DE3611862A1 - INDUCTIVE PROXIMITY SENSOR - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem induktiven Näherungs sensor mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention is based on an inductive approximation Sensor with the in the preamble of claim 1 specified features.
Ein solcher Näherungssensor ist aus der DE-OS 33 18 900 bekannt. Es handelt sich dabei um einen Näherungssensor mit geringem Strombedarf, welcher einen elektrischen LC-Schwingkreis aufweist, dessen Spule durch die Annäherung eines elektrisch leitfähigen Gegen standes beeinflußbar ist. Der Schwingkreis wird durch einen Gleichstromimpuls zur Schwingung angeregt und aus dem Abklingvorgang der so erzeugten gedämpften Schwingung wird auf den Grad der Näherung geschlossen.Such a proximity sensor is known from DE-OS 33 18 900. These are a proximity sensor with low power consumption, which has an electrical LC resonant circuit, the coil by the approach of an electrically conductive counter can be influenced. The resonant circuit is through a DC pulse excited to vibrate and off the decay process of the damped vibration generated in this way the degree of approximation is concluded.
Dieser Näherungssensor hat deshalb einen verhältnismässig niedrigen Stromverbrauch, weil sein Schwingkreis nicht permanent durch einen Oszillator zum Schwingen angeregt wird , sondern lediglich durch kurze, in periodischen Ab ständen auftretende Gleichstromimpulse, deren zeitlicher Abstand so groß bemessen sein muss, dass auch beim lang samsten Abklingen der angeregten Schwingung (wenn nämlich das Dämpfungsglied den geringsten Einfluß auf die Spule des Schwingkreises ausübt) die Schwingung bereits abge klungen ist, wenn der nächste Gleichstromimpuls auftritt. Die Dauer des Gleichstromimpulses soll groß genug sein, um eine ausreichende Aufladung des Kondensators des LC- Schwingkreises zu ermöglichen, sie soll andererseits klein sein gegenüber der Periodendauer der Schwingkreisfrequenz, damit beim Aufladen des Kondensators des Schwingkreises kein störender Strom über die Spule des Schwingkreises zu fließen beginnt.This proximity sensor therefore has a relative low power consumption because its resonant circuit is not permanently excited to oscillate by an oscillator is, but only by short, in periodic Ab would occur direct current pulses, their temporal The distance must be so large that even with the long the slowest decay of the excited vibration (if namely the attenuator has the least influence on the coil of the resonant circuit) already abge the vibration is clear when the next DC pulse occurs. The duration of the DC pulse should be long enough for sufficient charging of the capacitor of the LC To enable the resonant circuit, on the other hand, it should be small be compared to the period of the resonant circuit frequency, so when charging the capacitor of the resonant circuit no disturbing current through the coil of the resonant circuit begins to flow.
Aus der mittels des Gleichstromimpulses im Kondensator des Schwingkreises gespeicherten Energie beginnt der Schwing kreis zu schwingen. Die Schwingung verläuft gedämpft. Die Abklingdauer ist abhängig von den Verlusten des Schwing kreises, insbesondere von den Verlusten der Spule des Schwingkreises, Wird die Spule durch das Dämpfungsglied von aussen her bedämpft, wird die Abklingdauer verkürzt.From the by means of the DC pulse in the capacitor of the The oscillation of the stored energy begins to oscillate swinging circle. The vibration is damped. The Cooldown depends on the loss of the swing circle, especially from the losses of the coil of the Resonant circuit, the coil is through the attenuator dampened from the outside, the cooldown is shortened.
Gemäß der DE-OS 33 18 900 kann die Auswertung des Ab klingvorganges der gedämpften Schwingung durch eine Aus werteschaltung in verschiedener Weise erfolgen. So kann z.B. die Spannung am Schwingkreis galvanisch oder induktiv ausgekoppelt und gleichgerichtet werden. Der Mittelwert der gleichgerichteten Spannung über die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden, den Schwingkreis anregenden Gleichstromimpulsen ist ein Maß für die Abklingdauer und damit für die jeweilige Annäherung. Eine andere in der DE- OS 33 18 900 genannte Auswertemöglichkeit besteht darin, jeweils zu bestimmten Zeitpunkten zwischen zwei aufeinander folgenden, den Schwingkreis anregenden Gleichstromimpulsen zu prüfen, ob die Schwingung noch andauert oder ob sie schon abgeklungen ist.According to DE-OS 33 18 900, the evaluation of the Ab sounding of the damped vibration by an off value switching in different ways. So can e.g. the voltage at the oscillating circuit galvanically or inductively be decoupled and rectified. The mean the rectified voltage over the period between two successive, exciting the resonant circuit DC pulses is a measure of the decay time and thus for the respective approximation. Another in the DE OS 33 18 900 called evaluation possibility consists in each at certain times between two on top of each other following DC pulses stimulating the resonant circuit to check whether the oscillation continues or whether it has already subsided.
Nach den Ausführungen in der DE-OS 33 18 900 ist der Strom verbrauch des Näherungssensors so niedrig , dass bei Speisung aus kleinen galvanischen Elementen (Knopf zellen) Betriebsdauern von mehr als einem Jahr ohne Batteriewechsel erzielt werden. Für gewisse Anwendungen sind jedoch Betriebsdauern von mehr als 5 Jahren ohne Batteriewechsel erwünscht: So besteht beispielsweise bei Wasserzählern und bei Wärmezählern die Forderung nach einem wartungsfreien Betrieb über 5 Jahre hinweg. Mit Knopfzellen als Batterien ist diese Forderung bislang nicht erfüllbar.According to the statements in DE-OS 33 18 900 is the current consumption of the proximity sensor so low that at Feeding from small galvanic elements (button cells) operating times of more than one year without Battery replacement can be achieved. For certain applications however, operating times of more than 5 years are without Battery change desired: For example, there is the requirement for water meters and heat meters after maintenance-free operation for 5 years. With button cells as batteries, this requirement has been up to now not feasible.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Näherungssensor der eingangs genannten Art den Stromverbrauch auf möglichst einfache Weise noch weiter abzusenken.The invention is therefore based on the object a proximity sensor of the type mentioned Power consumption continues to be as simple as possible lower.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Näherungssensor mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche.This task is solved by a proximity sensor with the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are counter stood the subclaims.
Durch die Verwendung eines Transformators anstelle einer einzelnen Spule erreicht man eine Spannungsverstärkung der abklingenden Schwingung, die vom Übersetzungsver hältnis des Transformators abhängt. Die hiermit ver knüpfte Steigerung der Empfindlichkeit des Näherungs sensors erlaubt es umgekehrt, die primärseitig in den Schwingkreis eingespeiste Energie zu verringern, was beim Batteriebetrieb zu einer längeren Lebensdauer führt. Eine weitere Empfindlichkeitssteigerung des Näherungssensors kann man dadurch erreichen, dass man für den Transformator einen Schalenkern verwendet; das ist ein insbesondere aus einem Ferritwerkstoff bestehender topfförmiger Kern mit einem koaxial darin angeordneten Zapfen, welcher die bei den Transformatorwicklungen trägt. Ein solcher Schalenkern hat eine ausgeprägte Richtungsabhängigkeit in seiner Empfindlichkeit gegen Bedämpfen von aussen: Die Dämpfungs wirkung ist dann besonders stark, wenn das elektrisch leitende Dämpfungsglied an das offene Ende des Schalen kernes herangeführt wird. Die Dämpfung hat ihre Ursache in Wirbelströmen, welche im elektrisch leitfähigen Dämpfungs glied bei dessen Annäherung an den Transformator induziert werden. Gegen magnetische Beeinflussung hingegen ist der erfindungsgemäße Näherungssensor recht unempfindlich: Durch Annähern eines Ferrites an die Wicklungen ändert sich das Antwortsignal des Sensors praktisch nicht. Diese Un empfindlichkeit gegen magnetische Beeinflussung ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Näherungssensors.By using a transformer instead of one individual coil, a voltage gain is achieved the decaying vibration caused by the translation ver ratio of the transformer depends. The hereby ver linked increased sensitivity of the approximation Conversely, sensors allow the primary side in the To reduce the energy fed into the resonant circuit Battery operation leads to a longer service life. A further increase in sensitivity of the proximity sensor can be achieved by looking for the transformer uses a cup core; that is one in particular a cup-shaped core with a ferrite material a coaxially arranged pin, which the at carries the transformer windings. Such a shell core has a pronounced directionality in its Sensitivity to external damping: the damping effect is particularly strong when it is electric conductive attenuator to the open end of the shells core is introduced. The damping has its cause in eddy currents, which are in the electrically conductive damping member induced when approaching the transformer will. On the other hand, it is against magnetic interference Proximity sensor according to the invention quite insensitive: As a ferrite approaches the windings changes the response signal from the sensor is practically not. This Un sensitivity to magnetic interference is a Advantage of the proximity sensor according to the invention.
Die durch den Transformator bewirkte Spannungsverstärkung des Antwortsignals des Näherungssensors bedingt wegen der nur induktiven Kopplung zwischen den beiden Transformator wicklungen keinen ins Gewicht fallenden Strommehrverbrauch, dieser wird vielmehr durch die erreichte Empfindlichkeits steigerung reichlich überkompensiert. The voltage boost caused by the transformer the response signal of the proximity sensor due to the only inductive coupling between the two transformers windings no significant additional electricity consumption, this is rather due to the sensitivity achieved The increase was overcompensated.
Die Anregung des Schwingkreises kann durch in gleichen zeitlichen Abständen auftretende kurze elektrische Impulse erfolgen, wobei der zeitliche Abstand der Impulse an den jeweiligen Verwendungszweck des Näherungs sensors angepaßt werden kann, wobei darauf Rücksicht zu nehmen ist, dass der zeitliche Abstand der den Schwing kreis anregenden Impulse wenigstens so groß sein soll, dass die angeregten gedämpften Schwingungen in dieser Zeitspanne jedenfalls abgeklungen sind. Eine Anpassung an unterschiedliche Auswerteschaltungen, die unterschied liche Eingangsamplituden erfordern mögen, kann durch An passung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators geschehen.The excitation of the resonant circuit can be done in the same way short electrical intervals occurring Impulses take place, the time interval between Impulses to the respective purpose of the approximation sensors can be adjusted, taking this into account is that the time interval of the swing circular stimulating impulses should be at least as large that the excited damped vibrations in this In any case, the time period has subsided. An adjustment to different evaluation circuits that differ may require input amplitudes, can by An Fit the transformer ratio happen.
Die elektrischen Impulse, die den Schwingkreis anregen, müssen jedoch nicht in periodischen Abständen auftreten; ihr Auftreten kann auch fremdgesteuert werden, beispiels weise in Abhängigkeit von Bewegungsabläufen in Maschinen oder Geräten, in Zusammenhang mit denen ein solcher Näherungssensor eingesetzt wird. Insbesondere in solchen Anwendungen kann es von Vorteil sein, die Impulse für die Erregung des Schwingkreises mittels eines Wiegand-Impuls generators zu erzeugen. Ein solcher Wiegand-Impulsgenerator ist beispielsweise in der DE-OS 21 57 286 offenbart. Er hat den Vorteil, dass er keine elektrische Stromquelle zum Erzeugen der elektrischen Impulse benötigt, so dass der Stromverbrauch des Sensors weiter gesenkt werden kann (es wird dann nur noch eine Stromversorgung für die Auswerteschaltung benötigt.)The electrical impulses that excite the resonant circuit do not have to occur periodically; their occurrence can also be controlled externally, for example wise depending on the movement sequences in machines or devices related to such Proximity sensor is used. Especially in such It may be beneficial to provide the impetus for the applications Excitation of the resonant circuit by means of a Wiegand pulse to generate generators. Such a Wiegand pulse generator is disclosed for example in DE-OS 21 57 286. It has the advantage that it is not an electrical power source needed to generate the electrical pulses so that the power consumption of the sensor can be further reduced can (only a power supply for the evaluation circuit is required.)
Die Art und besondere Empfindlichkeit des erfindungs gemäßen Näherungssensors bringen es mit sich, dass trotz des extrem niedrigen Stromverbrauches in der abklingenden Schwingung des Schwingkreises noch zahl reiche Perioden beobachtet werden können. Das ermöglicht in Weiterbildung der Erfindung eine besonders elegante Art und Weise der Auswertung des Abklingverhaltens mittels einer Zählschaltung , die die Anzahl der Perioden zählt, in denen die abklingende Schwingung in der Sekundär wicklung L 2 Amplituden oberhalb einer vorgegebenen Schwelle hat. Diese Schwelle wird so gelegt, dass eventuell auf tretende Störimpulse zum Zählergebnis nicht beitragen. Das Zählergebnis ist unmittelbar ein Maß für die Abkling dauer der gedämpften Schwingung. Der Vorteil einer solchen Auswertung liegt darin, dass sie mit einfachen, preis werten, schnellen, digitalen, elektronischen Schaltungen vorgenommen werden kann, die nur einen minimalen Strom verbrauch haben. Die Auswertung kann beispielsweise in der Weise erfolgen, dass man eine nach den Umständen des Anwendungsfalls deutliche Dämpfung als Signal für die Annäherung des Dämpfungsgliedes wertet und registriert, beispielsweise das Auftreten von höchstens 5 Perioden der abklingenden Schwingung oberhalb der vorgebbaren Schwelle anstelle von 10 Perioden im ungedämpften Fall. The type and particular sensitivity of the proximity sensor according to the invention entail that numerous periods can still be observed despite the extremely low power consumption in the decaying oscillation of the resonant circuit. This enables in a further development of the invention a particularly elegant way of evaluating the decay behavior by means of a counter circuit which counts the number of periods in which the decaying vibration in the secondary winding L has 2 amplitudes above a predetermined threshold. This threshold is set in such a way that any interference pulses do not contribute to the count result. The count result is a direct measure of the decay time of the damped oscillation. The advantage of such an evaluation is that it can be carried out with simple, inexpensive, fast, digital, electronic circuits that consume only a minimal amount of electricity. The evaluation can be carried out, for example, by evaluating and registering a damping that is clear according to the circumstances of the application as a signal for the approach of the damping element, for example the occurrence of a maximum of 5 periods of the decaying vibration above the predefinable threshold instead of 10 periods in the undamped Case.
Es ist aber sogar möglich, aus der jeweils gezählten Anzahl von Perioden der abklingenden Schwingung eine quantitative Aussage über den Grad der Annäherung des Dämpfungsgliedes abzuleiten, so dass der Näherungs sensor nicht nur als Schwellwertdetektor, sondern auch als Wegmeßsensor einsetzbar ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Transformatorkern ein Schalenkern ver wendet wird, der dem Sensor eine ausgeprägte Empfindlich keit in Richtung der Längsachse des Schalenkerns gibt. Die besondere Eignung als Wegmeßsensor hängt auch un mittelbar damit zusammen, dass durch den Einsatz eines Transformators anstelle einer einzigen Wicklung im Schwingkreis die Empfindlichkeit des Sensors erhöht und die Anzahl der Perioden der abklingenden Schwingung in der Sekundärwicklung des Transformators erhöht ist. (Die Sekundärwicklung verhält sich wie ein Energie speicher; infolge geringerer Dämpfung kommt es in der abklingenden Schwingung zu einer größeren Anzahl von Perioden).However, it is even possible to count out of each Number of periods of decaying vibration one quantitative statement about the degree of approximation of the Derive attenuator, so that the approximation sensor not only as a threshold detector, but also can be used as a displacement sensor. This is especially true then when a shell core ver as the transformer core is applied, which gives the sensor a pronounced sensitivity speed in the direction of the longitudinal axis of the shell core. The special suitability as a displacement sensor also depends on indirectly with the fact that by using a Transformer instead of a single winding in the Resonant circuit increases the sensitivity of the sensor and the number of periods of the decaying vibration in the secondary winding of the transformer is increased. (The secondary winding behaves like an energy Storage; due to lower damping it occurs in the decaying vibration to a greater number of Periods).
Anstatt die Anzahl der Perioden bis zum Absinken der Amplitude der abklingenden Schwingung bis auf einen vorgegebenen Schwellenwert zu bestimmen, könnte man auch umgekehrt den Spannungsabfall ermitteln, den die Amplitude der abklingenden Schwingung während einer vorgegebenen Anzahl von Perioden erleidet; eine derartige Auswertung ist jedoch aufwendiger.Instead of the number of periods until the Amplitude of the decaying vibration except for one one could also determine the predetermined threshold Conversely, determine the voltage drop, the amplitude the decaying vibration during a given one Number of periods suffered; such an evaluation however, is more complex.
Erfindungsgemäße Näherungssensoren eignen sich auch be sonders zur Verwendung in einem Drehzahlgeber, in welchem ein mit der zu bestimmenden Drehzahl rotierendes Dämpfungs glied sich infolge seiner Drehung dem Kern des Trans formators annähert und sich von ihm entfernt. Ein jedes Annähern kann durch den Näherungssensor ermittelt, ge meldet und anschließend registriert werden. Eine be sondere Anwendung eines solchen erfindungsgemäß ausge statteten Drehzahlgebers findet sich in Wasserzählern und Wärmemengenzählern und anderen Mengenzählern, die wie diese den Durchfluß eines strömenden Mediums beispiels weise mittels eines Flügelrades messen und in eine Dreh bewegung umsetzen. Wegen des extrem niedrigen Stromver brauchs eines erfindungsgemäßen Näherungssensors können Wasserzähler und dergleichen Mengenzähler mit einer Knopf zelle über einen Zeitraum von 5 Jahren und mehr ohne Batteriewechsel betrieben werden.Proximity sensors according to the invention are also suitable especially for use in a speed sensor, in which a damping rotating with the speed to be determined joined the core of the trans as a result of its rotation formators approaches and moves away from it. Each one Approach can be determined by the proximity sensor, ge reports and then be registered. A be Special application of such according to the invention equipped speed sensor can be found in water meters and heat meters and other flow meters that like this the flow of a flowing medium, for example measure by means of an impeller and turn implement motion. Because of the extremely low Stromver need a proximity sensor according to the invention Water meter and the like flow meter with a button cell over a period of 5 years and more without Battery change can be operated.
Durch geeignete Ausbildung des Dämpfungsgliedes kann man bei einem solchen Drehzahlgeber auch zwischen Vorwärts- und Rückwärtslauf unterscheiden, wenn man das Dämpfungs glied in bezug auf Drehrichtungsumkehr unsymmetrisch ge staltet. Man könnte das Dämpfungsglied beispielsweise dreieckig ausbilden und derart führen, dass es bei Bewegung in der einen Drehrichtung sich mit einer seiner Ecken der empfindlichen Seite des Näherungssensors nähert, während es sich bei entgegengesetzter Drehrichtung mit einer seiner Seiten der empfindlichen Seite des Näherungs sensors nähert. Im ersten Falle wird die Dämpfung lang samer einsetzen als im zweiten Falle, so dass im ersten Falle mehr Perioden in der abklingenden Schwingung ge zählt werden können als im zweiten Falle, woraus der Drehsinn erkennbar ist. Alternativ könnte man das Dämpfungs glied zweiteilig ausbilden und einen ersten, schwach dämpfenden Bereich und einen zweiten, stark dämpfenden Be reich vorsehen und beide Bereiche durch einen Luftspalt trennen. Man beobachtet dann bei Drehung des Dämpfungs gliedes in der einen Richtung zuerst eine schwach ge dämpfte und dann eine stark gedämpfte Schwingung, bei Drehung in der umgekehrten Richtung zunächst eine stark gedämpfte und dann eine schwach gedämpfte Schwingung, woraus der Drehsinn ebenfalls erkennbar ist.By suitable design of the attenuator one can with such a speed sensor also between forward and reverse running when you look at the damping link asymmetrical with respect to reversal of direction of rotation shapes. You could, for example, the attenuator form a triangle and guide it so that it moves in one direction of rotation with one of its corners approaches the sensitive side of the proximity sensor, while in the opposite direction with one of its sides the sensitive side of the approximation sensors is approaching. In the first case, the damping becomes long use samer than in the second case, so that in the first If there are more periods in the decaying vibration can be counted as in the second case, from which the Direction of rotation is recognizable. Alternatively, you could use the damping form a link in two parts and a first, weak damping area and a second, strongly damping loading Provide rich and both areas through an air gap separate. One then observes when the damping is turned link in one direction first a weak dampened and then a strongly damped vibration, at Rotation in the opposite direction is initially a strong one damped and then a weakly damped vibration, from which the sense of rotation is also recognizable.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors ist in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt.An embodiment of the sensor according to the invention is shown schematically in the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Sensor, Fig. 1 shows a longitudinal section through the sensor,
Fig. 2 zeigt eine Ansicht auf den geöffneten Sensor von der Rückseite her, Fig. 2 shows a view of the opened sensor from the rear side,
Fig. 3 zeigt die Anordnung eines solchen Sensors in einem Wasserzähler, und Fig. 3 shows the arrangement of such a sensor in a water meter, and
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild für einen solchen Sensor. Fig. 4 shows a block diagram for such a sensor.
Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Sensor befindet sich in einem zylindrischen Gehäuse 1 am einen Ende ein Transformator mit einem Schalenkern 2, der auf seinem zentralen Zapfen 3 übereinander zwei Wicklungen L 1 und L 2 trägt, von denen die Sekundärwicklung L 2 eine größere Wicklungszahl hat als die Primärwicklung L 1. Der Schalenkern 2 ist so angeordnet, dass sein offenes Ende in dieselbe Richtung weist wie das Gehäuse 1 des Sensors mit seinem vorderen Ende. Durch eine Kunstharz-Verguß masse 4 ist der Schalenkern 2 im Gehäuse 1 fixiert und nach aussen hin geschützt. Im mittleren Teil des Gehäuses 1 ist eine Leiterplatte 5 angeordnet, welche den Anregungs schaltkreis für den Oszillator trägt. Vom Anregungsschalt kreis sind in der Fig. 1 und in der Draufsicht gemäß Fig. 2 folgende Schaltungselemente zu erkennen: Ein Quarz oszillator 6 mit seinen beiden Anschlußpunkten 7 und 8; ein integrierter Schaltkreis 9, welcher aus dem Signal des Quarzoszillators durch Frequenzteilung und Signalver stärkung ein Impulssignal mit geeigneter Frequenz und Stromstärke bildet; die Anschlußpunkte 10 und 11 für eine Gleichspannungsquelle; die Anschlußpunkte 12 und 13 für die Primärwicklung L 1 sowie die Anschlußpunkte 14 und 11 für die Sekundärwicklung L 2. Am Anschlußpunkt 14 steht das Antwortsignal des Näherungssensors in Form einer ge dämpften Schwingung an, welches einer Auswerteschaltung zugeführt wird, welche auf einer zweiten, nicht dar gestellten Leiterplatte im Gehäuse 1 untergebracht sein kann, sich aber auch ausserhalb des Gehäuses befinden kann. Im letztgenannten Falle führt vom An schlußpunkt 14 eine Leitung 15 zur Rückseite des Ge häuses 1 hinaus. Oberhalb der Leiterplatte 5 ist ferner Platz für eine Knopfzelle 16 für die Stromver sorgung des Sensors. Die Knopfzelle 16 ist in Fig. 1 nur gestrichelt angedeutet.In the sensor shown in FIGS. 1 and 2, in a cylindrical housing 1 at one end there is a transformer with a shell core 2 , which has two windings L 1 and L 2 on top of one another on its central pin 3, one of which is the secondary winding L 2 has a larger number of windings than the primary winding L 1 . The shell core 2 is arranged such that its open end points in the same direction as the housing 1 of the sensor with its front end. By a synthetic resin potting compound 4 , the shell core 2 is fixed in the housing 1 and protected from the outside. In the middle part of the housing 1 , a circuit board 5 is arranged, which carries the excitation circuit for the oscillator. From the excitation circuit, the following circuit elements can be seen in FIG. 1 and in the top view according to FIG. 2: A quartz oscillator 6 with its two connection points 7 and 8 ; an integrated circuit 9 , which forms a pulse signal with a suitable frequency and current strength from the signal of the quartz oscillator by frequency division and signal amplification; the connection points 10 and 11 for a DC voltage source; the connection points 12 and 13 for the primary winding L 1 and the connection points 14 and 11 for the secondary winding L 2. At the connection point 14 is the response signal of the proximity sensor in the form of a damped ge, which is fed to an evaluation circuit, which is on a second, not the printed circuit board can be accommodated in the housing 1 , but can also be located outside the housing. In the latter case leads from the connection point 14 to a line 15 to the rear of the housing 1 Ge. Above the circuit board 5 there is also space for a button cell 16 for the power supply of the sensor. The button cell 16 is only indicated by dashed lines in FIG. 1.
Fig. 1 zeigt ferner die Verbindungsleitungen 17 zwischen dem Transformator und der Leiterplatte 5. Fig. 1 also shows the connection lines 17 between the transformer and the printed circuit board 5.
Der Näherungssensor ist auf seinem vorderen Abschnitt mit einem Aussengewinde 18 versehen, mit dessen Hilfe er bis zum Anschlag an einer Bundfläche 19 in eine passende Bohrung eines Gerätes eingeschraubt werden kann, beispielsweise in das Gehäuse eines Wasserzählers, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.The proximity sensor is provided on its front section with an external thread 18 , with the aid of which it can be screwed into a suitable bore of a device, for example into the housing of a water meter, as shown in FIG. 3, on a collar surface 19 .
Der in Fig. 3 dargestellte Wasserzähler hat ein Ge häuse 20 mit Zulaufstutzen 21 und Ablaufstutzen 22. In einer zwischen diesen beiden Stutzen liegenden Meßkammer ist ein Flügelrad 23 frei drehbar gelagert, welches durch die Wasserströmung angetrieben wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ansicht befindet sich das Flügelrad unter einer Gehäusezwischenwand 24 und ist deshalb nur gestrichelt eingezeichnet. Im Raum oberhalb der Gehäusetrennwand 24 ist ein Dämpfungs glied 25 um eine Achse 26 frei drehbar gelagert, welche koaxial zur Achse des Flügelrades 23 verläuft. Das Dämpfungsglied 25 rotiert synchron mit dem Flügelrad 23 und ist mit diesem beispielsweise mittels einer berührungslos wirkenden Magnetkupplung gekoppelt.The water meter shown in Fig. 3 has a Ge housing 20 with inlet connector 21 and outlet connector 22nd An impeller 23 , which is driven by the water flow, is freely rotatably mounted in a measuring chamber lying between these two connecting pieces. In the view shown in FIG. 3, the impeller is located under a partition wall 24 and is therefore only shown in broken lines. In the space above the housing partition 24 , a damping member 25 is freely rotatable about an axis 26 which is coaxial with the axis of the impeller 23 . The damping member 25 rotates synchronously with the impeller 23 and is coupled to it, for example, by means of a contactless magnetic clutch.
In die Gehäusetrennwand 24 ist ferner ein erfindungs gemäßer Näherungssensor 27 eingebaut, und zwar in der Weise, dass seine Längsachse, welche mit der Wicklungs achse zusammenfällt, parallel zur Drehachse 26 des Dämpfungsgliedes 25 verläuft. Der Näherungssensor 27 ist so angeordnet, dass das Dämpfungsglied 25 während jeder Umdrehung einmal über die Vorderseite des Näherungs sensors hinwegbewegt wird und diesen dabei bedämpft. Jeder Vorbeilauf des Dämpfungsgliedes 25 wird anhand der hervorgerufenen Dämpfung der abklingenden Schwingung im Näherungssensor erkannt und kann registriert werden. Um erkennen zu können, ob das Dämpfungsglied rechtsherum oder linksherum läuft, ist es als rotierende dreieckige Platte ausgebildet, die bei Drehrichtung rechtsherum mit einer Spitze voraus dem Näherungssensor 27 ange nähert wird, während sie bei Drehung linksherum mit einer radial verlaufenden Seite des Dreiecks dem Näherungs sensor 27 angenähert wird. Im ersten Falle setzt die Dämpfung des Sensors langsamer ein als im zweiten Falle, so dass im zweiten Falle die gedämpfte Schwingung rascher abklingt als im ersten Falle, wodurch die Drehrichtung erkannt und die jeweilige Umdrehung entsprechend positiv oder negativ gezählt werden kann. In the housing partition 24 , a fiction, proximity sensor 27 is also installed, in such a way that its longitudinal axis, which coincides with the winding axis, runs parallel to the axis of rotation 26 of the damping member 25 . The proximity sensor 27 is arranged in such a way that the attenuator 25 is moved once over the front of the proximity sensor during each revolution and dampens it in the process. Each passage of the attenuator 25 is recognized on the basis of the damping of the decaying vibration in the proximity sensor and can be registered. In order to be able to recognize whether the attenuator runs to the right or to the left, it is designed as a rotating triangular plate, which is approached with a tip ahead of the proximity sensor 27 in the direction of rotation to the right, while when turning to the left with a radially extending side of the triangle the approach sensor 27 is approximated. In the first case, the damping of the sensor starts more slowly than in the second case, so that in the second case the damped oscillation decays faster than in the first case, whereby the direction of rotation can be recognized and the respective revolution can be counted positively or negatively accordingly.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild für einen Näherungs sensor, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist und in einem Wasserzähler gemäß Fig. 3 verwendet werden kann. Der Sensor wird aus einer Gleichstromquelle, ins besondere aus einer Batterie mit der Batteriespannung U B betrieben. Die Anregungsschaltung für die Primärwick lung L 1 des Transformators umfaßt einen Quarzoszillator 30 (in den Fig. 1 und 2 gegenständlich dargestellt und mit der Bezugszahl 6 bezeichnet), dessen Ausgangssignal einer Teilerschaltung 31 zugeführt wird, die daraus eine Impuls folge mit niedrigerer Impulsfrequenz bildet, welche auf den jeweiligen Verwendungszweck des Sensors abgestimmt ist. Fig. 4 shows a block diagram for a proximity sensor, as shown in FIGS. 1 and 2 and can be used in a water meter according to FIG. 3. The sensor is operated from a direct current source, in particular from a battery with the battery voltage U B. The excitation circuit for the primary winding L 1 of the transformer comprises a crystal oscillator 30 (shown in FIGS . 1 and 2 and designated by the reference number 6 ), the output signal of which is fed to a divider circuit 31 , which forms a pulse sequence with a lower pulse frequency, which is matched to the intended use of the sensor.
Die aus der Frequenzteilerschaltung 31 kommenden Gleich spannungsimpulse werden nach Verstärkung in einer Ver stärkerschaltung 32 einem aus einem Kondensator C und der Wicklung L 1 bestehenden LC-Serienschwingkreis zuge führt, welcher durch jeden der Impulse zu einer gedämpften Schwingung angeregt wird. Die gedämpfte Schwingung wird induktiv übertragen in die Sekundärwicklung L 2 des Trans formators, dessen Primärwicklung L 1 ist. Das Abklingver halten der in der Sekundärwicklung L 2 auftretenden ge dämpften Schwingung wird durch eine Auswerteschaltung beobachtet, welche aus einer Diskriminatorschaltung 33 und aus einer Zählerschaltung 34 besteht. Die Diskriminator schaltung 33 gibt für jede Schwingungsamplitude der ge dämpften Schwingung in der Wicklung L 2, welche einen vor gegebenen Schwellwert übersteigt, einen elektrischen Norm impuls an eine Zählerschaltung 34 ab, welche die während jeder gedämpften Schwingung auftretenden Impulse zählt und ihre Anzahl vergleicht mit der bei ungedämpftem Sensor auftretenden Impulszahl und aus diesem Vergleich auf die vorhandene oder nicht vorhandene Dämpfung schließt. Die von der Zählerschaltung 34 ermittelten Dämpfungsereignisse können in an sich bekannter Weise einem Anzeige- oder Registrierungsgerät 35, beispielsweise einem Rollenzähl werk oder einer Flüssigkristallanzeige zugeführt werden.The DC voltage pulses coming from the frequency divider circuit 31 , after amplification in a amplifier circuit 32, leads to an LC series resonant circuit consisting of a capacitor C and the winding L 1 , which is excited by each of the pulses to a damped oscillation. The damped vibration is transmitted inductively into the secondary winding L 2 of the transformer, the primary winding of which is L 1 . The Abklingver keep the occurring in the secondary winding L 2 ge damped vibration is observed by an evaluation circuit, which consists of a discriminator circuit 33 and a counter circuit 34 . The discriminator circuit 33 outputs for each vibration amplitude of the damped vibration in the winding L 2 , which exceeds a given threshold, an electrical standard pulse to a counter circuit 34 which counts the pulses occurring during each damped vibration and compares their number with that with an undamped sensor, the number of pulses occurring and from this comparison concludes the existing or nonexistent damping. The damping events determined by the counter circuit 34 can be supplied in a manner known per se to a display or registration device 35 , for example a roller counter, or a liquid crystal display.
In einem ausgeführten Beispiel des Sensors für den Einsatz in einem Wasserzähler wurde ein Quarzoszillator 30 mit einer Frequenz von 32 kHz mit niedrigem Stromverbrauch ausgewählt; durch die Teilerschaltung 31 wurde aus dem Ausgangssignal des Schwingquarzes 30 eine Impulsfolge mit einer Frequenz von 256 Hz gebildet. Nach der Ver stärkung durch die Verstärkerschaltung 32 hatten diese Impulse eine Höhe von 1 Volt bei einer Strömstärke von knapp 1 µA. Für den Kondensator C wurde eine Kapazität von 400 pF gewählt. Die Primärwicklung L 1 wurde mit 140 Windungen, die Sekundärwicklung L 2 mit 800 Windungen aus geführt.In an exemplary embodiment of the sensor for use in a water meter, a quartz oscillator 30 with a frequency of 32 kHz with low power consumption was selected; a pulse train with a frequency of 256 Hz was formed by the divider circuit 31 from the output signal of the quartz crystal 30 . After the amplification by the amplifier circuit 32 , these pulses had a height of 1 volt at a current of almost 1 μA. A capacitance of 400 pF was chosen for the capacitor C. The primary winding L 1 was carried out with 140 turns, the secondary winding L 2 with 800 turns.
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