專(zhuān)利名稱(chēng)：感應(yīng)監(jiān)控裝置和第一線圈、第二線圈之間距離的監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控裝置，其具有在發(fā)射部分的以交流電壓運(yùn)行的第一線圈和在相對(duì)于發(fā)射部分可移動(dòng)的操作部分的與負(fù)載相連的第二線圈。在這種監(jiān)控裝置中，為了能夠在運(yùn)行中電感共同作用，第一線圈和第二線圈彼此相對(duì)對(duì)齊。因此，第一線圈和第二線圈之間的距離可以監(jiān)測(cè)。這種監(jiān)控裝置在此特別是感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)用來(lái)監(jiān)測(cè)兩個(gè)彼此相對(duì)活動(dòng)部分的相對(duì)位置，比如用于監(jiān)控危險(xiǎn)區(qū)域的通路的閉鎖。本發(fā)明還涉及監(jiān)測(cè)發(fā)射部分的第一線圈和操作部分的第二線圈之間的距離的方法，在該方法中以第一線圈建立交變磁場(chǎng)，以交變磁場(chǎng)在與負(fù)載相連的第二線圈上感應(yīng)交流電壓。
現(xiàn)有技術(shù)從EP0968567中已知一種監(jiān)測(cè)可動(dòng)的防護(hù)裝置的保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)。該保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)具有觸頭元件，其至少具有讀數(shù)磁頭。此外，它具有可相對(duì)于該讀數(shù)磁頭移動(dòng)的操作元件，其與該讀數(shù)磁頭經(jīng)過(guò)電感共同作用。該操作元件包括在存貯器中的電子編碼。該編碼唯一地識(shí)別操作元件。與讀數(shù)磁頭相接的是計(jì)算裝置。該計(jì)算裝置包括電子編碼，其至少存在于另一個(gè)存儲(chǔ)器。該編碼唯一地識(shí)別讀數(shù)磁頭或者觸頭元件。讀數(shù)磁頭在運(yùn)行中記錄在計(jì)算裝置中計(jì)算的信號(hào)。
在操作元件中提供一個(gè)線圈，該線圈與一個(gè)電容器共同構(gòu)成振蕩回路，一個(gè)IC-組件與其并聯(lián)。讀數(shù)磁頭的線圈和操作元件的線圈一起構(gòu)成耦合系數(shù)0.01-0.1的變壓器。讀數(shù)磁頭的線圈輻射磁性交變場(chǎng)，其在操作元件的線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電壓并在振蕩回路中激發(fā)振蕩。IC組件具有一個(gè)整流器，因此它可以取出振蕩回路的能量。32比特長(zhǎng)度的碼存儲(chǔ)在IC組件中。IC組件借助該碼以1比特/毫秒的速率調(diào)制振蕩回路的振幅，通過(guò)反饋到讀數(shù)磁頭的線圈上，也調(diào)制讀數(shù)磁頭的振蕩回路。這些調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)接收放大器傳導(dǎo)到微處理器上。微處理器與存儲(chǔ)的編碼比較該接收碼，在編碼一致時(shí)給繼電器一個(gè)信號(hào)來(lái)接通開(kāi)關(guān)。計(jì)算裝置用于提供計(jì)算的部分雙倍存在。
這種以及其它保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)以電感-電容-振蕩回路(LC-振蕩回路)失調(diào)原理工作。這個(gè)LC-振蕩回路在此可以被編碼或者被調(diào)制。
這種保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)此外還有這種保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)的頻率必須為KHz范圍，以便發(fā)射部和接收端的頻率協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)節(jié)約。在電容器的電容以及在線圈中的電感中存在的生產(chǎn)容許誤差約10％或者更高。這樣相同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的LC-振蕩回路的頻率取決于生產(chǎn)條件，具有相對(duì)大的差別并且依賴(lài)于溫度。這些容許誤差和隨上升頻率高度而增加的雜散電容和雜散電感的強(qiáng)度不允許，經(jīng)濟(jì)地制造具有在MHz范圍內(nèi)確定頻率的振蕩回路。
對(duì)于KHz范圍的頻率，需要大的電感和電容。為了實(shí)現(xiàn)大的電感，需要具有高導(dǎo)磁芯的線圈。結(jié)果，在兩個(gè)共同作用的線圈之間的最大距離強(qiáng)烈取決于芯的尺寸。因?yàn)檫@個(gè)芯在若干個(gè)100kHz但具有強(qiáng)的阻尼，因此，傳統(tǒng)LC-振蕩回路的頻率對(duì)于保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)相當(dāng)?shù)偷剡x擇。
從DE 102 22 186C，它的優(yōu)先權(quán)為并行的EP 1 363 400A所要求，在該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)日之后，一種保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)成為已知。這具有用于操作裝置的識(shí)別裝置，其串連到開(kāi)關(guān)裝置。保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)包括發(fā)射電磁信號(hào)的發(fā)射元件和計(jì)算電路。計(jì)算電路依賴(lài)于在接收元件上感應(yīng)的電信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)激活開(kāi)關(guān)裝置。計(jì)算裝置包括積分器和比較裝置。為了在發(fā)射后的時(shí)間間隔期間測(cè)得在接收元件中感應(yīng)的電能量，積分器與計(jì)時(shí)器連接。當(dāng)測(cè)得的能量低于或高于預(yù)定閾值時(shí)，比較裝置提供開(kāi)關(guān)信號(hào)。
因此在這種保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)中發(fā)射周期必須與接收周期交替。僅測(cè)量在接收周期內(nèi)激發(fā)接收元件的振蕩回路的返回能量。為了盡可能有效地激發(fā)在接收元件中存在的振蕩回路，操作端振蕩回路的發(fā)射功率必須足夠高，并與接收元件的振蕩回路足夠協(xié)調(diào)。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)在開(kāi)頭提及的此類(lèi)監(jiān)控裝置，其對(duì)于電容器取決于生產(chǎn)條件的電容器容許誤差和線圈取決于生產(chǎn)條件的電感容許誤差不敏感。
另外，該監(jiān)控裝置應(yīng)當(dāng)具有盡可能小的尺寸、盡可能大的作用半徑。有利地，它應(yīng)當(dāng)可以具有空氣線圈并且以MHz范圍的頻率運(yùn)行。監(jiān)控應(yīng)當(dāng)能夠在信號(hào)發(fā)射期間進(jìn)行。
發(fā)明簡(jiǎn)述根據(jù)本發(fā)明，在根據(jù)權(quán)利要求1的前序的監(jiān)控裝置通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分實(shí)現(xiàn)。提供測(cè)量發(fā)射部分的能量消耗的裝置使兩個(gè)線圈之間的頻率容差的測(cè)量距離成為可能。因此，通過(guò)在發(fā)射端測(cè)量能耗和必要時(shí)測(cè)量能耗的變化，以及通過(guò)感應(yīng)給操作部分供給能量，操作部分可以很自由地不依賴(lài)導(dǎo)線地放置。
有利的，發(fā)射部分能耗和能耗變化通過(guò)測(cè)量電阻壓降確定。這兩者也可以依據(jù)霍爾元件的霍爾電壓/霍爾電壓變化計(jì)算。在此，電阻或者霍爾元件必須在第一線圈和DC-供電源之間串聯(lián)接通。有利的是，電阻或者霍爾元件在第一線圈所屬的振蕩器和DC-供電源之間設(shè)置。
DC-供電源的特征對(duì)于實(shí)現(xiàn)能量結(jié)算必須是已知的。如果供電源不是穩(wěn)定不變的，則能量結(jié)算必須通過(guò)計(jì)算得出，其中供電源的波動(dòng)在計(jì)算中必須考慮。因此有利的是供電源穩(wěn)定不變。這使電流消耗的簡(jiǎn)單測(cè)量成為可能。恒定的DC供電源比如是恒定的直流電壓源、恒定的直流電流源或者恒定的功率源。
在根據(jù)權(quán)利要求17的前序的方法中，任務(wù)的解決相應(yīng)地通過(guò)權(quán)利要求17的特征實(shí)現(xiàn)。通過(guò)借助發(fā)射部分的能量結(jié)算對(duì)線圈相互距離的監(jiān)測(cè)，這一監(jiān)測(cè)實(shí)際上不依賴(lài)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率。然而接收機(jī)的頻率還可以包括關(guān)于在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離的附加信息。
有利的，能量結(jié)算通過(guò)測(cè)量電流消耗得出。電流消耗測(cè)量實(shí)際上可以不依賴(lài)于交變磁場(chǎng)或交流電壓的頻率。因此，電流消耗測(cè)量的不敏感性相對(duì)于在確定頻率的器件或者頻率自身的容差是很大的。
以下推導(dǎo)用作電流消耗測(cè)量的理論基礎(chǔ)1)Pzu＝Pab，即在一個(gè)閉合系統(tǒng)中(一個(gè)電路)傳給系統(tǒng)的能量(功率)與從系統(tǒng)提取的能量一樣大，2)Pab＝Pzu-Pv-電路即從系統(tǒng)或電路傳走的能量相當(dāng)于傳給的能量減去在系統(tǒng)中消耗的能量(在系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱能)此外，等式3a)、3b)和3c)成立，其中P為能量，U為電壓，I為電流，R為電阻。
3a)P＝U*I3b)P＝I2*R3c)P＝U2/R假如現(xiàn)在，(部分-)電路的工作電壓U是常數(shù)，則由公式3a)得出P＝k*(I)其中k是常數(shù)，能量消耗因此僅依賴(lài)于電流。
假如現(xiàn)在，(部分)電路的電阻R是固定的，由3b)得出P＝I2*k(能量消耗只依賴(lài)于當(dāng)前的電流)和由3c)得出P＝U2/k(能量消耗只依賴(lài)于當(dāng)前R上的壓降)。即如果理想的電阻R以理想的導(dǎo)線連接到理想的交流電源，那么在電阻上關(guān)于能源的全部實(shí)數(shù)信息是明確的，特別明確的是——曲線形式(正弦、矩形、三角等)——頻率——直流(DC)電流——交流(DC)電流對(duì)于虛數(shù)信息，比如對(duì)于無(wú)功功率計(jì)算和視在功率計(jì)算，必須附加地考慮相位。
現(xiàn)在，如果理想線圈以理想AC-功率源在理想條件下運(yùn)行，那么由此得出的矢量-磁場(chǎng)的總和又是與源功率相乘的復(fù)合函數(shù)。即如果在緊靠線圈周?chē)啡ビ行Чβ驶蛱峁└郊庸β?，那么這些也可以在DC-供電源中看到。視DC-供電源(恒定電流，恒定電壓，恒定功率)的類(lèi)型而定，可以選擇或者由電流，或者由電壓，或者由二者結(jié)合來(lái)撤去功率。
如果現(xiàn)在線圈經(jīng)過(guò)電阻連接在固定調(diào)整的供電源上，那么就可以單獨(dú)通過(guò)電阻上的壓降，進(jìn)行當(dāng)前有效功率的計(jì)算(對(duì)照公式3C)。當(dāng)前壓降(UMess)在此相當(dāng)于電路自身全部電流，以及作為附加能量改變的結(jié)果的附加產(chǎn)生的電流的總和，該附加能量改變以某種方式在電路中產(chǎn)生。
通過(guò)從線圈提取磁場(chǎng)能量或者經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)輸送附加能量，產(chǎn)生能量變化(dP/dt)。這個(gè)效應(yīng)用來(lái)確定兩個(gè)或多個(gè)線圈相互的距離或者位置。兩個(gè)線圈彼此的距離越大，相對(duì)耦合越差。因此反過(guò)來(lái)從耦合系數(shù)的測(cè)量可得出關(guān)于兩個(gè)線圈彼此的距離的描述?，F(xiàn)在，如果固定的負(fù)載連接在接收線圈上，那么通過(guò)發(fā)射端能量消耗，可以確定第二線圈的距離不依賴(lài)于能量傳輸?shù)念l率。這是由于作為距離的函數(shù)而變化的線圈的耦合是可能的。
為了利用對(duì)于監(jiān)控裝置的規(guī)律性，只需要兩個(gè)線圈、一個(gè)電阻、一個(gè)AC-源和一個(gè)負(fù)載。兩個(gè)線圈中的一個(gè)用作能量發(fā)射器并以一個(gè)電阻連接到AC-源上，另一個(gè)線圈比如與歐姆負(fù)載一起用作耗能器。
對(duì)于一個(gè)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的保護(hù)線路必須能夠杜絕，在第一線圈中測(cè)量的能量變化具有第二線圈的影響之外的其它原因。然而卻不能用后一個(gè)可靠性排除，其它東西和材料也可以具有特性，其相似于上述很簡(jiǎn)單的負(fù)載的特性。因此，有利地，對(duì)于安全應(yīng)用電路以附加電路來(lái)擴(kuò)充，這樣的附加電路可以或者在接收器中和/或在發(fā)射器中起作用。
對(duì)于安全識(shí)別，在發(fā)射端使用變化的發(fā)射級(jí)可以幫助獲得來(lái)自處于目標(biāo)物附近的精確信息。發(fā)射級(jí)的變化可以由改變發(fā)射功率、頻率和/或相位實(shí)現(xiàn)。發(fā)射級(jí)的變化附加地或可選地也可以通過(guò)調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于安全識(shí)別，接收端可以改變負(fù)載比例。為此，不需要能量從操作元件返回到發(fā)射/接收元件。能量也可以以第二線圈返回傳送到第一線圈上。二者也可以同時(shí)進(jìn)行。
隨后借助發(fā)射端上的附加電路部分，由操作部分引起的能量變化可以唯一地判斷并且可以從其它引起的能量變化區(qū)別。
以此種方式也可以實(shí)際防止，由其它可發(fā)射電路引起的外部場(chǎng)在發(fā)射端引起能量變化，其與由操作部分引起的能量變化不可區(qū)分。
為了降低基于這樣的外部場(chǎng)的錯(cuò)誤探測(cè)的概率，可以有利地把電路部分在發(fā)射部分反復(fù)接通和斷開(kāi)。由此錯(cuò)誤運(yùn)行和非錯(cuò)誤運(yùn)行交替模擬。監(jiān)控錯(cuò)誤運(yùn)行和非錯(cuò)誤運(yùn)行的周期交替，僅把偏離預(yù)定周期作為錯(cuò)誤顯示。如果現(xiàn)在當(dāng)故意接通錯(cuò)誤運(yùn)行期間，確定非錯(cuò)誤，則在發(fā)射部分引起相應(yīng)非錯(cuò)誤運(yùn)行的能量變化的外部場(chǎng)閉合?，F(xiàn)在，通過(guò)一個(gè)邏輯電路顯示外部場(chǎng)存在。因此，以該邏輯電路不僅在錯(cuò)誤運(yùn)行期間在一個(gè)信號(hào)存在時(shí)，而且在非錯(cuò)誤運(yùn)行期間該信號(hào)空缺時(shí)，監(jiān)控裝置輸出信號(hào)這樣接通，使其相應(yīng)于一個(gè)錯(cuò)誤。因此在兩種情形比如關(guān)掉被保護(hù)的機(jī)器或者觸發(fā)報(bào)警。
為提高可靠性，除了能量測(cè)量，可以進(jìn)行電壓和電流之間的相位測(cè)量。
操作部分根據(jù)它在發(fā)射部分的影響的識(shí)別，因此在安全應(yīng)用時(shí)有利的由能量測(cè)量結(jié)合信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處理可以借助硬件方案和/或軟件方案實(shí)現(xiàn)。除了特定的應(yīng)用，硬件方案比軟件解決好因?yàn)閷?duì)于編程和軟件方案的許可的費(fèi)用相對(duì)高。
然而為了在同類(lèi)操作部分中實(shí)現(xiàn)單個(gè)操作部分的唯一識(shí)別，任一操作部分的特征能量控制必須在安裝的發(fā)射部分已知。這具有終端產(chǎn)品的花費(fèi)上升的結(jié)果，除非為可靠防止失竊，幾乎不能預(yù)期。這種監(jiān)控裝置，在其中對(duì)唯一的操作部分調(diào)整發(fā)射部分，也不允許以一個(gè)發(fā)射端識(shí)別不同接收機(jī)的多個(gè)同樣的安全位置。
在一個(gè)有利的硬件方案中，操作部分的振蕩回路以與發(fā)射部分的發(fā)射頻率相距甚遠(yuǎn)的頻率發(fā)射。然后在發(fā)射部分可以借助最簡(jiǎn)單的裝置進(jìn)行頻率濾波并區(qū)分。可以用其進(jìn)行功率測(cè)量分析的最簡(jiǎn)單的解碼器由一個(gè)電阻器和后隨的模擬和/或數(shù)字濾波器和/或一個(gè)差分器構(gòu)成。
錯(cuò)誤/非錯(cuò)誤功能的控制可以從發(fā)射部分在位置上分開(kāi)。然而當(dāng)空間位置允許時(shí)，用于完全控制和監(jiān)控功能的部分也可以裝入發(fā)射部分。
然而有利的，至少發(fā)射機(jī)的基本組件，特別是振蕩器、電流測(cè)量和信號(hào)計(jì)算，直接在發(fā)射部分安放。有利地，發(fā)射部分具有振蕩器、至少一個(gè)快速轉(zhuǎn)換元件、移相環(huán)節(jié)、線圈和DC源的接線端。
所有電路部分在測(cè)量環(huán)路串聯(lián)，用于提高監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠性。因此可以簡(jiǎn)單地識(shí)別一個(gè)或若干個(gè)同時(shí)錯(cuò)誤作用的電路部分。
為了達(dá)到最大測(cè)量距離，頻率以及線圈直徑必須選擇盡可能大。而為了最小化，線圈直徑盡可能小。頻率選擇得越高，可選的線圈直徑就越小，合適的頻率在1MHz以上，特別優(yōu)選地，頻率在3-10MHz范圍(取決于線圈數(shù)據(jù))。頻率在1MHz以上或者相應(yīng)短的接通時(shí)間允許使用空氣線圈。
為了得到簡(jiǎn)單高功率的發(fā)射機(jī)，有利地，振蕩器建立自由振蕩，并接到一個(gè)線圈的兩個(gè)相反纏繞的繞組上。這允許以振蕩器必需的相旋，在線圈中心場(chǎng)增強(qiáng)并因此實(shí)現(xiàn)作用半徑的增大。為使線圈的反向纏繞的繞組盡可能同樣強(qiáng)地作用，雙線纏繞的線圈采用兩個(gè)并列或者彼此前后設(shè)置。有利的，兩個(gè)繞組與歸屬兩個(gè)繞組的MOSFET元件一起起構(gòu)成振蕩器。
發(fā)射端發(fā)射的能量由線圈在接收部分接收、整流并在電容器或者在電池中存儲(chǔ)。蓄能器給電路供電，其可以控制當(dāng)時(shí)的能量消耗。因?yàn)樵撃芰孔兓陨磉€以在發(fā)射部分中的功率消耗的變化可以被察覺(jué)，并且在那兒這一功率消耗應(yīng)該盡可能唯一地測(cè)量，因此這一變化必須盡可能大是有利的。然而因?yàn)楦叩墓β氏臅?huì)引起小的可能的測(cè)量距離的結(jié)果，因此有利地，存儲(chǔ)的能量在發(fā)射部分不簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化為熱量。通過(guò)把存儲(chǔ)的能量或者其中一部分發(fā)射返回接收機(jī)，可以在其內(nèi)唯一地識(shí)別由操作部分引起的能量消耗起伏的作用半徑會(huì)變高。通過(guò)返回發(fā)射接收能量的一部分，使得在發(fā)射部分中能量結(jié)算的較大變化成為可能。為此在操作部分的電路中只需要另一個(gè)二極管，一個(gè)開(kāi)關(guān)元件和一個(gè)開(kāi)關(guān)控制器。
在發(fā)射部分必須從當(dāng)前功率測(cè)量中減去正常損耗，并且功率測(cè)量的結(jié)果為附加信息被進(jìn)一步處理。這可以借助一個(gè)適配的差分器，以硬件和/或軟件實(shí)現(xiàn)。
監(jiān)測(cè)裝置，其不依賴(lài)于該監(jiān)測(cè)裝置工作所需要的監(jiān)測(cè)技術(shù)而具有小的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和好的作用半徑，具有以下特征能量供給源上的電接線端、DC-供電源、由DC-供電源供電的AC-源、與AC-源相連的第一線圈和與負(fù)載相連的第二線圈。第一線圈是第一振蕩回路的一部分并設(shè)置在發(fā)射部分中。第二線圈設(shè)置在相對(duì)于發(fā)射部分可移動(dòng)的操作部分中。第一線圈具有兩個(gè)反向纏繞的繞組。有利的，這些繞組與兩個(gè)歸屬所述繞組的MOSFET元件一起構(gòu)成振蕩器。優(yōu)選反向纏繞的繞組是雙線纏繞的線圈繞組。優(yōu)選該線圈是空氣線圈。它的工作頻率最好在MHz范圍。


根據(jù)附圖將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，圖為圖1是根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控裝置的基本組成部分的簡(jiǎn)單示意圖；圖2是發(fā)射部分的適合的電路圖；圖3是操作部分的簡(jiǎn)單電路圖；圖4是操作部分的改進(jìn)電路圖；圖5-7表示用于蓄能器的充電(圖5)、發(fā)送(圖6)和放電(圖7)的不同電流回路；圖8表示帶有集成脈沖發(fā)生和發(fā)射信號(hào)的編碼的操作部分的電路圖；圖9表示根據(jù)圖2的發(fā)射部分的電路圖，然而帶有壓控電流源；圖10表示帶有編碼器不帶有脈沖產(chǎn)生的操作部分的電路圖。
實(shí)施例描述在圖1中圖示的監(jiān)控裝置11具有通過(guò)氣縫14彼此隔開(kāi)的發(fā)射部分13和操作部分15。帶有DC供電源的供電部分和帶有計(jì)算電子電路的計(jì)算部分存在但未表示。氣縫14是發(fā)射部分13的第一線圈16和操作部分15的第二線圈19之間的距離。在示出的最簡(jiǎn)單實(shí)施例中，操作部分包括其上連接歐姆負(fù)載21的第二線圈19。發(fā)射部分13具有連接在線圈上的振蕩器23，能量測(cè)量裝置25和連接到DC-供電源上的接線29，31，以及能量測(cè)量裝置25連接到圖中未示出的計(jì)算電子電路上的接線27。
對(duì)于監(jiān)控裝置的運(yùn)行，發(fā)射部分13必須以接線31和29連接到DC-供電源上，以接線27連接到計(jì)算電子電路上。振蕩器23激發(fā)在第一線圈16中形成交變磁場(chǎng)的交流電壓。該交變磁場(chǎng)在第二線圈19中引起交流電壓。該交流電壓承受歐姆負(fù)載21的負(fù)載。由此，電能轉(zhuǎn)換成熱能，這樣不再提供給系統(tǒng)。發(fā)射部分13中的能量消耗用能量測(cè)量裝置25測(cè)得。測(cè)得值可以借助計(jì)算電子電路計(jì)算。計(jì)算電子電路可以區(qū)分由操作部分的附近出現(xiàn)的能量消耗是否達(dá)到典型的能量消耗。此外，計(jì)算電子電路可以區(qū)分較大的和較小的氣縫。
在圖2中所示電路圖表示發(fā)射部分13的電路。發(fā)射部分13以電源引入裝置(DC-供電源)33連接到24V供能源上。電源引入裝置經(jīng)過(guò)導(dǎo)線31給所述電路供電，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線35給計(jì)算電子電路37供應(yīng)必要的能量。發(fā)射部分13的電路包括振蕩器23和與之接上的第一線圈16。振蕩器23與第一線圈16的兩個(gè)反相纏繞的繞組共同產(chǎn)生兩個(gè)反向的交流電壓。由此，可以借助振蕩器23的同一功率達(dá)到相對(duì)于簡(jiǎn)單纏繞的線圈的實(shí)際兩倍磁場(chǎng)強(qiáng)度。
此外，根據(jù)圖2的發(fā)射部分13具有能量測(cè)量裝置25。這個(gè)裝置包括在DC-供電源和振蕩器23之間串聯(lián)的電阻39和信號(hào)準(zhǔn)備裝置41，其量取電阻39前和后電壓。從兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的電壓差推測(cè)負(fù)載從電路提取的能量。
計(jì)算電子電路37具有信號(hào)計(jì)算組件43，在其中計(jì)算來(lái)自信號(hào)準(zhǔn)備裝置41的信號(hào)，這個(gè)組件43通過(guò)微處理器47控制初始行為并識(shí)別錯(cuò)誤。它將錯(cuò)誤消息(錯(cuò)誤E1和無(wú)錯(cuò)誤/E1)導(dǎo)向兩個(gè)不同的與邏輯組件45、46。微處理器47處理由信號(hào)計(jì)算組件43傳入的信號(hào)。微處理器47基于它的信號(hào)分析作出判斷并輸出錯(cuò)誤信號(hào)E2。在編碼的接收器情況下，微處理器也包括解碼器。它控制初始測(cè)試和運(yùn)行測(cè)試，當(dāng)已這樣裝置時(shí)。它產(chǎn)生就緒信號(hào)/E2。必要時(shí)，微處理器47給輸出端49和51發(fā)出脈沖。它通過(guò)釋放(脫開(kāi))邏輯53和電流開(kāi)關(guān)55接通或斷開(kāi)振蕩器23。由信號(hào)計(jì)算組件43和由微處理器47輸出的錯(cuò)誤信號(hào)E1和E2在與邏輯46中匯總為計(jì)算電子電路37的錯(cuò)誤信號(hào)，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)57接通到輸出端49。
信號(hào)計(jì)算組件43或者微處理器47的信號(hào)“非錯(cuò)”/E1和運(yùn)行準(zhǔn)備就緒/E2在與邏輯45中匯總，其經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)59接通“非錯(cuò)信號(hào)”到輸出端51。可選擇地，可以提供到微處理器的測(cè)試輸入端61。
在圖3中所示的操作部分15的簡(jiǎn)單電路包括第二線圈19，負(fù)載電阻21，電容器63，開(kāi)關(guān)65和二極管67。線圈19，二極管67和電容器63構(gòu)成帶有整流器和蓄能器的網(wǎng)路部分。在電容器63中儲(chǔ)存的能量可以比如經(jīng)過(guò)電阻21被周期地放電。由此形成典型的負(fù)載模式。
在圖4所示電路里具有一個(gè)發(fā)射回路，兩個(gè)充電回路和一個(gè)放電回路，線圈19與二極管67、68和電容器63、64中各一個(gè)一起構(gòu)成在交流電壓的兩個(gè)方向上整流的充電回路(圖5)。以第三二極管69、開(kāi)關(guān)66、一個(gè)電容器64和線圈19構(gòu)成發(fā)射回路(圖6)。以第二開(kāi)關(guān)65、負(fù)載電阻21和兩個(gè)電容器63、64構(gòu)成放電回路(圖7)，兩個(gè)電容器63、64和二極管67、68一起構(gòu)成二極管整流器71。
操作部分13的優(yōu)選電路圖在圖8中展示。這具有連接到二極管整流器71上的線圈19作為基本裝置。二極管整流器71在此構(gòu)成給兩個(gè)電流源73、74充電的網(wǎng)絡(luò)部分。電流源73、74保障對(duì)能量的均勻可用性。電流源73用來(lái)給微處理器或者邏輯組件供電并與限壓裝置75和蓄能器77相連。第二電流源74與電容器79一起作為鋸齒波發(fā)生器工作。第二電流源74和鋸齒波電容器一同構(gòu)成確定充電時(shí)間的時(shí)間常數(shù)T1。鋸齒波電容器79與放電電阻21一同形成放電時(shí)間的第二時(shí)間常數(shù)T2。以分壓器和信號(hào)放大器81和施密特觸發(fā)器或者比較器83以一定頻率操作開(kāi)關(guān)66。閉合開(kāi)關(guān)的情況下，發(fā)射回路接通，線圈19形成磁場(chǎng)。借助編碼器85可以調(diào)制電壓、電流或者功率并由此調(diào)制這一磁場(chǎng)。如所述，編碼和接通頻率可以結(jié)合起來(lái)。操作部分也可以沒(méi)有鋸齒波電容器而僅具有帶有產(chǎn)生脈沖的所屬組件的編碼器，所以該特征僅僅按軟件執(zhí)行。但是也可以反過(guò)來(lái)該特征僅按硬件執(zhí)行。此時(shí)操作部分不需要編碼器85。
所以，根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控裝置11是感應(yīng)(安全-)接近開(kāi)關(guān)。它按如下進(jìn)行以在發(fā)射部分13的空氣線圈16在測(cè)量方向中形成高頻電磁場(chǎng)(約3-4MHz)。該電磁交變場(chǎng)由設(shè)置在發(fā)射部分13附近的操作部分15接收。
依賴(lài)距離的來(lái)自一個(gè)或多個(gè)接收線圈19的能量在操作部分15中整流，并儲(chǔ)存在電容器63、64、79之一中。儲(chǔ)能的一部分可以在需要時(shí)回送到發(fā)射部分13或者簡(jiǎn)單地消耗。電壓并從而電容器儲(chǔ)存的能量取決于當(dāng)時(shí)兩個(gè)線圈16、19彼此的耦合度。
當(dāng)鐵磁材料插入發(fā)射場(chǎng)，它改變磁力回路。此外在材料中生成渦流損耗，因此從發(fā)射部分13的振蕩回路提取能量。通過(guò)該效應(yīng)，發(fā)射部分的電能消耗相對(duì)于以未阻尼的發(fā)射部分的振蕩回路的運(yùn)行發(fā)生改變。但這一改變明顯地不同于當(dāng)借助該場(chǎng)給磁性耦合的電子負(fù)載(在操作部分)供電時(shí)出現(xiàn)的變化。
發(fā)射功率的變化可被識(shí)別并且與閾值比較，取決于比較結(jié)果一個(gè)或多個(gè)輸出端49、51在激活或者鈍態(tài)之間切換。
在圖9中所示的發(fā)射部分13的電路相應(yīng)于根據(jù)圖2的所有電路部分，但是附加地具有壓控電流源97。對(duì)于電流調(diào)節(jié)回路，這個(gè)電流源97利用在已經(jīng)存在的測(cè)量電阻39上的壓降。由此，它有能力補(bǔ)償依賴(lài)于溫度的電阻變化(比如，發(fā)射線圈的R-銅絲)。壓控電流源97接在振蕩器23之前。
代替根據(jù)圖8的電路中的電流源和分立器件，在圖10中所示的操作部分15的電路只具有網(wǎng)路部分71、編碼器85、開(kāi)關(guān)93和經(jīng)過(guò)二極管95的負(fù)載線路/能量返回線路。
綜上所述，在根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)監(jiān)控裝置11中可以以發(fā)射部分13中的第一氣體線圈16在測(cè)量方向產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)(約3MHz)，其在操作部分15的第二線圈感應(yīng)交流電壓。
依賴(lài)于距離的來(lái)自接收的第二線圈19的能量在操作部分15中整流，并且比如在電容器中存儲(chǔ)。儲(chǔ)能可以比如部分返回發(fā)射部分13或者以負(fù)載21簡(jiǎn)單消耗(在圖3-7中負(fù)載圖解為歐姆負(fù)載)當(dāng)以電磁交變場(chǎng)激發(fā)磁耦合電子負(fù)載，比如發(fā)射器或者歐姆負(fù)載時(shí)，這使發(fā)射部分13的能耗改變。發(fā)射功率的這種變化(dP/dt)可被識(shí)別，并與閾值比較。取決于比較結(jié)果，監(jiān)控裝置11的至少一個(gè)輸出端在激活或者鈍態(tài)之間被切換。
參考符號(hào)11，感應(yīng)監(jiān)控裝置，由發(fā)射部分13和操作部分15構(gòu)成13，帶有第一線圈16的發(fā)射部分15，帶有第二線圈19的操作部分
16，第一線圈，特別是空氣線圈17，18，兩個(gè)反向纏繞并連接的線圈16的繞組，用于發(fā)射和接收，特別是雙線纏繞的繞組19，操作部分15的第二線圈，特別是空氣線圈，用于接收以及一旦必要用于發(fā)射21，負(fù)載電阻23，與兩個(gè)線圈結(jié)合的自由振蕩的振蕩器，它由網(wǎng)絡(luò)部分供電25，能量測(cè)量裝置，優(yōu)選具有電流測(cè)量電阻39、信號(hào)濾波器和差分放大器4127，電流測(cè)量裝置的輸出29，31，發(fā)射部分到直流電源的接線33，網(wǎng)絡(luò)部分(DC-供電源)由外部的供能源(在根據(jù)圖2的例子中為24VDC)供電。它給振蕩器供電，并為邏輯提供電能。
35，網(wǎng)絡(luò)部分輸出，用于給邏輯組件供電37，計(jì)算電子電路39，電流測(cè)量電阻(用于能量裝置檢測(cè))41，信號(hào)濾波器和放大器(多級(jí)AC-耦合濾波器，帶有不同級(jí)聯(lián)的放大級(jí))43模擬/數(shù)字信號(hào)計(jì)算1，-電源-上邏輯(啟動(dòng)行為)-自律模擬/數(shù)字信號(hào)計(jì)算用于錯(cuò)誤識(shí)別和轉(zhuǎn)送(E1和/E1)45，與邏輯1，它連接兩個(gè)信號(hào)計(jì)算設(shè)備(43，47)的兩個(gè)信號(hào)“非錯(cuò)”/E1和“就緒”/E2，46，與邏輯2，其由兩個(gè)產(chǎn)生的信號(hào)(E1和E2)之一產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)47，微處理器信號(hào)計(jì)算器2-振蕩器控制(On/Off)-信號(hào)分析和判定-用于編碼接收器的解碼器-啟動(dòng)測(cè)試和運(yùn)行測(cè)試-錯(cuò)誤產(chǎn)生(E2)-就緒產(chǎn)生(/E2)
-附加的輸出脈沖49，連到顯示設(shè)備的輸出端，51，連到顯示設(shè)備的輸出端53，用于發(fā)射振蕩器的接通的釋放邏輯55，接通和斷開(kāi)振蕩器的發(fā)射振蕩器的電流開(kāi)關(guān)，57，電流開(kāi)關(guān)1，其小于產(chǎn)生的“錯(cuò)誤-信號(hào)”轉(zhuǎn)送到顯示設(shè)備或輸出設(shè)備，59，電流開(kāi)關(guān)2，其將產(chǎn)生“非錯(cuò)誤-信號(hào)”轉(zhuǎn)送到顯示設(shè)備或輸出設(shè)備，61，測(cè)試輸入端63，64，一旦必要整流器71的電容器65，66，放電回路和發(fā)射回路的開(kāi)關(guān)67，68，一旦必要整流器71的二極管69，用于發(fā)射回路的二極管71，網(wǎng)絡(luò)部分和儲(chǔ)能器1(帶有2個(gè)電容器的二極管整流器)73，用于給邏輯組件供電的電流源1，74用于鋸齒波電容器充電的電流源275，限壓裝置(Vcc)77，儲(chǔ)能器279，鋸齒波充電電容器(與電流源74共同構(gòu)成固有的時(shí)間常數(shù)T1)81，分壓器和信號(hào)放大器83，施密特觸發(fā)器或者比較器85，編碼器(可以附加編碼或者也可以沒(méi)有鋸齒波獨(dú)立運(yùn)行)87，邏輯與電路(脈沖和編碼器)與方式可以選擇89，充電截止-二極管和放電限壓器91，放電電阻(在圖8中與鋸齒波電容器一起構(gòu)成時(shí)間常數(shù)T2)93，電流開(kāi)關(guān)用于鋸齒波發(fā)生器的放電，用于部分能反饋到發(fā)射部分95，電壓隔離二極管其隔離電流開(kāi)關(guān)(用于阻止負(fù)的電壓過(guò)振蕩)97，壓控電流源
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控裝置(11)，帶有連接到能量供給源上的電接線、DC-供電源(33)、由DC-供電源(33)供電的AC-源(23)，與AC-源(23)相連的第一線圈(16)和與負(fù)載(比如21)相連的第二線圈(19)，第一線圈(16)是振蕩回路的一部分并在發(fā)射部分(13)中設(shè)置，第二線圈(19)設(shè)置在可相對(duì)于發(fā)射部分(13)移動(dòng)的操作部分(15)中，其特征在于裝置(25)用來(lái)測(cè)量發(fā)射部分(13)的能量消耗，裝置(25)接在DC-供電源(33)之前，集成在DC-供電源(33)中和/或在DC-供電源(33)和第一線圈(16)之間設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的監(jiān)控裝置，其特征在于，測(cè)量發(fā)射部分(13)的能量消耗的裝置(25)測(cè)量發(fā)射部分(13)的能量消耗變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的監(jiān)控裝置，其特征在于，DC-供電源(33)是固定不變的，用于測(cè)量能量消耗的裝置(25)集成在DC-供電源(33)中和/或在DC-供電源(33)和第一線圈(16)之間設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，線圈(16、19)是空氣線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，AC-源是一個(gè)連接第一線圈(16)的繞組(17)或者多個(gè)繞組(17、18)的振蕩器(23)，有利地，振蕩器(23)設(shè)置在發(fā)射部分(13)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，電阻(39)串聯(lián)設(shè)置在第一線圈(16)和DC-供電源(33)之間，以測(cè)量能量消耗的裝置(25)測(cè)量壓降特別在電阻(39)上的壓降變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的監(jiān)控裝置，其特征在于，霍爾元件(39)串聯(lián)設(shè)置在第一線圈(16)和DC-供電源(33)之間，以測(cè)量能量消耗的裝置(25)測(cè)量霍爾電壓，特別是霍爾電壓變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，電阻(39)或霍爾元件設(shè)置在DC-供電源(33)和AC-源(23)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，第一線圈(16)具有兩個(gè)繞組(17、18)，其反向連接在振蕩器(23)的兩個(gè)彼此相反的輸出端上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的監(jiān)控裝置，其特征在于，第一線圈(16)的兩個(gè)繞組(17、18)與歸屬兩個(gè)繞組(17、18)的MOSFET-元件共同構(gòu)成振蕩器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的監(jiān)控裝置，其特征在于，第一線圈(16)是雙線纏繞的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，負(fù)載(如21、91、19)是隨時(shí)間變化的負(fù)載。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，第二線圈(19)連接到可以用在第二線圈(16)中感生的電壓充電的供電源(63、64、71)上，通過(guò)它構(gòu)成一個(gè)為在第二線圈(19)中建立磁場(chǎng)的作為發(fā)射機(jī)起作用的第二振蕩回路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的監(jiān)控裝置，其特征在于，第一線圈(16)的交變磁場(chǎng)的頻率和第二線圈(19)的磁場(chǎng)頻率不同，優(yōu)選地，具有大的頻率間隔，特別優(yōu)選地，差十到數(shù)十。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，第一線圈(16)的頻率大于1MHz，優(yōu)選地，為幾MHz。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中之一的監(jiān)控裝置，其特征在于，為了發(fā)射機(jī)的功率測(cè)量分析使用一個(gè)電阻后接一個(gè)或多個(gè)模擬和/或數(shù)字濾波器和/或一個(gè)差分器。
17.監(jiān)控發(fā)射部分(13)的第一線圈(16)和操作部分(15)的第二線圈(19)之間的距離的方法，其中，以第一線圈(16)建立交變磁場(chǎng)，以該交變磁場(chǎng)在與負(fù)載相連的第二線圈(19)中感應(yīng)交流電壓，其特征在于，線圈(16、19)的相互距離借助發(fā)射部分(13)的能量結(jié)算在交變磁場(chǎng)建立期間監(jiān)控。
18.一種監(jiān)控裝置(11)，帶有連接到能量供給源上的電接線、DC-供電源(33)、由DC-供電源(33)供電的AC-源(23)，與AC-源(23)相連的第一線圈(16)和與負(fù)載(比如21)相連的第二線圈(19)，第一線圈(16)是第一振蕩回路的一部分并在發(fā)射部分(13)中設(shè)置，第二線圈(19)設(shè)置在可相對(duì)于發(fā)射部分(13)移動(dòng)的操作部分(15)中，其特征在于，第一線圈(16)具有兩個(gè)反向纏繞的繞組(17、18)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的監(jiān)控裝置，其特征在于，第一線圈(16)的兩個(gè)反向纏繞的繞組(17、18)與兩個(gè)歸屬繞組(17、18)的MOSFET元件一起構(gòu)成振蕩器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19的監(jiān)控裝置，其特征在于，第一線圈(16)是雙線纏繞的空氣線圈。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)監(jiān)控裝置(11)中，可以用發(fā)射部分(13)的第一線圈(16)在測(cè)量方向建立高頻(約3MHz)電磁場(chǎng)，其在操作部分(15)的第二線圈(19)中感應(yīng)交流電壓。依賴(lài)于距離的來(lái)自接收的第二線圈(19)的能量在操作部分(15)中整流，并且比如在電容器中存儲(chǔ)。所儲(chǔ)能量可以比如部分返回發(fā)射部分(13)或者以負(fù)載(21)簡(jiǎn)單消耗(在圖3－7中負(fù)載圖解為歐姆負(fù)載)。當(dāng)以電磁交變場(chǎng)激發(fā)磁耦合電子負(fù)載，比如發(fā)射器或者歐姆負(fù)載時(shí)，這使發(fā)射部分(13)的能耗改變。發(fā)射功率的變化(dP/dt)可以識(shí)別，并與一個(gè)閾值比較。取決于比較結(jié)果監(jiān)控裝置(11)的至少一個(gè)輸出端在激活或者鈍態(tài)之間切換。
文檔編號(hào)H03K17/95GK1534871SQ200410043048
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
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