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WO2017041855A1 - Sensorvorrichtung zur detektion eines zielobjekts und verfahren zum betreiben einer sensorvorrichtung zur detektion eines zielobjekts - Google Patents

Sensorvorrichtung zur detektion eines zielobjekts und verfahren zum betreiben einer sensorvorrichtung zur detektion eines zielobjekts Download PDF

Info

Publication number
WO2017041855A1
WO2017041855A1 PCT/EP2015/070842 EP2015070842W WO2017041855A1 WO 2017041855 A1 WO2017041855 A1 WO 2017041855A1 EP 2015070842 W EP2015070842 W EP 2015070842W WO 2017041855 A1 WO2017041855 A1 WO 2017041855A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signals
signal
target object
receiver
sensor device
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/070842
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Nagel
Michael Friedrich
Michael GRANDL
Ümit KOYUNCU
Original Assignee
Balluff Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Balluff Gmbh filed Critical Balluff Gmbh
Priority to CN201580082794.3A priority Critical patent/CN108028648B/zh
Priority to DE112015006891.0T priority patent/DE112015006891A5/de
Priority to PCT/EP2015/070842 priority patent/WO2017041855A1/de
Publication of WO2017041855A1 publication Critical patent/WO2017041855A1/de
Priority to US15/903,170 priority patent/US10734996B2/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/952—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • H03K17/9525—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils controlled by an oscillatory signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/028—Circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
    • G01V3/104—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils
    • G01V3/105—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils forming directly coupled primary and secondary coils or loops

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for detecting a target object.
  • the invention relates to a method for operating a sensor device for detecting a target object.
  • WO 2014/053240 A2 a method for locating and / or detecting metal or metal-containing objects and materials is known, wherein a coil arrangement is provided, in which a transmitting coil and a receiving coil are arranged one above the other. A closed combination control of a receiver coil output signal in the receiver coil is provided for compensating changes occurring in the detection region of the receiver coil and influencing the receiver coil.
  • WO 2015/090609 A1 discloses a sensor arrangement for determining at least one physical parameter by means of a sensor unit.
  • the invention has for its object to provide a sensor device of the type mentioned above, which allows a high dynamic range at high resolution.
  • a transmitter device which is operated with periodic excitation signals at a fundamental frequency
  • a receiver means coupled to the transmitter means, the coupling being dependent on a relative position of the target object to the receiver means, the receiver means providing signals at the fundamental frequency which are dependent on the relative position of the target object to the receiver means
  • an amplifier which a signal evaluation device, which is connected downstream of the amplifier, a threshold test device which checks whether provided by the signal evaluation device signals or signal combinations of such signals within or outside of a
  • Threshold range or whether the signals provided to the amplifier are within or outside a threshold range, and a linking device which acts on signals of the receiver device or signals derived therefrom that provided by the signal processing means signals or signal combinations of such signals are shifted in the threshold range if they were previously outside, or that the signals provided to the amplifier are shifted to the threshold range, if they were previously outside.
  • a signal evaluation without zero control of corresponding signals can be performed. Problems which arise in a control method, such as a limited by a finite control speed maximum switching frequency of the sensor device, which can lead to a slowdown of the system are avoided.
  • a microcontroller When using a microcontroller, high demands are placed on its performance data in a control method for realizing a high resolution and a high control speed. This leads to a high current consumption and usually to large types of microcontroller. In addition, such microcontroller are also associated with relatively high costs.
  • the problem arises that input signals can have large amplitudes depending on the relative position of the target object, and the amplifier is operated in a saturation mode and thus a "signal corruption" occurs, so that no signal measurement is possible, which the relative distance of the Target object characterized to the receiver device.
  • the linking device ensures that signals are effectively shifted into the threshold value range so that a corresponding evaluation is possible.
  • the threshold range is chosen so that the amplifier and / or the signal evaluation device is not operated in its or its saturation region. It is checked by the threshold test facility, if such a shift is necessary and this is optionally performed. It is then possible to achieve such a dynamic measuring range extension without the disadvantages of the zero point control mentioned above arising or coming to fruition. The resolution of the target object evaluation is retained over the entire measuring range.
  • the signal evaluation device can be over
  • the receiver device provides a signal, which is then supplied to the amplifier. Before being supplied to the amplifier, this signal can be processed, for example, by a pre-amplification or the signal is fed to an impedance converter.
  • the receiver device is embodied such that, without the influence of the target object, it emits at least approximately zero signals.
  • the goal is that the receiver device output null signals.
  • a compensation signal can be superimposed to bring the signal in the threshold range.
  • the compensation signal can also be produced or coupled in, for example, via the linking device.
  • the linking device adds compensating signals and / or heterodyne signals to the signals of the receiver device and signals derived therefrom (with a negative sign) in order to effect a shift into the threshold value range.
  • a previously determined voltage value is subtracted (added with a negative sign). This makes it easy to move in the
  • the threshold range is a voltage range. It is very particularly advantageous if the linking device subtracts a specific voltage value from signals of the receiver device or from signals derived therefrom. As a result, a shift into the threshold value range can be achieved in a simple manner, without having to go through a particular regulatory procedure. This results in a dynamic measuring range extension.
  • the threshold range is chosen such that the amplifier operates in a defined amplification mode for input signals of the amplifier.
  • the threshold range is selected to ensure that the amplifier is not in a saturation mode for corresponding input signals.
  • the signal evaluation device comprises or is an analog-to-digital converter and / or is a comparator or comprises one. It can thereby obtain a high resolution.
  • the threshold range is chosen so that the analog-to-digital converter or the comparator operates in a defined converter operation or comparator operation for input signals of the analog-to-digital converter or the comparator. This ensures that the analog-to-digital converter or the comparator is operated in a suitable operating range.
  • a filter is provided for the fundamental frequency, which is arranged between the signal evaluation device and the receiver device, wherein in particular a connection point of the combination device is connected upstream of the filter.
  • the filter is, for example, a bandpass filter with the fundamental frequency as the center frequency. This ensures that only those portions are used for the evaluation, which oscillate at the fundamental frequency. If the link is in front of the filter then signals with other frequencies are filtered out. It is particularly advantageous if the signal evaluation device determines certain signal values synchronized with the excitation signals. From these, the evaluation can then be carried out in order to determine the position of the target object to the receiver device.
  • certain signal values determined by the signal evaluation device within one or more periods differ in the phase position, wherein in particular at least two following signal values are determined: a signal value Vi at the phase position 5 + 0 °, a signal value V 2 at the phase position 5 + 90 °, V 3 at the phase position 5+ 180 °, a signal value V 4 at the phase position 5 + 270 °, where 5 is a shift value.
  • the shift value 5 is chosen in particular such that an interference of edges of the excitation signal into corresponding measured values is avoided. It is thus possible to determine "in-phase signals” and "out-of-phase signals”. This allows the evaluation to be carried out and optimized.
  • the position can be determined directly from these values. It is particularly advantageous if differences formed by the target object evaluation device are evaluated without zero control. As a result, the problems occurring in a control method such as a finite control speed and a high computation time can be avoided. Furthermore, high resolution can be achieved by simple means such as an analog-to-digital converter. It is possible to use "conventional" microcontrollers.
  • the target object evaluation device takes into account signals of the linking device during the target object evaluation. It can thereby be taken into account whether shifts have been carried out once or several times. It can thereby be recognized whether a dynamic measuring range extension has taken place via superposition signals of the linking device and this can then be taken into account in the evaluation.
  • the linking device comprises a signal generating device which provides superposition signals which are linked to signals of the receiver device or signals derived therefrom. This makes it possible to supply signals to the amplifier which ensure that the evaluation results in signals which are within the threshold value range. This makes it possible to obtain a dynamic measuring range extension. There is no need for a regulatory procedure with its disadvantages.
  • the signal generating device is or comprises a pulse width modulation device. This provides appropriate signals which are combined with signals from the receiver device (or signals derived therefrom) before the linked signal is applied to the amplifier.
  • heterodyne signals are generated synchronized with the excitation signals. This allows a phase-correct overlay.
  • the pulse width modulation device in each case comprises pulse width modulators which are provided for different phase angles. For example, two pulse width modulators or four pulse width modulators are provided. It is particularly advantageous if the transmitter device is arranged symmetrically to the receiver device, wherein in particular the transmitter device and the receiver device are arranged in a same housing. It can thereby be achieved that, without the influence of the target object, the signals of the receiver device, which provides them directly, are at least approximately zero signals. At most housing influences or the like cause a deviation from the zero signal. It can be a simple compensation to achieve a zero signal.
  • the receiver means comprises a first part and a second part, the first part being arranged and / or configured antisymmetric to the second part, and signals of the receiver means are formed from a superposition of signals of the first part and the second part.
  • the overlay need not be a signal overlay, but it may also be considered as a result of the arrangement of the first part and the second part.
  • the transmitter device has at least one coil.
  • the receiver device has at least one coil.
  • the receiver device inductively couples to the transmitter device and the target object is made of a metallic material.
  • the metallic material as well as the position of the target influences the inductive coupling.
  • the linking device provides compensation signals which bring signals of the receiver device or signals derived therefrom into the threshold value range without the influence of the target object.
  • the linking device provides heterodyne signals, then signals of the receiver device are provided both compensation signals and heterodyne signals.
  • the overlay signals serve for a dynamic measuring range extension.
  • the sensor device is designed in particular as a proximity sensor device, by means of which the distance of the target object to the receiver device and / or an approach of the target object to the receiver device and / or a routing of the target object can be detected by the receiver device.
  • absolute values can be determined, or the proximity sensor device is designed as a switch which generates a switching signal when a specific switching distance is reached.
  • a method for operating a sensor device for detecting a target object in which a transmitter device is operated with periodic excitation signals of a specific fundamental frequency, signals of a receiver device having the fundamental frequency are evaluated, the receiver device couples to the transmitter device and the coupling and thereby also the signals of the receiver device are dependent on a relative position of the target object to the receiver device,
  • Signals of the receiver device or of signals derived therefrom are amplified and these signals are evaluated synchronized with the excitation signal, - it is checked whether the evaluated signals or signal combination thereof or whether an amplifier for amplification signals supplied within a threshold range or not, and if detected is that the evaluated signals are outside the threshold range, or if it is detected that the signals supplied to the amplifier are outside the threshold range, overlay signals are generated which are superimposed on signals of the receiver device or signals derived therefrom, the overlay signals being selected that the resulting evaluated signals or signal combinations thereof are within the threshold range or signals supplied to the amplifier are within the threshold range.
  • the dynamic measuring range extension resulting from the method according to the invention allows a high resolution over the entire measuring range.
  • the inventive method can be carried out on the sensor device according to the invention or the sensor device according to the invention can be operated with the inventive method.
  • the sensor device according to the invention can be operated with the inventive method.
  • the inventive method then used to determine the position of the target object relative to the receiver device evaluated signals or signal combinations of such signals are used, which are within the threshold range, wherein it is determined whether and how often by shifting back into the threshold range has been done.
  • the dynamic range expansion can be obtained with high resolution.
  • the target object determination is carried out without zero regulation of the evaluated signals.
  • the disadvantages of a control method can be avoided.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment
  • Example a sensor device according to the invention
  • Figure 2 is a similar view as Figure 1 with specific
  • FIG. 3 shows a block diagram representation of an embodiment of a sensor device according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of signal values determined during a signal evaluation
  • FIG. 5 shows a schematic representation of data (signal combination), which is obtained from the signal values according to FIG.
  • Figure 6 shows schematically an evaluation signal in analog form and a compensation signal when no target object is present
  • Figure 6 (b) is a similar view when a target object is present
  • FIG. 6 (c) shows the same representation as FIG. 6 (b) with compensation and superimposition of a heterodyne signal
  • Figures 7 (a), (b), (c) show signals when there is no target object and a corresponding location of signal combinations of evaluated signals within a threshold range
  • Figs. 8 (a), (b), (c) show the situation as in Figs. 7 (a) to (c) when zero compensation has been performed;
  • Figs. 9 (a), (b), (c) show the situation as in Figs. 8 (a) to (c) when a target object exists;
  • Figures 10 (a), (b), (c) show the same situation as in Figures 9 (a) to (c) when the target object is closer to the receiver device;
  • FIGS. 11 (a), (b), (c) show the same situation as in FIGS. 10 (a) to (c) when the target object is still closer to the receiver device and the threshold range is exceeded;
  • FIGS. 12 (a), (b), (c) if, starting from the situation according to FIGS. 11 (a) to (c), a shift into the threshold range was carried out by means of an overlay signal;
  • FIGS. 14 (a), (b), (c) show the same situation as in FIG.
  • FIG. 15 is a basic representation of a measurement diagram for evaluating the position of the target object to a receiver device; and FIG. 16 shows a modified measurement diagram, which consists of FIGS
  • An exemplary embodiment of a sensor device according to the invention which is shown schematically in FIG. 1 and designated therein by 10, comprises a transmitter device 12.
  • the transmitter device 12 is operated with periodic excitation signals of a fundamental frequency f 0 .
  • the transmitter device 12 has an alternating current source 14 which provides an alternating current of the fundamental frequency f 0 .
  • This AC power source 14 feeds a (transmitting) coil 15.
  • the sensor device 10 further has a receiver device 16.
  • the receiver device 16 couples without contact to the transmitter device 12.
  • the transmitter device 12 and the receiver device 16 are arranged in a same housing 18 of the sensor device 10.
  • the transmitter device 12 is positioned symmetrically with respect to the receiver device 16. (In Figure 1, this symmetrical positioning is not shown for purposes of illustration.)
  • the coupling of the receiver device 16 to the transmitter device 12 is indicated schematically in Figure 1 by the arrows with the reference numeral 20.
  • the sensor device 10 serves to detect a target object 22.
  • the target object 22 is in particular movable.
  • the target object 22 is outside the housing 18 is positioned.
  • its position relative to the housing 18 and, for example, to an end face 24 of the housing 18 is variable. This positional variability is indicated in Figure 1 by the double arrow with the reference numeral 26.
  • the absolute position of the target object 22 relative to the receiver device 16 can be detected via the sensor device 10 or a switching distance can be generated; If, for example, a certain minimum distance and / or a certain maximum distance of the target object 22 to the end face 24 is detected, a corresponding switching signal is provided.
  • the receiver device 16 basically provides a (voltage) signal which is periodic with the fundamental frequency f 0 but may be phase-shifted by the phase ⁇ .
  • the receiver device 16 is arranged and configured such that, without the influence of the target object 22 (that is, if the target object 22 is not present), the corresponding signal is at least approximately a zero signal.
  • the aim is that the signal is a zero signal.
  • it is synonymous with symmetrical arrangement of
  • Transmitter device 12 to the receiver device 16 due to the installation situation possible that the corresponding signal is only approximately a zero signal. It is then, as will be explained below, a compensation signal is generated and superimposed in order to achieve a zero signal with good approximation without the influence of the target object 22.
  • the receiver device 16 includes a first part 28 and a second part 30.
  • the first part 28 and the second part 30 are arranged and configured so that a resultant signal, which is the signal of the receiver means 16, is superimposed on signals of the first part 28 and the second part 30, thereby being at least approximately a null signal, if the target object 22 is not present.
  • the signal of the first part 28 and the signal of the second part 30 need not be signals that are actually measurable at the receiver device 16.
  • the first part 28 is formed by a first coil 28 'and the second part 30 is formed by a second coil 30'.
  • the first coil 28 'and the second coil 30' are the same design with the same number of turns, but opposite winding sense.
  • the coupling factors k and k 2 may be differently affected by a metallic target 22, thereby also With adjusted receiver means 16, if this provides 22 a zero signal in the absence of the target object in the presence of the target object 22 is a finite signal corresponding to the above signal in accordance with equation (1 ) results. Due to the presence of the target object 22, the coupling factors ki and ⁇ are influenced differently. It drops the AC voltage according to equation (1) on the receiver device 16 from.
  • one or more capacitors 32 are connected in parallel with the series connection of the first coil 28 'and the second coil 30'.
  • phase ⁇ and the amplitude V 0 of the signal provided by the receiver device 16 depend on the material of the target object 22 and the distance 26 to the target object 22, as well as on geometric conditions.
  • the coupling between the Transmitter device 12 and the receiver device 16 an inductive coupling.
  • This inductive coupling is influenced by the target object 22 by changing the coupling factors ki and k 2 , which are then inductive coupling factors, and in particular changing them unequally.
  • the target object 22 causes a detectable change in the inductance in the coils of the transmitter device 12 and the receiver device 16 or the loss resistance of the coils or the coil impedance or coil quality is changed. Due to the special design of the receiver device 16, corresponding (asymmetrical) changes in the voltage according to equation (1) are expressed.
  • the receiver device 16 is followed by a filter 34.
  • This filter 34 is designed in particular as a bandpass filter with a center frequency f 0 , which preferably has a high quality. As a result, essentially only signals with the fundamental frequency f 0 are used for the evaluation.
  • the filter 34 is followed by an amplifier 36, which corresponding
  • the amplifier 36 is designed, for example, as an operational amplifier.
  • the amplifier 36 provides its output signals to a signal evaluation device 38.
  • the signal evaluation device 38 evaluates the signals provided synchronized with excitation signals of the transmitter device 12. This will be explained in more detail below.
  • the signal evaluation device 38 is a linking device 40 assigned.
  • the linking device 40 has a threshold checking device 42. Signals of the signal evaluation device 38, that is, evaluated signals, or combinations of such evaluated signals, are provided by this to a threshold tester 42. This checks whether the signals or signal combinations are within a predetermined threshold range or not.
  • the target object evaluation device 44 can determine the position of the target object 22 relative to the receiver device 16 (and in particular to the end face 24).
  • a signal generator 46 If the test at the threshold tester 42 indicates that the evaluated signals or signal combinations provided by the signal evaluator 38 are outside the threshold range, then a signal generator 46 generates overlay signals which are superimposed on the receiver 16.
  • the linking device 40 has a linking point 48, which lies between the filter 34 and the receiver device 16. At this point of connection 48, overlay signals generated by the signal generating device 46 are linked to signals of the receiver device 16 and superimposed therewith.
  • the signal generating device 46 generates the heterodyne signals in such a way that after superposition with the signal of the receiver device 16, signals or signal combinations are generated which lie within the threshold value range after evaluation by the signal evaluation device 38.
  • the threshold range is selected such that in any event, signals forming inputs to the amplifier 36 are amplified in the amplifier 36 in a defined manner, that is, within the gain range of the amplifier 36, and in particular not in the saturation region of the amplifier 36 lie.
  • the signal generating device 46 ensures that the amplifier 36 can be operated properly with regard to its amplification properties, so that the amplifier 36 does not generate any corrupted signals because, for example, its saturation has been reached.
  • the threshold range is selected such that for (voltage) signals that are within the threshold range, a defined gain is performed on the amplifier 36 without reaching saturation.
  • a beat signal is that of the signal provided by the receiver means 16, a certain signal is subtracted, which is chosen so that a shift in the
  • Threshold range based on evaluated signals of the signal evaluation device 38 is possible.
  • the sensor device 10 comprises a microcontroller 50.
  • the signal evaluation device 38, the threshold value checking device 42 and the target object evaluation device 44 are integrated into this microcontroller 50.
  • FIG. 2 schematically shows a concrete realization of the sensor device 10, which is designated there by 52. For the same elements as in the sensor device 10, like reference numerals are used.
  • the signal evaluation device 38 is formed by an analog-to-digital converter 54, which is integrated into the microcontroller 50.
  • the signal generating device 46 of the linking device 40 is formed by a pulse width modulation device 56, which in particular comprises a plurality of pulse width modulators with different phase angles.
  • the linking device 40 generates from the digital signals of the pulse width modulator 56 a corresponding analog signal which is superimposed on the signal of the receiver device 16 "in phase".
  • the transmitter device 12 itself is controlled via pulse width modulators 58 of the microcontroller 50.
  • two pulse width modulators 58 are provided in two strings, which lead to the transmitting coil 15.
  • An analog switch device 60 is provided which is positioned between the pulse width modulators 58 and the transmit coil 15. It can then be a corresponding signal with the fundamental frequency f 0 by complementary control of the switching device 60 and thus the transmitting coil 15 are generated.
  • the pulse width modulators 58 which are operated at the frequency f 0 , that is, at the fundamental frequency, an evaluation at the signal evaluation device 38 can be synchronized in a simple manner in a synchronized manner. carry out the motion signals of the transmitter device 12. Furthermore, synchronized heterodyne signals can be generated.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a sensor device according to the invention. It will be for the same elements as the
  • the transmitter device 12 couples (non-contact) to the receiver device 16, this coupling being influenced by the target object 22.
  • the receiver device 16 provides signals which are supplied to the amplifier 36.
  • signals of the receiver device 16 are processed by a processing device 62 before being supplied to the amplifier 36.
  • filtering takes place in order to obtain only an evaluation of signals with the fundamental frequency f 0 .
  • a further amplifier preamplifier
  • an impedance converter may be provided.
  • the amplifier 36 upstream of the filter 34, provides its output signals to the signal evaluator 38. Signals from the signal evaluator 38 or signal combinations of such signals are checked by the threshold tester 42 as to whether they are within or outside the threshold range.
  • Evaluated signals or signal combinations of such signals which originate from the signal evaluation device 38 and which lie within the threshold value range are provided to the target object evaluation device 44.
  • the link device 40 is driven accordingly.
  • Their signal generating device 46 generates overlay signals, which are coupled in at the linking point 48.
  • the target object evaluation takes into account whether overlay signals were generated. In principle, multiple superposition signals can also be generated several times. It is then counted accordingly in how many steps overlay signals were generated. Accordingly, the signal generating device 46 is in signal connection with the target object evaluation device 44, so that the target object evaluation device 44 knows for specific signals used for the target object evaluation whether a shift into the threshold range has taken place by overlay signals and if so how many shifts have occurred.
  • a synchronization 64 is provided, which ensures that the evaluation at the signal evaluation device 38 is synchronized with the excitation signals of the transmitter device 12. Furthermore, care is taken that the heterodyne signals which are generated by the signal generation device 46 are coupled in synchronized manner at the connection point 48.
  • a threshold testing device would then be arranged in front of the amplifier 36.
  • the design of the sensor device 10 or 52 has the advantage that the threshold test device 42 can be integrated into the microcontroller 50 in a simple manner.
  • the signal evaluation device 38 provides evaluable signals. There is no zero balance of evaluation signals and in particular no zero control. As a result, a finite control speed plays no role, which could limit a maximum switching frequency of the sensor device 10. Since no zero control takes place, no finite, the switching frequency limiting control speed occurs.
  • the absolute signals are evaluated, which are provided from the signal evaluation device 38, or signal combinations of such signals, wherein at most, when the threshold range is exceeded, pushing back into the signal evaluation device 38, or signal combinations of such signals, wherein at most, when the threshold range is exceeded, pushing back into the signal evaluation device 38, or signal combinations of such signals, wherein at most, when the threshold range is exceeded, pushing back into the signal evaluation device 38, or signal combinations of such signals, wherein at most, when the threshold range is exceeded, pushing back into the
  • Threshold range is effected by the overlay signals.
  • the signal evaluation device 38 is an analog-to-digital converter 54.
  • certain signal values (voltage values Vi, V 2 , V 3 and V 4 ) are determined (FIG. 4, top) on the analog-to-digital converter 54. These differ in the phase position. Vi is determined at the phase 5 + 0 °, V 2 at the phase 5 + 90 °, V 3 at the phase 5 + 180 ° and V 4 at the phase 5 + 270 °. This is shown schematically in FIG.
  • FIG. 5 shows a diagram in which an example of a determined delta_X and of a determined delta_Y value is plotted in a corresponding plane.
  • the position of the target object 22 relative to the housing 18 can then be determined by the target object evaluation device 44.
  • a signal 66 of the receiver device 16 is intended. Basically, this signal should be a zero signal with an ideal receiver device 16 and an ideal arrangement. Due to, for example, the influence of the housing 18, the signal 66 is only approximately a zero signal.
  • the signal generator 46 provides a compensation signal 68, which is then superimposed on the signal 66.
  • the compensation signal 68 is selected to yield the signal 70, which is a zero signal.
  • the compensation signal 68 is not a superposition signal which, for example, returns the evaluation signal of the signal evaluation device 38 to the threshold value range.
  • the compensation signal 68 is always superimposed on signals of the receiver device 16 in order to effectively generate at least approximately a zero signal 70.
  • the compensation signal 68 is selected so that the delta_X values and delta_Y values are within the threshold value range 86 without the influence of the target object 22.
  • a zero compensation is advantageous, but not necessary.
  • FIG. 6 (b) the corresponding signals are shown under the influence of the target object 22. This results in a signal 72 of the receiver device 16. Compensated with the compensation signal 68, the signal 74 is corrected and amplified. From the signal 74 it can be seen that the amplifier 36 has already gone to saturation. Accordingly, the threshold range has been exceeded.
  • Figure 6 (c) for the same situation 52, a situation is shown in which the signal 72 has been superimposed with both the compensation signal 68 and the beat signal 76. The result is the signal 78, which is corrected and amplified and which is used for evaluation in the target object evaluation device.
  • the overlapping signal 76 is then superimposed by the solution according to the invention in addition to the compensation signal 68 (which serves for generating zero signal), if necessary to push evaluation signals of the signal evaluation device 38 in the threshold range, if they are outside of it, so in turn to a defined gain the amplifier 36 without the amplifier 36 goes into saturation. Thereby, a measurement of the signal of the receiver device 16 is made possible even with such a distance of the target object 22 to the housing 18 by measuring would no longer be possible without the overlay signal 76.
  • FIG. 7 (a) an unprocessed input signal 80 of the signal evaluation device 38 is shown without the presence of the target object 22.
  • a first compensation signal 68 is superimposed and results in the signal 82 ( Figure 7 (b)), which is compensated and amplified. (With exact compensation, signal 82 would be a zero signal.)
  • FIG. 7 (c) the position of the corresponding values, which are signal combinations of the signals evaluated by the signal evaluation device 38, is shown by way of example in the delta_X and the delta_Y plane.
  • FIGS. 8 (a) to (c) the same situation is shown as in FIGS. 7 (a) to (c), in which case another, second compensation signal 68 'has been added and the zero signal 84 is obtained. delta_X and delta_Y is then zero and this indicates exactly the absence of the target object 22.
  • FIGS. 9 the situation is shown when the target object 22 approaches.
  • the result is the signal 84 of the receiver device 16.
  • the corresponding regulated and amplified signal (with compensation via the compensation signal 68 or 68 ') is the signal 86 (FIG. 9 (b)).
  • Corresponding delta_X and delta_Y values lie within the threshold value range 86, which is indicated by the corresponding square in FIG. 9 (c) (other forms of the corresponding border are also possible).
  • delta_X and delta_Y are indicated in Figure 10 (c). They are within the threshold range 86, so in this case, no overlay signal needs to be generated.
  • FIGS. 1 A further approximation of the target object 22 to the end face 24 is shown in FIGS.
  • the corresponding signal of the receiver device 16 is then designated 92. After amplification (and compensation and compensation), the signal 94 results.
  • Figure 11 (c) the position is to
  • Threshold range 86 is exceeded.
  • An overlay signal 96 (FIG. 12 (a)) is then generated, which is correspondingly coupled in at the link 48.
  • an amplified signal 98 ( Figure 12 (b)) results, which results in the corresponding values used for the evaluation again being within the threshold value range 86 ( Figure 12 (c)).
  • the superposition signal 96 is in particular a fixed signal, which is selected so that a shift back into the threshold value range 86 is achieved.
  • the overlay signal 96 has to be superimposed adjusted several times, which means that the pulse width of the overlay signal 96 has to be increased several times to achieve a shift back into the threshold value range 86.
  • FIGS. 13 a case is shown in which, with respect to delta_Y, the threshold value range 86 is exceeded.
  • the corresponding signal of the receiver device 16 is designated 93.
  • another beat signal 100 (FIG. 14 (a)) is then superposed to provide evaluable signals in the signal
  • Threshold range 86 ( Figure 14 (c)).
  • the resulting signal is labeled 97 in Figure 14 (b).
  • the signal before the superposition (but after the compensation) is indicated at 95 in FIG. 13 (b).
  • Measured value ranges 102, 104 and 106 are based on the fact that a shift back into the threshold value range 86 has taken place.
  • the corresponding delta_X and delta_Y values result from the fact that single or multiple superposition signals were superimposed.
  • the target object evaluation device 44 takes this into account. Depending on how often a shift has been made, the corresponding measured values are correctly positioned. The result is the reconstructed curve according to FIG. 16. This results in a dynamic measuring range extension, wherein zero-point regulation was not performed, and nevertheless it is ensured that the analog-to-digital converter 54 and the amplifier 36 are not operated in saturation.
  • the linking device 40 acts on the signal provided by the receiver device 16 in such a way that the resulting signal strength is reduced and the amplifier 36 operates within its defined range, that is, saturation is prevented. In the embodiment described above, this is for both the "InPhase portion" of the corresponding signal (V 2 and V 4 and delta_Y) and for the "out-of-phase portion" of the corresponding signal (Vi and V 3 or
  • delta_X This allows a combination of amplitude and phase.
  • the dynamic measuring range of the sensor device 10 or 52 can be extended, whereby a high resolution is maintained, in particular if an analog-to-digital converter 54 is used for the signal evaluation device 38. There is a high gain of the input voltage to the amplifier 36 possible.
  • the principle can not be used only for inductive sensor devices.
  • the sensitive elements of the receiver device 16 are the coils 28 ', 30'.
  • the sensitive elements can ⁇ example, also capacitors or Hall elements be.
  • the linking device 40 may comprise a subtracting, an adder or a capacitive coupling device.
  • the signal evaluation device 38 may include an analog-to-digital converter 54 or comparators.
  • the target object evaluation device 44 may be a microcontroller or else an analog computer.
  • the signal generating device 46 has four pulse width modulators 58, corresponding to the phase positions 0 °, 180 ° and 90 °, 270 °.
  • DDS direct digital synthesis
  • DDS direct digital synthesis
  • PGA programmable amplifier
  • Pulse width modulator means

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Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts (22) bereitgestellt, umfassend: eine Sendereinrichtung (12), welche mit periodischen Anregungssignalen mit einer Grundfrequenz (f0) betrieben ist, eine Empfängereinrichtung (16), welche an die Sendereinrichtung (12) koppelt, wobei die Kopplung abhängig ist von einer relativen Position des Zielobjekts (22) zu der Empfängereinrichtung (16), wobei die Empfängereinrichtung (16) Signale mit der Grundfrequenz (f0) bereitstellt, welche abhängig sind von der relativen Position des Zielobjekts (22) zu der Empfängereinrichtung (16), einen Verstärker (36), welcher der Empfängereinrichtung (16) nachgeschaltet ist, eine Signalauswertungseinrichtung (38), welche dem Verstärker (36) nachgeschaltet ist, eine Schwellenwert-Prüfungseinrichtung (42), welche prüft, ob von der Signalauswertungseinrichtung (38) bereitgestellte Signale oder Signalkombinationen solcher Signale innerhalb oder außerhalb eines Schwellenwertbereichs (86) liegen, oder ob die dem Verstärker (36) bereitgestellten Signale innerhalb oder außerhalb eines Schwellenwertbereichs liegen, und eine Verknüpfungseinrichtung (40), welche so auf Signale der Empfängereinrichtung (16) oder davon abgeleitete Signale wirkt, dass von der Signalauswertungseinrichtung (38) bereitgestellte Signale oder Signalkombinationen solcher Signale in den Schwellenwertbereich (86) verschoben sind, sofern sie vorher außerhalb lagen, oder dass die dem Verstärker (36) bereitgestellten Signale in den Schwellenwertbereich verschoben sind, sofern sie vorher außerhalb lagen.

Description

Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts und Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts.
Aus der WO 2014/053240 A2 ist ein Verfahren zur Ortung und/oder Erkennung metallischer oder metallenthaltender Objekte und Materialien bekannt, wobei eine Spulenanordnung vorgesehen ist, in der eine Sendespule und eine Empfangsspule übereinander angeordnet werden. Es ist eine ge- schlossene Kombinationsregelung eines Empfangsspulenausgangssignals in der Empfangsspule zur Kompensation von im Detektionsbereich der Empfangsspule auftretenden, die Empfangsspule beeinflussenden Änderungen vorgesehen. Aus der WO 2015/090609 AI ist eine Sensoranordnung zur Ermittlung wenigstens eines physikalischen Parameters mittels einer Sensoreinheit bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung der ein- gangs genannten Art bereitzustellen, welche bei hoher Auflösung einen großen dynamischen Messbereich erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Sensorvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vorgesehen ist, dass eine Sendereinrichtung, welche mit periodischen Anregungssignalen mit einer Grundfrequenz betrieben ist, eine Empfängereinrichtung, welche an die Sendereinrichtung koppelt, wobei die Kopplung abhängig ist von einer relativen Position des Zielobjekts zu der Empfängereinrichtung, wobei die Empfängereinrichtung Signale mit der Grundfrequenz bereitstellt, welche abhängig sind von der relativen Position des Zielobjekts zu der Empfängereinrichtung, einen Verstärker, welcher der Empfängereinrichtung nachgeschaltet ist, eine Signalauswertungseinrichtung, welche dem Verstärker nach- geschaltet ist, eine Schwellenwert-Prüfungseinrichtung, welche prüft, ob von der Signalauswertungseinrichtung bereitgestellte Signale oder Signalkombinationen solcher Signale innerhalb oder außerhalb eines
Schwellenwertbereichs liegen, oder ob die dem Verstärker bereitgestellten Signale innerhalb oder außerhalb eines Schwellenwertbereichs liegen, und eine Verknüpfungseinrichtung, welche so auf Signale der Empfänger- einrichtung oder davon abgeleitete Signale wirkt, dass von der Signalauswertungseinrichtung bereitgestellte Signale oder Signalkombinationen solcher Signale in den Schwellenwertbereich verschoben sind, sofern sie vorher außerhalb lagen, oder dass die dem Verstärker bereitgestellten Signale in den Schwellenwertbereich verschoben sind, sofern sie vorher außerhalb lagen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich eine Signalauswertung ohne Nullregelung von entsprechenden Signalen durchführen. Probleme, die bei einem Regelungsverfahren entstehen, wie eine durch eine endliche Regel- geschwindigkeit begrenzte maximale Schaltfrequenz der Sensorvorrichtung, welche zu einer Verlangsamung des Systems führen kann, sind vermieden. Bei der Verwendung eines MikroControllers werden bei einem Regelungsverfahren zur Realisierung einer hohen Auflösung und einer hohen Regelungsgeschwindigkeit hohe Anforderungen an dessen Leistungsdaten gestellt. Dies führt zum einen zu einer hohen Stromaufnahme und in der Regel zu großen Bauformen des MikroControllers. Daneben sind solche MikroController auch mit relativ hohen Kosten verbunden.
Es tritt grundsätzlich das Problem auf, dass Eingangssignale in Abhängigkeit von der relativen Position des Zielobjekts große Amplituden aufweisen können, und der Verstärker in einem Sättigungsbetrieb betrieben wird und damit eine "Signalverfälschung" auftritt, sodass keine Signalvermessung mehr möglich ist, welche den relativen Abstand des Zielobjekts zu der Empfängereinrichtung charakterisiert. Bei der erfindungsgemäßen Lösung sorgt die Verknüpfungseinrichtung dafür, dass Signale gewissermaßen in den Schwellenwertbereich so verschoben werden, dass eine entsprechende Auswertung möglich ist.
Der Schwellenwertbereich ist so gewählt, dass der Verstärker und/oder die Signalauswertungseinrichtung nicht in seinem bzw. ihrem Sättigungsbereich betrieben wird. Es wird dabei durch die Schwellenwert-Prüfungseinrichtung geprüft, ob eine solche Verschiebung notwendig ist und diese wird gegebenenfalls durchgeführt. Es lässt sich dann so eine dynamische Messbereichserweiterung erreichen, ohne dass die oben genannten Nachteile der Nullpunktsregelung entstehen bzw. zum Tragen kommen. Die Auflösung der Zielobjektauswertung bleibt dabei über den gesamten Messbereich erhalten.
Beispielsweise lässt sich dann die Signalauswertungseinrichtung über
Analog-Digital-Wandler oder über einen Komparator realisieren. Grundsätzlich kann auch ein periodisches Anregungssignal mit verschiedenen Frequenzen erzeugt werden. Die entsprechende Auswertung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung funktioniert dann für jede Frequenz grundsätzlich gleich wie mit der Grundfrequenz.
Die Empfängereinrichtung stellt ein Signal bereit, welches dann dem Verstärker zugeführt wird . Vor der Zuführung zu dem Verstärker kann dieses Signal bearbeitet werden, indem beispielsweise eine Vorverstärkung stattfindet oder das Signal einem Impedanzwandler zugeführt wird .
Die Empfängereinrichtung ist bei einer Ausführungsform so ausgebildet, dass ohne den Einfluss des Zielobjekts sie mindestens näherungsweise Nullsignale abgibt. Das Ziel ist, dass die Empfängereinrichtung Nullsignale abgibt. Beispielsweise aufgrund der Einbausituation der Empfängereinrichtung in einem Gehäuse (wie einem metallischen Gehäuse) kommt es in der Praxis vor, dass kein exaktes Nullsignal realisierbar ist. In diesem Fall kann beispielweise ein Kompensationssignal überlagert werden, um das Signal in den Schwellenwertbereich zu bringen. Das Kompensationssignal kann beispielsweise auch über die Verknüpfungseinrichtung hergestellt werden bzw. eingekoppelt werden.
Günstig ist es, wenn die Verknüpfungseinrichtung Kompensationssignale und/oder Überlagerungssignale zu den Signalen der Empfängereinrichtung und daraus abgeleiteten Signalen addiert (mit negativem Vorzeichen), um eine Verschiebung in den Schwellenwertbereich zu bewirken. Insbesondere wird ein zuvor festgelegter Spannungswert subtrahiert (addiert mit negativem Vorzeichen). Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Verschieben in den
Schwellenwertbereich erreichen, wobei dieses Verschieben in den Schwellenwertbereich kein mit den entsprechenden Nachteilen behaftetes Regelungsverfahren ist.
Insbesondere ist der Schwellenwertbereich ein Spannungsbereich. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verknüpfungseinrichtung einen bestimmten Spannungswert von Signalen der Empfängereinrichtung oder von davon abgeleiteten Signalen abzieht. Dadurch lässt sich auf einfache Weise, ohne dass insbesondere ein Regelungsverfahren durchlaufen werden muss, ein Verschieben in den Schwellenwertbereich erreichen. Es ergibt sich dadurch eine dynamische Messbereichserweiterung .
Der Schwellenwertbereich wird insbesondere so gewählt, dass der Verstärker in einem definierten Verstärkungsbetrieb für Eingangssignale des Verstärkers arbeitet. Der Schwellenwertbereich ist so gewählt, dass sichergestellt ist, dass für entsprechende Eingangssignale der Verstärker nicht in einem Sättigungsbetrieb ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Signalauswertungseinrichtung einen Analog-Digital-Wandler oder ist ein solcher und/oder ist ein Komparator oder umfasst einen solchen. Es lässt sich dadurch eine hohe Auflösung erhalten.
Es ist dann ebenfalls günstig, wenn der Schwellenwertbereich so gewählt ist, dass der Analog-Digital-Wandler oder der Komparator in einem definierten Wandlerbetrieb oder Komparatorbetrieb für Eingangssignale des Analog- Digital-Wandlers oder des Komparators arbeitet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Analog-Digital-Wandler bzw. der Komparator in einem geeigneten Betriebsbereich betrieben wird .
Günstig ist es, wenn ein Filter für die Grundfrequenz vorgesehen ist, welcher zwischen der Signalauswertungseinrichtung und der Empfängereinrichtung angeordnet ist, wobei insbesondere eine Verknüpfungsstelle der Verknüpfungseinrichtung dem Filter vorgeschaltet ist. Der Filter ist beispielsweise ein Bandpassfilter mit der Grundfrequenz als Mittenfrequenz. Dadurch wird dafür gesorgt, dass für die Auswertung nur solche Anteile herangezogen werden, welche mit der Grundfrequenz schwingen. Wenn die Verknüpfungsstelle vor dem Filter ist, dann werden Signale mit anderen Frequenzen ausgefiltert. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Signalauswertungseinrichtung synchronisiert zu den Anregungssignalen bestimmte Signalwerte ermittelt. Aus diesen lässt sich dann die Auswertung durchführen, um die Position des Ziel- Objekts zu der Empfängereinrichtung zu bestimmen.
Beispielsweise unterscheiden sich von der Signalauswertungseinrichtung innerhalb einer oder mehrerer Perioden ermittelte bestimmte Signalwerte in der Phasenlage, wobei insbesondere mindestens zwei folgende Signalwerte ermittelt sind : ein Signalwert Vi bei der Phasenlage 5+0°, ein Signalwert V2 bei der Phasenlage 5+90°, V3 bei der Phasenlage 5+ 180°, ein Signalwert V4 bei der Phasenlage 5+270°, wobei 5 ein Verschiebungswert ist. Der Verschiebungswert 5 ist insbesondere so gewählt, dass eine Einstreuung von Flanken des Anregungssignals in entsprechende Messwerte vermieden ist. Es lassen sich so "In-Phase-Signale" und "Außer-Phase-Signale" ermitteln. Dadurch lässt sich die Auswertung durchführen und optimieren.
Insbesondere ist eine Zielobjekt-Auswertungseinrichtung vorgesehen, welche Signalwerte der Signalauswertungseinrichtung zur Ermittlung der relativen Position des Zielobjekts auswertet, wobei die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung insbesondere Differenzen von Signalwerten auswertet, wobei insbesondere delta_X=Vi-V3 und delta_Y=V2-V4 gebildet werden. Aus diesen Werten kann direkt die Position ermittelt werden . Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn von der Zielobjekt-Auswertungseinrichtung gebildete Differenzen ohne Nullregelung ausgewertet werden. Dadurch können die bei einem Regelungsverfahren auftretenden Probleme wie eine endliche Regelungsgeschwindigkeit und eine hohe Rechenzeit vermieden werden. Ferner lässt sich durch einfache Mittel wie beispielsweise ein Analog- Digital-Wandler eine hohe Auflösung erreichen. Es lassen sich "konventionelle" MikroController verwenden. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung bei der Zielobjekt-Auswertung Signale der Verknüpfungseinrichtung berücksichtigt. Es kann dadurch berücksichtigt werden, ob Verschiebungen einfach oder mehrfach durchgeführt worden sind . Es lässt sich dadurch erkennen, ob über Überlagerungssignale der Verknüpfungseinrichtung eine dynamische Messbereichserweiterung stattgefunden hat und dies kann dann bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verknüpfungseinrichtung eine Signalerzeugungseinrichtung umfasst, welche Überlagerungssignale bereitstellt, die mit Signalen der Empfängereinrichtung oder davon abgeleiteten Signalen verknüpft werden. Es lassen sich dadurch Signale dem Verstärker zuführen, bei denen sichergestellt ist, dass in der Auswertung Signale resultieren, welche innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen. Es lässt sich dadurch eine dynamische Messbereichserweiterung erhalten. Es muss kein Regelungsverfahren mit seinen Nachteilen durchgeführt werden.
Beispielsweise ist die Signalerzeugungseinrichtung eine Pulsweitenmodula- tionseinrichtung oder umfasst eine solche. Diese stellt entsprechende Signale bereit, welche mit Signalen der Empfängereinrichtung (oder davon abgeleiteten Signalen) verknüpft werden, bevor das verknüpfte Signal dem Verstärker zugeführt wird.
Günstig ist es, wenn die Überlagerungssignale synchronisiert zu den An- regungssignalen erzeugt werden. Dadurch lässt sich eine phasengerechte Überlagerung ermöglichen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Pulsweitenmodulationseinrichtung jeweils Pulsweitenmodulatoren, welche für unterschiedliche Phasenlagen vor- gesehen sind. Beispielsweise sind zwei Pulsweitenmodulatoren oder vier Pulsweitenmodulatoren vorgesehen. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sendereinrichtung symmetrisch zu der Empfängereinrichtung angeordnet ist, wobei insbesondere die Sendereinrichtung und die Empfängereinrichtung in einem gleichen Gehäuse angeordnet sind. Es lässt sich dadurch erreichen, dass ohne Einfluss des Zielobjekts die Signale der Empfängereinrichtung, welche diese direkt bereitstellt, mindestens näherungsweise Nullsignale sind . Höchstens Gehäuseeinflüsse oder dergleichen bewirken eine Abweichung vom Nullsignal . Es lässt sich eine einfache Kompensation durchführen, um ein Nullsignal zu erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Empfängereinrichtung einen ersten Teil und einen zweiten Teil, wobei der erste Teil antisymmetrisch zu dem zweiten Teil angeordnet und/oder ausgebildet ist, und Signale der Empfängereinrichtung sind aus einer Überlagerung von Signalen des ersten Teils und des zweiten Teils gebildet. Die Überlagerung muss dabei keine signalhafte Überlagerung sein, sondern sie kann auch als Resultat der Anordnung des ersten Teils und des zweiten Teils angesehen werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Sendereinrichtung mindestens eine Spule auf. Die Empfängereinrichtung weist mindestens eine Spule auf. Insbesondere koppelt die Empfängereinrichtung induktiv an die Sendereinrichtung und das Zielobjekt ist aus einem metallischen Material. Das metallische Material sowie die Position des Zielobjekts beeinflusst die induktive Kopplung. Günstig ist es, wenn die Verknüpfungseinrichtung Kompensationssignale bereitstellt, welche Signale der Empfängereinrichtung oder davon abgeleitete Signale ohne Einfluss des Zielobjekts in den Schwellenwertbereich bringt. Im allgemeinen Fall, wenn die Verknüpfungseinrichtung Überlagerungssignale bereitstellt, dann werden Signalen der Empfängereinrichtung sowohl Kompen- sationssignale als auch Überlagerungssignale bereitgestellt. Die Überlagerungssignale dienen zu einer dynamischen Messbereichserweiterung . Die Sensorvorrichtung ist insbesondere als Näherungssensorvorrichtung ausgebildet, über welche der Abstand des Zielobjekts zu der Empfängereinrichtung und/oder eine Annäherung des Zielobjekts zu der Empfängereinrichtung und/oder eine Wegführung des Zielobjekts von der Empfängereinrichtung de- tektierbar ist. Es lassen sich dabei grundsätzlich absolute Größen ermitteln, oder die Näherungssensorvorrichtung ist als Schalter ausgebildet, welcher bei Erreichen eines bestimmten Schaltabstands ein Schaltsignal generiert.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts bereitgestellt, bei dem eine Sendereinrichtung mit periodischen Anregungssignalen einer bestimmten Grundfrequenz betrieben wird, - Signale einer Empfängereinrichtung, welche die Grundfrequenz aufweisen, ausgewertet werden, wobei die Empfängereinrichtung an die Sendereinrichtung koppelt und die Kopplung und dadurch auch die Signale der Empfängereinrichtung abhängig sind von einer relativen Position des Zielobjekts zu der Empfängereinrichtung,
Signale der Empfängereinrichtung oder von davon abgeleiteten Signalen verstärkt werden und diese Signale synchronisiert mit dem Anregungssignal ausgewertet werden, - geprüft wird, ob die ausgewerteten Signale oder Signalkombination davon oder ob einem Verstärker zur Verstärkung zugeführte Signale innerhalb eines Schwellenwertbereichs liegen oder nicht, und, wenn detektiert wird, dass die ausgewerteten Signale außerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, oder wenn detektiert wird, dass die dem Verstärker zu- geführten Signale außerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, Überlagerungssignale erzeugt werden, welche Signalen der Empfängereinrichtung oder davon abgeleiteten Signalen überlagert werden, wobei die Überlagerungssignale so gewählt werden, dass die resultierenden ausgewerteten Signale oder Signalkombinationen davon innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen oder dem Verstärker zugeführte Signale innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung erläuterten Vorteile auf.
Die sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergebende dynamische Mess- bereichserweiterung erlaubt eine hohe Auflösung über den gesamten Messbereich.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung durchführen bzw. die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreiben. Insbesondere werden dann zur Ermittlung der Position des Zielobjekts relativ zu der Empfängereinrichtung ausgewertete Signale oder Signalkombinationen solcher Signale verwendet, welche innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, wobei bestimmt wird, ob und wie oft durch Überlagerung ein Zurückschieben in den Schwellenwertbereich erfolgt ist. Dadurch lässt sich die dy- namische Messwertbereichserweiterung mit hoher Auflösung erhalten.
Erfindungsgemäß wird die Zielobjekt-Ermittlung ohne Nullregelung der ausgewerteten Signale durchgeführt. Dadurch lassen sich die Nachteile eines Regelungsverfahrens vermeiden.
Insbesondere werden Signalen der Empfängereinrichtung und davon abgeleiteten Signalen Kompensationssignale überlagert, welche so gewählt sind, dass Eingangssignalen einer Signalauswertungseinrichtung oder dem Verstärker zur Verstärkung zugeführter Signale ohne Einfluss des Zielobjekts innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen. Dadurch ergibt sich eine hohe Messgenauigkeit. Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausfüh
beispiels einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
Figur 2 eine ähnliche Darstellung wie Figur 1 mit spezifischen
Komponenten;
Figur 3 eine Blockschaltbilddarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
Figur 4 eine schematische Darstellung für bei einer Signalauswertung ermittelte Signalwerte;
Figur 5 eine schematische Darstellung für Daten (Signal- kombination), welche aus den Signalwerten gemäß
Figur 4 ermittelt werden und welche eine relative Position des Zielobjekts charakterisieren;
Figur 6(a) schematisch ein Auswertungssignal in analoger Form und ein Kompensationssignal, wenn kein Zielobjekt vorhanden ist;
Figur 6(b) eine gleiche Darstellung, wenn ein Zielobjekt vorhanden ist;
Figur 6(c) die gleiche Darstellung wie Figur 6(b) mit Kompensation und Überlagerung eines Überlagerungssignals; Figuren 7(a), (b), (c) Signale, wenn kein Zielobjekt vorhanden ist, und eine entsprechende Lage von Signalkombinationen ausgewerteter Signale innerhalb eines Schwellenwertbereichs;
Figuren 8(a), (b), (c) die Situation wie in den Figuren 7(a) bis (c), wenn eine Nullpunktskompensation durchgeführt wurde;
Figuren 9(a), (b), (c) die Situation wie in den Figuren 8(a) bis (c), wenn ein Zielobjekt vorhanden ist;
Figuren 10(a), (b), (c) die gleiche Situation wie in den Figuren 9(a) bis (c), wenn das Zielobjekt näher an der Empfängereinrichtung ist;
Figuren 11(a), (b), (c) die gleiche Situation wie in den Figuren 10(a) bis (c), wenn das Zielobjekt noch näher an der Empfängereinrichtung ist und der Schwellenwertbereich überschritten wird;
Figuren 12(a), (b), (c) wenn ausgehend von der Situation gemäß den Figuren 11(a) bis (c) durch ein Überlagerungssignal eine Verschiebung in den Schwellenwertbereich durchgeführt wurde;
Figuren 13(a), (b), (c) eine weitere Situation bei der Anwesenheit eines
Zielobjekts, wobei ein Schwellenwertbereich überschritten ist; Figuren 14(a), (b), (c) die gleiche Situation wie in Figur 13, wobei in den
Schwellenwertbereich verschoben wurde; Figur 15 eine grundsätzliche Darstellung eines Messdiagramms zur Auswertung der Position des Zielobjekts zu einer Empfängereinrichtung; und Figur 16 ein modifiziertes Messdiagramm, welches aus den
Daten gemäß Figur 16 erhalten wurde, wobei Verschiebungsvorgänge in den Schwellenwertbereich berücksichtigt wurden. Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, welches in Figur 1 schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Sendereinrichtung 12. Die Sendereinrichtung 12 ist mit periodischen Anregungssignalen einer Grundfrequenz f0 betrieben. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Sendereinrichtung 12 eine Wechselstromquelle 14 auf, welche einen Wechselstrom der Grundfrequenz f0 bereitstellt. Diese Wechselstromquelle 14 speist eine (Sende-)Spule 15.
Die Sensorvorrichtung 10 weist ferner eine Empfängereinrichtung 16 auf. Die Empfängereinrichtung 16 koppelt berührungslos an die Sendereinrichtung 12.
Insbesondere sind die Sendereinrichtung 12 und die Empfängereinrichtung 16 in einem gleichen Gehäuse 18 der Sensorvorrichtung 10 angeordnet. Vorzugsweise ist die Sendereinrichtung 12 symmetrisch zu der Empfängereinrichtung 16 positioniert. (In Figur 1 ist diese symmetrische Positionierung aus Darstellungsgründen nicht gezeigt.)
Die Kopplung der Empfängereinrichtung 16 an die Sendereinrichtung 12 ist in Figur 1 schematisch durch die Pfeile mit dem Bezugszeichen 20 angedeutet.
Die Sensorvorrichtung 10 dient zur Detektion eines Zielobjekts 22. Das Zielobjekt 22 ist insbesondere beweglich. Das Zielobjekt 22 ist dabei außerhalb des Gehäuses 18 positioniert. Grundsätzlich ist seine Position relativ zu dem Gehäuse 18 und beispielsweise zu einer Stirnseite 24 des Gehäuses 18 veränderlich. Diese Positionsveränderlichkeit ist in Figur 1 durch den Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 26 angedeutet.
Beispielsweise ist über die Sensorvorrichtung 10 die absolute Position des Zielobjekts 22 zu der Empfängereinrichtung 16 (insbesondere zu der Stirnseite 24 des Gehäuses 18) detektierbar bzw. es ist ein Schaltabstand generierbar; wenn beispielsweise ein bestimmter Mindestabstand und/oder ein bestimmter Höchstabstand des Zielobjekts 22 zu der Stirnseite 24 detektiert wird, wird ein entsprechendes Schaltsignal bereitgestellt.
Die Empfängereinrichtung 16 stellt grundsätzlich ein (Spannungs-)Signal
Figure imgf000016_0001
bereit, welches periodisch mit der Grundfrequenz f0 ist, jedoch um die Phase φ phasenverschoben sein kann. Die Empfängereinrichtung 16 ist bei einem Ausführungsbeispiel so angeordnet und ausgebildet, dass ohne Einfluss des Zielobjekts 22 (das heißt, wenn das Zielobjekt 22 nicht vorhanden ist) das entsprechende Signal mindestens näherungsweise ein Nullsignal ist. Es wird dabei angestrebt, dass das Signal ein Nullsignal ist. Es ist jedoch auch bei symmetrischer Anordnung der
Sendereinrichtung 12 zu der Empfängereinrichtung 16 aufgrund der Einbausituation möglich, dass das entsprechende Signal nur näherungsweise ein Nullsignal ist. Es wird dann, wie weiter untenstehend noch erläutert wird, ein Kompensationssignal erzeugt und überlagert, um ohne Einfluss des Zielobjekts 22 ein Nullsignal mit guter Näherung zu erreichen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Empfängereinrichtung 16 einen ersten Teil 28 und einen zweiten Teil 30. Der erste Teil 28 und der zweite Teil 30 sind so angeordnet und ausgebildet, dass ein resultierendes Signal, welches das Signal der Empfängereinrichtung 16 ist, sich aus Signalen des ersten Teils 28 und des zweiten Teils 30 überlagert und dabei mindestens näherungsweise ein Nullsignal ist, wenn das Zielobjekt 22 nicht vorhanden ist. (Das Signal des ersten Teils 28 und das Signal des zweiten Teils 30 müssen keine an der Empfängereinrichtung 16 tatsächlich messbare Signale sein.)
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste Teil 28 durch eine erste Spule 28' gebildet und der zweite Teil 30 ist durch eine zweite Spule 30' gebildet. Die erste Spule 28' und die zweite Spule 30' sind gleich ausgebildet mit gleicher Windungszahl, jedoch entgegengesetztem Wicklungssinn.
Die Kopplung der Sendespule 15 an die erste Spule 28' ist ki. Die Kopplung der Sendespule 15 an die zweite Spule 30' ist k2. Die Kopplungsfaktoren ki und k2 können durch ein metallisches Zielobjekt 22 unterschiedlich beeinflusst sein, wodurch auch bei abgeglichener Empfängereinrichtung 16, wenn diese bei Abwesenheit des Zielobjekts 22 ein Nullsignal bereitstellt, bei Anwesenheit des Zielobjekts 22 ein endliches Signal entsprechend dem obigen Signal gemäß Gleichung (1) resultiert. Durch die Anwesenheit des Zielobjekts 22 wer- den die Kopplungsfaktoren ki und ^ unterschiedlich beeinflusst. Es fällt die Wechselspannung gemäß Gleichung (1) an der Empfängereinrichtung 16 ab.
Es kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Kondensatoren 32 zu der Reihenschaltung der ersten Spule 28' und der zweiten Spule 30' parallel ge- schaltet sind.
Grundsätzlich hängt die Phase φ und die Amplitude V0 des Signals, welches von der Empfängereinrichtung 16 bereitgestellt wird, von dem Material des Zielobjekts 22 und dem Abstand 26 zu dem Zielobjekt 22 sowie von geo- metrischen Gegebenheiten ab.
Bei dem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Sendereinrichtung 12 und die Empfängereinrichtung 16 Spulen umfasst, ist die Kopplung zwischen der Sendereinrichtung 12 und der Empfängereinrichtung 16 eine induktive Kopplung.
Diese induktive Kopplung wird durch das Zielobjekt 22 beeinflusst, indem es die Kopplungsfaktoren ki und k2, welche dann induktive Kopplungsfaktoren sind, verändert und insbesondere ungleich verändert.
Das Zielobjekt 22 bewirkt eine detektierbare Veränderung der Induktivität in den Spulen der Sendereinrichtung 12 und der Empfängereinrichtung 16 bzw. des Verlustwiderstands der Spulen bzw. die Spulenimpedanz oder Spulengüte wird verändert. Durch die spezielle Ausbildung der Empfängereinrichtung 16 äußern sich entsprechende (unsymmetrische) Änderungen in der Spannung gemäß Gleichung (1). Der Empfängereinrichtung 16 ist ein Filter 34 nachgeschaltet. Dieser Filter 34 ist insbesondere als Bandpassfilter ausgebildet mit einer Mittenfrequenz f0, welche vorzugsweise eine hohe Güte aufweist. Dadurch werden im Wesentlichen nur Signale mit der Grundfrequenz f0 zur Auswertung herangezogen. Dem Filter 34 ist ein Verstärker 36 nachgeschaltet, welcher entsprechende
Eingangssignale verstärkt. Der Verstärker 36 ist beispielsweise als Operationsverstärker ausgebildet.
Der Verstärker 36 stellt seine Ausgangssignale einer Signalauswertungs- einrichtung 38 bereit. Die Signalauswertungseinrichtung 38 wertet die bereitgestellten Signale synchronisiert mit Anregungssignalen der Sendereinrichtung 12 aus. Dies wird untenstehend noch näher erläutert.
Der Signalauswertungseinrichtung 38 ist eine Verknüpfungseinrichtung 40 zu- geordnet. Die Verknüpfungseinrichtung 40 weist eine Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 auf. Signale der Signalauswertungseinrichtung 38, das heißt ausgewertete Signale, oder Kombinationen solcher ausgewerteter Signale, werden von dieser einer Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 bereitgestellt. Diese prüft, ob die Signale oder Signalkombinationen innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwertbereichs liegen oder nicht.
Wenn detektiert wird, dass die ausgewerteten Signale oder Signal- kombinationen innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, werden diese einer Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 bereitgestellt. Die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 kann die Position des Zielobjekts 22 relativ zu der Empfängereinrichtung 16 (und dabei insbesondere zu der Stirnseite 24) ermitteln.
Wenn die Prüfung an der Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 ergibt, dass die ausgewerteten Signale oder Signalkombinationen, welche von der Signalauswertungseinrichtung 38 bereitgestellt sind, außerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, dann erzeugt eine Signalerzeugungseinrichtung 46 Über- lagerungssignale, welche Signalen der Empfängereinrichtung 16 überlagert werden.
Insbesondere weist die Verknüpfungseinrichtung 40 eine Verknüpfungsstelle 48 auf, welche zwischen dem Filter 34 und der Empfängereinrichtung 16 liegt. An dieser Verknüpfungsstelle 48 werden von der Signalerzeugungseinrichtung 46 erzeugte Überlagerungssignale mit Signalen der Empfängereinrichtung 16 verknüpft und damit überlagert.
Die Signalerzeugungseinrichtung 46 erzeugt die Überlagerungssignale derart, dass nach Überlagerung mit dem Signal der Empfängereinrichtung 16 Signale oder Signalkombinationen generiert sind, welche nach Auswertung durch die Signalauswertungseinrichtung 38 innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen.
Der Schwellenwertbereich wiederum ist so gewählt, dass auf jeden Fall Sig- nale, welche Eingangssignale für den Verstärker 36 bilden, in dem Verstärker 36 definiert verstärkt werden, das heißt dass diese innerhalb des Verstärkungsbereichs des Verstärkers 36 liegen und insbesondere nicht in dem Sättigungsbereich des Verstärkers 36 liegen. Die Signalerzeugungseinrichtung 46 sorgt dafür, dass der Verstärker 36 bezüglich seiner Verstärkungseigenschaften ordnungsgemäß betrieben werden kann, sodass der Verstärker 36 keine verfälschten Signale erzeugt, weil bei- spielsweise seine Sättigung erreicht ist.
Der Schwellenwertbereich ist so gewählt, dass für (Spannungs-)Signale, welche innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, eine definierte Verstärkung an dem Verstärker 36 ohne Erreichung einer Sättigung durchgeführt wird .
Bei der Auswertung bezüglich der Position des Zielobjekts 22 durch die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 wird dabei berücksichtigt, ob Überlagerungssignale bereitgestellt wurden oder nicht. Insbesondere besteht ein Überlagerungssignal darin, dass von dem Signal, welches die Empfängereinrichtung 16 bereitstellt, ein bestimmtes Signal abgezogen wird, welcher so gewählt ist, dass eine Verschiebung in den
Schwellenwertbereich bezogen auf ausgewertete Signale der Signalauswertungseinrichtung 38 möglich ist.
Dies wird untenstehend noch anhand von konkreten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Sensorvorrichtung 10 einen Mikro- Controller 50. In diesen MikroController 50 sind insbesondere die Signalauswertungseinrichtung 38, die Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 und die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 integriert.
Ferner können die Signalerzeugungseinrichtung 46 der Verknüpfungseinrich- tung 40 und gegebenenfalls auch Teile der Sendereinrichtung 12 in diesen MikroController 50 integriert sein. Der MikroController 50 umfasst auch die Schwellenwert- Prüfungseinrichtung 42. In Figur 2 ist schematisch eine konkrete Realisierung der Sensorvorrichtung 10 gezeigt, welche dort mit 52 bezeichnet ist. Für gleiche Elemente wie bei der Sensorvorrichtung 10 werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Bei der Sensorvorrichtung 52 ist die Signalauswertungseinrichtung 38 durch einen Analog-Digital-Wandler 54 gebildet, welcher in den MikroController 50 integriert ist.
Die Signalerzeugungseinrichtung 46 der Verknüpfungseinrichtung 40 ist durch eine Pulsweitenmodulationseinrichtung 56 gebildet, welche insbesondere eine Mehrzahl von Pulsweitenmodulatoren mit unterschiedlichen Phasenlagen um- fasst.
Die Verknüpfungseinrichtung 40 erzeugt aus den Digitalsignalen der Puls- weitenmodulationseinrichtung 56 ein entsprechendes Analogsignal, welches "phasengerecht" dem Signal der Empfängereinrichtung 16 überlagert wird .
Die Sendereinrichtung 12 selber ist über Pulsweitenmodulatoren 58 des Mikro- controllers 50 angesteuert.
Es sind beispielsweise zwei Pulsweitenmodulatoren 58 in zwei Strängen vorgesehen, welche zu der Sendespule 15 führen.
Es ist eine analoge Schaltereinrichtung 60 vorgesehen, welche zwischen den Pulsweitenmodulatoren 58 und der Sendespule 15 positioniert ist. Es kann dann ein entsprechendes Signal mit der Grundfrequenz f0 durch komplementäre Ansteuerung der Schaltereinrichtung 60 und damit der Sendespule 15 erzeugt werden. Durch die Pulsweitenmodulatoren 58, welche mit der Frequenz f0, das heißt mit der Grundfrequenz, betrieben werden, lässt sich auf einfache Weise eine Auswertung an der Signalauswertungseinrichtung 38 synchronisiert zu An- regungssignalen der Sendereinrichtung 12 durchführen. Weiterhin lassen sich synchronisierte Überlagerungssignale erzeugen.
In Figur 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung gezeigt. Es werden für gleiche Elemente wie bei der
Sensorvorrichtung 10 gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die Sendereinrichtung 12 koppelt (berührungslos) an die Empfängereinrichtung 16, wobei diese Kopplung durch das Zielobjekt 22 beeinflusst ist.
Die Empfängereinrichtung 16 stellt Signale bereit, welche dem Verstärker 36 zugeführt werden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass Signale der Empfängereinrichtung 16 vor Zuführung zu dem Verstärker 36 durch eine Bearbeitungseinrichtung 62 bearbeitet werden. Beispielsweise erfolgt eine Filterung, um nur noch eine Auswertung von Signalen mit der Grundfrequenz f0 zu erhalten. Beispielsweise kann auch ein weiterer Verstärker (Vorverstärker) vorgesehen sein oder es kann ein Impedanzwandler vorgesehen sein.
Der Verstärker 36, welchem der Filter 34 vorgeschaltet ist, stellt seine Ausgangssignale der Signalauswertungseinrichtung 38 bereit. Signale der Signalauswertungseinrichtung 38 oder Signalkombinationen solcher Signale werden durch die Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 geprüft, und zwar dahin- gehend, ob sie innerhalb oder außerhalb des Schwellenwertbereichs liegen.
Ausgewertete Signale oder Signalkombinationen solcher Signale, welche von der Signalauswertungseinrichtung 38 stammen, und welche innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, werden der Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 bereitgestellt.
Falls die Prüfung an der Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 ergibt, dass die entsprechenden ausgewerteten Signale, welche von der Signalauswertungs- einrichtung 38 bereitgestellt sind, oder Signalkombinationen außerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, dann wird entsprechend die Verknüpfungseinrichtung 40 angesteuert. Deren Signalerzeugungseinrichtung 46 erzeugt Überlagerungssignale, welche an der Verknüpfungsstelle 48 eingekoppelt wer- den.
Dadurch lässt sich sicherstellen, dass Signale der Signalauswertungseinrichtung 38 oder Signalkombinationen davon innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen.
Bei der Zielobjekt-Auswertung wird berücksichtigt, ob Überlagerungssignale erzeugt wurden. Es können grundsätzlich auch mehrmals Überlagerungssignale erzeugt werden. Es wird dann entsprechend auch gezählt, in wie vielen Schritten Überlagerungssignale erzeugt wurden. Die Signalerzeugungseinrichtung 46 steht dementsprechend mit der Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 in Signalverbindung, sodass die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 für konkrete, zur Zielobjekt-Auswertung herangezogene Signale weiß, ob durch Überlagerungssignale eine Verschiebung in den Schwellenwertbereich stattgefunden hat und gegebenenfalls wie viele Verschiebungen stattgefunden haben.
Es ist eine Synchronisierung 64 vorgesehen, welche eben dafür sorgt, dass die Auswertung an der Signalauswertungseinrichtung 38 synchronisiert zu den Anregungssignalen der Sendereinrichtung 12 erfolgt. Weiterhin wird dafür ge- sorgt, dass die Überlagerungssignale, welche durch die Signalerzeugungseinrichtung 46 erzeugt werden, entsprechend synchronisiert an der Verknüpfungsstelle 48 eingekoppelt werden.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass vor dem Verstärker 36 geprüft wird, ob ein dem Verstärker 36 bereitgestelltes Signal, welches direkt von der Empfängereinrichtung 16 stammt, oder die Bearbeitungseinrichtung 62 durchlaufen hat, innerhalb eines Schwellenwertbereichs liegt. Sollte es außerhalb dieses Schwellenwertbereichs liegen, dann wird ein Überlagerungssignal durch die Verknüpfungseinrichtung 40 erzeugt und dann dem Signal überlagert, sodass der Verstärker 36 nur Eingangssignale enthält, welche in einem normalen Verstärkungsbereich, das heißt insbesondere ohne Sättigung, verstärkt werden können. In diesem Falle wäre dann eine Schwellenwert-Prüfungs- einrichtung vor dem Verstärker 36 angeordnet.
Die Ausbildung der Sensorvorrichtung 10 bzw. 52 hat den Vorteil, dass die Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 in den MikroController 50 auf einfache Weise integriert werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung stellt die Signalauswertungseinrichtung 38 auswertbare Signale bereit. Es erfolgt kein Nullabgleich von Auswertungssignalen und insbesondere keine Nullregelung. Dadurch spielt eine endliche Regelgeschwindigkeit keine Rolle, welche eine maximale Schaltfrequenz der Sensorvorrichtung 10 begrenzen könnte. Da keine Nullregelung stattfindet, tritt auch keine endliche, die Schaltfrequenz begrenzende Regelgeschwindigkeit auf.
Da keine Nullregelung stattfindet, müssen auch keine entsprechenden Regel- großen generiert werden. Es kommt dadurch zu keiner Verlangsamung des Systems aufgrund einer Regelung . Würde die Nullpunktsregelung durch ein digitales System realisiert werden, würde dies hohe Anforderungen an dessen Leistungsdaten stellen. Ein entsprechend notwendiger MikroController 50 weist eine hohe Stromaufnahme auf, ist relativ groß und teuer.
Da keine Nullregelung stattfindet, tritt das grundsätzliche Problem auf, dass das Signal der Empfängereinrichtung 16, bei einer bestimmten Position des Zielobjekts 22 zu der Empfängereinrichtung 16, nicht mehr verstärkt werden kann, da es außerhalb des definierten Verstärkerbereichs liegt.
Durch das Vorsehen der Verknüpfungseinrichtung 40 wird bei der erfindungsgemäßen Lösung dieses Problem gelöst. Es wird, sofern notwendig, ein Überlagerungssignal durch die Signalerzeugungseinrichtung 46 erzeugt, welches dafür sorgt, dass das relevante Signal (bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 und 2 das Auswertungssignal der Signalauswertungseinrichtung 38) in den Schwellenwertbereich zurückgeschoben wird. Daraus wiederum ergibt sich, dass dann das an dem Eingang des Verstärkers 36 anstehende Signal definiert verstärkt werden kann und eine Sättigung und dergleichen vermieden ist. Die oben beschriebenen Probleme treten dann nicht auf.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden letztendlich die absoluten Signale ausgewertet, welche aus der Signalauswertungseinrichtung 38 bereitgestellt sind, oder Signalkombinationen solcher Signale, wobei höchstens, wenn der Schwellenwertbereich überschritten wird, ein Zurückschieben in den
Schwellenwertbereich durch die Überlagerungssignale erfolgt.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 bzw. 52 wird nach- folgend anhand der Diagramme gemäß den Figuren 4 bis 16 beschrieben.
Bei einem Ausführungsbeispiel (Figur 2) ist es vorgesehen, dass die Signalauswertungseinrichtung 38 ein Analog-Digital-Wandler 54 ist. Innerhalb einer Periode des Signals der Empfängereinrichtung 16 werden (Figur 4 oben) an dem Analog-Digital-Wandler 54 bestimmte Signalwerte (Spannungswerte Vi, V2, V3 und V4) ermittelt. Diese unterscheiden sich in der Phasenlage. Vi wird bei der Phase 5+0°, V2 bei der Phase 5+90°, V3 bei der Phase 5+180° und V4 bei der Phase 5+270° ermittelt. Dies ist in Figur 4 schematisch dargestellt.
5 ist dabei ein Verschiebungswert, welcher so gewählt ist, dass ein eventuelles Übersprechen von Flanken im Sendesignal nicht einkoppeln kann. Aus den bekannten Signalwerten Vi, V2, V3, V4 (welche durch die Signalauswertungseinrichtung 38 bereitgestellte Signale sind) werden die Differenzen delta_X=Vi-V3 und delta_Y=V2-V4 gebildet; diese sind Signalkombinatio- nen ausgewerteter Signale. delta_X gibt gewissermaßen einen Kosinusanteil im Signal an und delta_Y gibt gewissermaßen einen Sinusanteil im Signal an.
In Figur 5 ist ein Diagramm gezeigt, in dem ein Beispiel eines ermittelten delta_X und eines ermittelten delta_Y- Werts in einer entsprechende Ebene eingezeichnet ist. Grundsätzlich kann daraus dann durch die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 die Position des Zielobjekts 22 zu dem Gehäuse 18 bestimmt werden. In Figur 6(a) sind für den Beispielsfall einer Sendervorrichtung 52 ohne Zielobjekt ein Signal 66 der Empfängereinrichtung 16. Grundsätzlich sollte dieses Signal ein Nullsignal sein bei idealer Empfängereinrichtung 16 und idealer Anordnung . Aufgrund beispielsweise des Einflusses des Gehäuses 18 ist das Signal 66 nur näherungsweise ein Nullsignal .
Die Signalerzeugungseinrichtung 46 stellt ein Kompensationssignal 68 bereit, welches dann dem Signal 66 überlagert wird . Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kompensationssignal 68 so gewählt, dass sich das Signal 70 ergibt, welches ein Nullsignal ist.
Das Kompensationssignal 68 ist kein Überlagerungssignal, welches beispielsweise das Auswertungssignal der Signalauswertungseinrichtung 38 in den Schwellenwertbereich zurückführt. Das Kompensationssignal 68 wird stets Signalen der Empfängereinrichtung 16 überlagert, um effektiv mindestens näherungsweise ein Nullsignal 70 zu erzeugen.
Es ist grundsätzlich ausreichend, wenn das Kompensationssignal 68 so ge- wählt ist, dass ohne Einfluss des Zielobjekts 22 die delta_X-Werte und delta_Y-Werte im Schwellenwertbereich 86 liegen. Eine Nullkompensation ist vorteilhaft, aber nicht notwendig . In diesem Sinne sind die Signale der Empfängereinrichtung 16, welche dem Filter 34 und insbesondere dann dem Verstärker 36 bereitgestellt sind, bereits abgeleitet von direkten Signalen der Empfängereinrichtung 16, es ist nämlich das Kompensationssignal 68 überlagert, sodass ohne Einfluss des Zielobjekts 22 der Schwellenwertbereich 86 nicht überschritten ist und beispielsweise das "mindestens näherungsweise" Nullsignal 70 erreicht wird .
In Figur 6(b) sind die entsprechenden Signale bei Einfluss des Zielobjekts 22 gezeigt. Es ergibt sich ein Signal 72 der Empfängereinrichtung 16. Kompen- siert mit dem Kompensationssignal 68, ausgeregelt und verstärkt ergibt sich das Signal 74. Aus dem Signal 74 ist erkennbar, dass der Verstärker 36 bereits in die Sättigung gegangen ist. Dementsprechend wurde der Schwellenwertbereich überschritten. In Figur 6(c) ist für die gleiche Situation 52 eine Situation gezeigt, bei welcher dem Signal 72 sowohl das Kompensationssignal 68 als auch das Überlagerungssignal 76 überlagert wurde. Es ergibt sich das Signal 78, welches ausgeregelt und verstärkt ist und welches zur Auswertung in der Zielobjekt- Auswertungseinrichtung herangezogen wird .
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird also dann zusätzlich zu dem Kompensationssignal 68 (welches zur Nullsignalerzeugung dient) das Überlappungssignal 76 überlagert, sofern notwendig, um Auswertungssignale der Signalauswertungseinrichtung 38 in den Schwellenwertbereich zu schieben, wenn sie außerhalb davon liegen, um so wiederum eine definierte Verstärkung an dem Verstärker 36 zu erhalten, ohne dass der Verstärker 36 in Sättigung geht. Dadurch wird eine Vermessung des Signals der Empfängereinrichtung 16 auch bei einem solchen Abstand des Zielobjekts 22 zu dem Gehäuse 18 ermöglicht, indem ohne das Überlagerungssignal 76 keine Vermessung mehr möglich wäre.
Dieses Verfahren wird nochmals anhand der Figuren 7 bis 16 erläutert. In Figur 7(a) ist ohne Anwesenheit des Zielobjekts 22 ein unbearbeitetes Eingangssignal 80 der Signalauswertungseinrichtung 38 gezeigt. An der Verknüpfungsstelle 48 wird ein erstes Kompensationssignal 68 überlagert und es resultiert das Signal 82 (Figur 7(b)), welches kompensiert und verstärkt ist. (Bei exakter Kompensation wäre das Signal 82 ein Nullsignal.)
In Figur 7(c) ist beispielhaft in der delta_X- und der delta_Y-Ebene die Lage der entsprechenden Werte, welche Signalkombinationen der von der Signalauswertungseinrichtung 38 ausgewerteten Signale sind, gezeigt.
In den Figuren 8(a) bis (c) ist dieselbe Situation wie in den Figuren 7(a) bis (c) gezeigt, wobei in diesem Falle ein anderes, zweites Kompensationssignal 68' addiert wurde und das Nullsignal 84 erhalten wird. delta_X und delta_Y liegt dann bei Null und dies zeigt genau die Abwesenheit des Zielobjekts 22 an.
In den Figuren 7 ist also ein Beispielfall gezeigt, in dem das erste Kompensationssignal 68 berücksichtigt wird und in den Figuren 8 ist der Fall gezeigt, in dem ein noch effektiveres zweites Kompensationssignal 68' erzeugt und berücksichtigt wird . Es ergibt sich dann eine verbesserte Messgenauigkeit für die Zielobjekt-Erfassung .
In den Figuren 9 ist dann die Situation gezeigt, wenn sich das Zielobjekt 22 annähert. Es ergibt sich das Signal 84 der Empfängereinrichtung 16. Das entsprechende ausgeregelte und verstärkte Signal (mit Kompensation über das Kompensationssignal 68 oder 68') ist das Signal 86 (Figur 9(b)). Entsprechende delta_X- und delta_Y-Werte liegen innerhalb des Schwellenwertbereichs 86, welcher in der Figur 9(c) durch das entsprechende Quadrat angedeutet ist (auch andere Formen der entsprechenden Umrandung sind möglich).
Da die entsprechenden Differenzwerte innerhalb des Schwellenwertbereichs 86 liegen, muss kein Überlagerungssignal erzeugt werden und berücksichtigt werden. In den Figuren 10 ist ein Fall mit einer anderen Annäherung des Zielobjekts 22 gezeigt. Es ergibt sich das Signal 88, welches dann bei Ausregelung und Verstärkung (und Kompensation) in dem Signal 90 resultiert (Figur 10(b)). Dieses Signal 90 wird an die Signalauswertungseinrichtung 38 gegeben.
Die sich ergebenden Werte für delta_X und delta_Y sind in Figur 10(c) angezeigt. Sie liegen innerhalb des Schwellenwertbereichs 86, sodass in diesem Fall kein Überlagerungssignal generiert werden muss.
Eine weitere Annäherung des Zielobjekts 22 zu der Stirnseite 24 ist in den Figuren 11 dargestellt. Das entsprechende Signal der Empfängereinrichtung 16 ist dann mit 92 bezeichnet. Nach Verstärkung (und Ausregelung und Kompensation) ergibt sich das Signal 94. In Figur 11(c) ist die Lage zu dem
Schwellenwertbereich 86 der Werte delta_X und delta_Y gezeigt. Der
Schwellenwertbereich 86 ist überschritten.
Dies wird durch die Schwellenwert-Prüfungseinrichtung 42 detektiert. Es wird dann ein Überlagerungssignal 96 (Figur 12(a)) erzeugt, welches entsprechend an der Verknüpfungsstelle 48 eingekoppelt wird. Als Ergebnis ergibt sich ein verstärktes Signal 98 (Figur 12(b)), welches dazu führt, dass die entsprechenden zur Auswertung herangezogenen Werte wieder innerhalb des Schwellenwertbereichs 86 liegen (Figur 12(c)). Bei der Zielobjekt-Auswertung wird dabei berücksichtigt, dass das Überlagerungssignal 96 insbesondere abgezogen wurde. Das Überlagerungssignal 96 ist insbesondere ein festes Signal, welches so gewählt ist, dass eine Zurückschiebung in den Schwellenwertbereich 86 erreicht ist.
Es kann dabei grundsätzlich vorkommen, dass das Überlagerungssignal 96 mehrmals angepasst überlagert werden muss, das heißt dass mehrfach die Pulsbreite vom Überlagerungssignal 96 erhöht werden muss, um ein Zurückschieben in den Schwellenwertbereich 86 zu erreichen. In den Figuren 13 ist bei einem weiteren Beispiel ein Fall gezeigt, bei dem bezogen auf delta_Y der Schwellenwertbereich 86 überschritten wird. Das entsprechende Signal der Empfängereinrichtung 16 ist mit 93 bezeichnet. Zusätzlich zu dem Überlagerungssignal 96 wird dann ein weiteres Überlagerungs- Signal 100 (Figur 14(a)) überlagert, um auswertbare Signale in dem
Schwellenwertbereich 86 zu erhalten (Figur 14(c)). Das resultierende Signal ist in Figur 14(b) mit 97 bezeichnet. Das Signal vor der Überlagerung (aber nach der Kompensation) ist in Figur 13(b) mit 95 bezeichnet. Durch geeignete Überlagerungssignale wird erreicht, dass sowohl bezüglich delta_X und delta_Y auswertbare Signale in dem Schwellenwertbereich 86 liegen.
In Figur 15 sind nochmal entsprechende Werte einer realen Messung gezeigt, wobei der Schwellenwertbereich 86 gezeigt ist. Messwertbereiche 102, 104 und 106 beruhen darauf, dass eine Verschiebung zurück in den Schwellen- wertbereich 86 erfolgt ist. Die entsprechenden delta_X- und delta_Y-Werte entstehen dadurch, dass einfach oder mehrfach Überlagerungssignale überlagert wurden.
Die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 berücksichtigt dies. In Abhängig- keit, wie oft eine Verschiebung durchgeführt wurde, werden die entsprechenden Messwerte richtig positioniert. Es ergibt sich die rekonstruierte Kurve gemäß Figur 16. Es ergibt sich dadurch eine dynamische Messbereichserweite- rung, wobei keine Nullpunktregelung durchgeführt wurde, und trotzdem sichergestellt ist, dass der Analog-Digital-Wandler 54 und der Verstärker 36 nicht in der Sättigung betrieben werden.
Auch wenn der Abstand des Zielobjekts 22 zu der Stirnseite 24 einen gewissen Abstand unterschreitet, in der sonst der Verstärker 36 bzw. der Analog-Digital- Wandler 54 in Sättigung gehen würde, lässt sich weiterhin eine Abstands- messung durchführen. Die Verknüpfungseinrichtung 40 wirkt so auf das von der Empfängereinrichtung 16 bereitgestellte Signal, dass die resultierende Signalstärke verringert wird und der Verstärker 36 in seinem definierten Bereich arbeitet, das heißt Sättigung verhindert wird . Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dies sowohl für den "InPhase-Anteil" des entsprechenden Signals (V2 und V4 bzw. delta_Y) bzw. für den "Außer-Phase-Anteil" des entsprechenden Signals (Vi und V3 bzw.
delta_X) durchgeführt. Dadurch ist eine Kombination bezüglich Amplitude und Phase möglich. Der dynamische Messbereich der Sensorvorrichtung 10 bzw. 52 lässt sich erweitern, wobei eine hohe Auflösung erhalten bleibt, insbesondere wenn für die Signalauswertungseinrichtung 38 ein Analog-Digital-Wandler 54 verwendet wird. Es ist eine hohe Verstärkung der Eingangsspannung an dem Verstärker 36 möglich.
Das Prinzip lässt sich nicht nur für induktive Sensorvorrichtungen verwenden.
Bei der Sensorvorrichtung 10 sind die sensitiven Elemente der Empfänger- einrichtung 16 die Spulen 28', 30'. Die sensitiven Elemente können beispiels¬ weise auch Kondensatoren oder Hall-Elemente sein.
Die Verknüpfungseinrichtung 40 kann eine Subtrahier-, eine Addierer- oder auch eine kapazitive Einkopplungseinrichtung umfassen.
Die Signalauswertungseinrichtung 38 kann einen Analog-Digital-Wandler 54 umfassen oder auch Komparatoren.
Die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung 44 kann ein MikroController sein oder auch ein Analog-Rechner.
Die Signalerzeugungseinrichtung 46 weist bei dem oben beschriebenen Beispiel vier Pulsweitenmodulatoren 58 auf, entsprechend für die Phasenlagen 0°, 180° und 90°, 270°. Grundsätzlich ist es beispielsweise auch möglich, dass nur zwei Pulsweitenmodulatoren oder eine direkte digitale Synthese (DDS) vorgesehen sind. Es kann auch ein Digital-Analog-Wandler zur entsprechenden Signalerzeugung vorgesehen sein oder ein programmierbarer Verstärker (PGA) mit einem Phasenschieber. Bezugszeichenliste
Sensorvorrichtung
Sendereinrichtung
Wechselstromquelle
Sendespule
Empfängereinrichtung
Gehäuse
Kopplung
Zielobjekt
Stirnseite
Positionsveränderlichkeit
Erster Teil
' Erste Spule
Zweiter Teil
' Zweite Spule
Kondensator
Filter
Verstärker
Signalauswertungseinrichtung
Verknüpfungseinrichtung
Schwellenwert- Prüfungseinrichtung
Zielobjekt- Auswertungseinrichtung
Signalerzeugungseinrichtung
Verknüpfungsstelle
MikroController
Sensorvorrichtung
Analog- Digital-Wandler
Pulsweitenmodulatoreinrichtung
Pulsweitenmodulator
Analoge Schaltereinrichtung
Bearbeitungseinrichtung Synchronisierung
Signal
Erstes Kompensationssignal Zweites Kompensationssignal Nullsignal
Signal
Signal
Überlagerungssignal
Signal
Signal
Signal
Signal
Schwellenwertbereich
Signal
Signal
Signal
Signal
Signal
Signal
Überlagerungssignal
Signal
Überlagerungssignal
Messwert
Messwert
Messwert

Claims

Patentansprüche
1. Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts (22), umfassend eine Sendereinrichtung (12), welche mit periodischen Anregungssignalen mit einer Grundfrequenz (f0) betrieben ist, eine Empfängereinrichtung (16), welche an die Sendereinrichtung (12) koppelt, wobei die Kopplung abhängig ist von einer relativen Position des Zielobjekts (22) zu der Empfängereinrichtung (16), wobei die Empfängereinrichtung (16) Signale mit der Grundfrequenz (f0) bereitstellt, welche abhängig sind von der relativen Position des Zielobjekts (22) zu der Empfängereinrichtung (16), einen Verstärker (36), welcher der Empfängereinrichtung (16) nachgeschaltet ist, eine Signalauswertungseinrichtung (38), welche dem Verstärker (36) nachgeschaltet ist, eine Schwellenwert-Prüfungseinrichtung (42), welche prüft, ob von der Signalauswertungseinrichtung (38) bereitgestellte Signale oder Signalkombinationen solcher Signale innerhalb oder außerhalb eines Schwellenwertbereichs (86) liegen, oder ob die dem Verstärker (36) bereitgestellten Signale innerhalb oder außerhalb eines Schwellenwertbereichs liegen, und eine Verknüpfungseinrichtung (40), welche so auf Signale der Empfängereinrichtung (16) oder davon abgeleitete Signale wirkt, dass von der Signalauswertungseinrichtung (38) bereitgestellte Signale oder Signalkombinationen solcher Signale in den Schwellenwertbereich (86) verschoben sind, sofern sie vorher außerhalb lagen, oder dass die dem Verstärker (36) bereitgestellten Signale in den Schwellenwertbereich verschoben sind, sofern sie vorher außerhalb lagen.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (16) so ausgebildet ist, dass sie mindestens näherungsweise ohne Einfluss des Zielobjekts (22) ein Nullsignal bereitstellt.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfungseinrichtung Kompensationssignale (68) und/oder Überlagerungssignale (96, 100) zu den Signalen der Empfängereinrichtung (16) oder daraus abgeleiteten Signalen addiert, um eine Verschiebung in den Schwellenwertbereich (86) zu bewirken.
4. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwertbereich (86) ein Spannungsbereich ist.
5. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfungseinrichtung (40) einen bestimmten Spannungswert von Signalen der Empfängereinrichtung (16) oder von davon abgeleiteten Signalen abzieht.
6. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwertbereich (86) so gewählt ist, dass der Verstärker (36) in einem definierten Verstärkungsbetrieb für Eingangssignale des Verstärkers (36) arbeitet.
7. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswertungseinrichtung (38) ein Analog- Digital-Wandler (54) ist oder umfasst und/oder ein Komparator ist oder umfasst.
8. Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwertbereich (86) so gewählt ist, dass der Analog-Digital- Wandler (54) oder der Komparator in einem definierten Wandlerbetrieb oder Komparatorbetrieb für Eingangssignale des Analog-Digital-Wandlers (54) oder des Komparators arbeitet.
9. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Filter (34) für die Grundfrequenz (f0), welcher zwischen der Signalauswertungseinrichtung (38) und der Empfängereinrichtung (16) angeordnet ist, wobei insbesondere eine Verknüpfungsstelle (48) der Verknüpfungseinrichtung (40) dem Filter (34) vorgeschaltet ist.
10. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswertungseinrichtung (38) synchronisiert zu den Anregungssignalen bestimmte Signalwerte ermittelt.
11. Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass von der Signalauswertungseinrichtung (38) innerhalb einer oder mehrerer Perioden ermittelte bestimmte Signalwerte sich in der Phasenlage unterscheiden, wobei insbesondere mindestens zwei folgender Signalwerte ermittelt sind : ein Signalwert Vi bei der Phasenlage 5+0°, ein Signalwert V2 bei der Phasenlage 5+90°, ein Signalwert V3 bei der Phasenlage 5+180°, ein Signalwert V4 bei der Phasenlage 5+270°, wobei 5 ein Verschiebungswert ist.
12. Sensorvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Zielobjekt-Auswertungseinrichtung (44), welche Signalwerte der Signalauswertungseinrichtung (38) zur Ermittlung der relativen Position des Zielobjekts auswertet, wobei die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung (44) insbesondere Differenzen von Signalwerten auswertet, wobei insbesondere Differenzen delta_X=Vi-V3 und delta_Y=V2-V4 gebildet werden.
13. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zielobjekt-Auswertungseinrichtung (44) gebildeten Differenzen ohne Nullregelung ausgewertet werden.
14. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielobjekt-Auswertungseinrichtung (44) bei der Zielobjekt-Auswertung Signale der Verknüpfungseinrichtung (40) berücksichtigt.
15. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfungseinrichtung (40) eine Signalerzeugungseinrichtung (46) umfasst, welche Überlagerungssignale (96, 100) bereitstellt, die mit Signalen der Empfängereinrichtung (16) oder davon abgeleiteten Signalen verknüpft werden.
16. Sensorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Überlagerungssignale (96, 100) synchronisiert zu den Anregungssignalen erzeugt werden.
17. Sensorvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinrichtung (46) eine Pulsweitenmodulations- einrichtung (56) ist oder umfasst.
18. Sensorvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulationseinrichtung jeweils Pulsweitenmodulatoren (58) umfasst, welche für unterschiedliche Phasenlagen vorgesehen sind .
19. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendereinrichtung (12) symmetrisch zu der Empfängereinrichtung (16) angeordnet ist, wobei insbesondere die Sendereinrichtung (12) und Empfängereinrichtung (16) in einem gleichen Gehäuse (18) angeordnet sind .
20. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (16) einen ersten Teil (28) und einen zweiten Teil (30) umfasst, wobei der erste Teil (28) antisymmetrisch zu dem zweiten Teil (30) angeordnet und/oder ausgebildet ist, und Signale der Empfängereinrichtung (16) aus einer Überlagerung von Signalen des ersten Teils (28) und des zweiten Teils (30) gebildet sind.
21. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendereinrichtung (12) mindestens eine Spule
(15) aufweist.
22. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (16) mindestens eine erste Spule (28') und eine zweite Spule (30') aufweist.
23. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (16) induktiv an die Sendereinrichtung (12) koppelt und dass das Zielobjekt (22) aus einem metallischen Material ist.
24. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfungseinrichtung (40) Kompensationssignale (68) bereitstellt, welche Signale der Empfängereinrichtung (16) oder davon abgeleitete Signale ohne Einfluss des Zielobjekts (22) in den Schwellenwertbereich (86) bringt.
25. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Näherungssensorvorrichtung, über welche der Abstand des Zielobjekts (22) zu der Empfängereinrichtung
(16) und/oder eine Annäherung des Zielobjekts (22) zu der Empfängereinrichtung (16) und/oder eine Wegführung des Zielobjekts (22) von der Empfängereinrichtung (16) detektierbar ist. Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts, insbesondere gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Sendereinrichtung (12) mit periodischen Anregungssignalen einer bestimmten Grundfrequenz (f0) betrieben wird,
Signale einer Empfängereinrichtung (16), welche die Grundfrequenz (f0) aufweisen, ausgewertet werden, wobei die Empfängereinrichtung (16) an die Sendereinrichtung (12) koppelt und die Kopplung und dadurch auch die Signale der Empfängereinrichtung (16) abhängig sind von einer relativen Position des Zielobjekts (22) zu der Empfängereinrichtung (16),
Signale der Empfängereinrichtung (16) oder von davon abgeleiteten Signalen verstärkt werden und diese Signale synchronisiert mit dem Anregungssignal ausgewertet werden, geprüft wird, ob die ausgewerteten Signale oder Signalkombination davon oder ob einem Verstärker (36) zur Verstärkung zugeführte Signale innerhalb eines Schwellenwertbereichs (86) liegen oder nicht, und, wenn detektiert wird, dass die ausgewerteten Signale außerhalb des Schwellenwertbereichs (86) liegen, oder wenn detektiert wird, dass die dem Verstärker (36) zugeführten Signale außerhalb des Schwellenwertbereichs liegen, Überlagerungssignale (96, 100) erzeugt werden, welche Signalen der Empfängereinrichtung (16) oder davon abgeleiteten Signalen überlagert werden, wobei die Überlagerungssignale (96, 100) so gewählt werden, dass die resultierenden ausgewerteten Signale oder Signalkombinationen davon innerhalb des Schwellenwertbereichs (86) liegen oder dem Verstärker (36) zugeführte Signale innerhalb des Schwellenwertbereichs liegen.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Position des Zielobjekts (22) relativ zu der Empfängereinrichtung (16) ausgewertete Signale oder Signalkombinationen solcher Signale verwendet werden, welche innerhalb des Schwellenwertbereichs (86) liegen, wobei bestimmt wird, ob und wie oft durch Überlagerung ein Zurückschieben in den Schwellenwertbereich (86) erfolgt ist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielobjekt-Ermittlung ohne Nullregelung der ausgewerteten Signale durchführt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass Signalen der Empfängereinrichtung (16) oder davon abgeleiteten Signalen Kompensationssignale (68) überlagert werden, welche so gewählt sind, dass Eingangssignalen einer Signalauswertungseinrichtung (38) oder dem Verstärker (36) zur Verstärkung zugeführter Signale ohne Einfluss des Zielobjekts (32) innerhalb des Schwellenwertbereichs (86) liegen.
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