesehen ist, wobei die Wirkung des Körpers, wenn er sich zwischen den beiden Spulen befindet, auf die Kopplung zwischen den Spulen erfaßt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Oszillator ein Huth-Kühne-Oszillator ist, mit einem parallelen Schwingungskreis, der die eine Spule als Basisspule (5) in dem Basiskreis eines Transistors (6) aufweist, und mit einem parallelen Schwingungskreis, der die andere Spule als Kollektorspule (4) in dem Kollektorkreis desselben Transistors (6) aufweist.