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DE19701260C2 - Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln, bei dem die Erkennungsschwellenwerte periodisch an die sich verändernden Amplituden des Magnetfeldes angepaßt werden - Google Patents

Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln, bei dem die Erkennungsschwellenwerte periodisch an die sich verändernden Amplituden des Magnetfeldes angepaßt werden

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DE19701260C2
DE19701260C2 DE19701260A DE19701260A DE19701260C2 DE 19701260 C2 DE19701260 C2 DE 19701260C2 DE 19701260 A DE19701260 A DE 19701260A DE 19701260 A DE19701260 A DE 19701260A DE 19701260 C2 DE19701260 C2 DE 19701260C2
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sig
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update time
generating
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Ravi Vig
P Karl Scheller
Jay M Towne
Teri L Tu
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Allegro Microsystems Inc
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Description

Die Erfindung betrifft einen Annäherungsdetektor und bezieht sich insbesondere auf einen Hall-Wandler für eisenhaltige Zahnradzähne oder auf andere Magnetfeld/Spannungs-Wandler zur Erkennung der ansteigenden und abfallenden Flanken des Zahnes eines eisenhaltigen Zahnrades, das in der Nähe rotiert oder auf andere magnetische Artikel und betrifft noch spezieller einen derartigen Hall-Sensor mit Erkennungschwellwerten, die an die Amplitude der Hallspannung von Spitze zu Spitze angepaßt sind.
Der Begriff "magnetisch" wird hier im Zusammenhang mit magnetischen Körpern, eisenhaltigen Körpern und anderen Körpern mit einem geringen magnetischen Widerstand verwendet, die eine Änderung des magnetischen Umgebungsfeldes bewirken.
In dem am 15. August 1995 erteilten Patent US-5,442,283 ist ein flankenaktivierter Hallspannungssensor beschrieben, der zur Erkennung der ansteigenden und abfallenden Flanke eines Zahnradzahnes dient, wobei der Sensor einen Schaltkreis umfaßt, der eine Flanke der Hallspannung erfaßt und die nachfolgende Spitzenspannung kurz hält, bevor ein Impulssignal erzeugt wird, das den Beginn der folgenden Hallspannungsflanke mit der entgegengesetzten Richtung anzeigt. Der Hallspannungshalteschaltkreis weist einen Kondensator und eine Schaltkreiseinrichtung zum kontrollierten Ableiten der Ladung aus oder in den Kondensator auf, um eine falsche Auslösung eines Komparators zu verhindern, der das Impulsausgangssignal erzeugt. Daher hat die Haltespannung des Kondensators einen Abfall, der zu einem wachsenden Verlust der Haltegenauigkeit führt, wenn die Geschwindigkeit der passierenden Zahnradzähne geringer wird und der Detektor hat folglich eine kleinste Zahnradzahngeschwindigkeit, bei der eine genaue Erkennung möglich ist. Die Schwankungen des magnetischen Umgebungsfeldes und die entsprechenden Veränderungen der Wandlerspannung, die auf das Vorbeiführen der magnetischen Artikel zurückzuführen sind, neigen dazu, sich zu verändern. Die meisten von diesen bekannten Annäherungsdetektoren erzeugen eine hohe binäre Ausgangsspannung, die die Annäherung eines sich bewegenden Artikels anzeigt und erzeugen eine niedrige binäre Spannung, wenn der Artikel sich von dem Detektor entfernt.
Der Übergang der Detektorausgangsspannung von niedrig auf hoch wird im allgemeinen durch einen Komparator getriggert, der feststellt, wenn die Wandlerspannung eine feste interne Schwellenwertreferenzspannung erreicht oder der im Falle des oben beschriebenen flankenaktivierten Sensors feststellt, wenn eine Wandlerspannungsspitze gerade aufgetreten ist und die Signalspannung auf eine vorbestimmte inkrementale Spannung von dem Spitzenwert abfällt.
Diese Annäherungsdetektoren nach dem Stand der Technik, die feste Schwellenwertspannungen haben, erzeugen eine niedrige bis hohe (oder hohe bis niedrige) Ausgangsspannung, die verschiedenen Stellen in der Wellenform der Wandlerspannung entspricht, wenn Veränderungen in der Amplitude der Wandlerspannung auftreten.
Die Ursachen von derartigen Veränderungen in der Amplitude der Wandlerspannungen sind vielfältig. So können z. B. die Zahnradzähne (Artikel) unterschiedliche ferromagnetische Eigenschaften von Zahn zu Zahn und wellenförmige Veränderungen von den Zahnradzahnfreiräumen (Luftspalt) zu dem Detektor haben, die auf eine Exzentrizität des Zahrades zurückzuführen sind. Auch Temperaturschwankungen können zu Veränderungen der Luftspaltabmessungen und der Empfindlichkeit des Wandlers und des Wandlerspannungsverstärkers führen. Darüber hinaus umfaßt der Magnetfeld/Spannungs-Wandler in einem Annäherungsdetektor im allgemeinen eine interne Offset-Gleichspannung, die infolge von mechanischen Beanspruchungen und Temperaturschwankungen variiert.
Derartige Veränderungen der Wandlerspannung verursachen daher Verschiebungen in dem zeitlichen Ablauf der Näherungserkennung in bezug auf die tatsächlichen Distanzen der ankommenden und weggehenden Artikel, wo die Wandlerspannung die festen Schwellenwerte über- oder unterschreiten. Dies führt zu einem Verlust der Genauigkeit bei der Näherungserkennung, was insbesondere dann immer weniger tolerierbar ist, wenn dies für die Erkennung der Drehstellung eines Zahnrades durch die Erfassung der Annäherung der Zahnradzähne Verwendung findet.
Aus der DE-A 39 26 617 ist eine Drehzahlmeßvorrichtung ersichtlich. Bei dieser schaltet, wenn die Signalspannung von dem magnetischen Feldwandler größer als eine erste Referenzspannung ist, der Ausgang eines Komperators von einer ersten zu einer weiteren Binärspannung, um eine Zustandsänderung in einem Flipflop zu triggern. Wenn ferner die Signalspannung von dem magnetischen Feldwandler kleiner als eine zweite Referenzspannung ist, so schaltet der Ausgangskomparator von einer auf eine andere Binärspannung, um erneut eine Zustandsänderung in dem Flipflop zu triggern. Es liefert jedoch eine Digital/Analog-Wandler ein Analogsignal entsprechend der jüngsten positiven Spannungsspitze und der sodann folgenden negativen Spannungsspitze von der Signalspannung. Um die Referenzspannung am positiven Eingang des Komparators vorzugeben, wird eine feste Gleichspannung zu dem analogen Signal des Digital/Analog-Wandlers hinzuaddiert. Um die Referenzspannung in dem negativen Eingang des Komparators vorzugeben, wird eine feste Gleichspannung von dem analogen Signal des Digital/Analog-Wandlers subtrahiert. Durch diese Maßnahmen besitzt das "Fenster" des Komparators eine konstante Breite. Nur die Mitte dieses "Fensters", daß heißt, die Lage des Fensters verändert sich in Abhängigkeit von dem nachfolgenden positiven und negativen Verlauf des Wandlersignals.
Aus der EP-B-0 024 836 ist ein Detektorschaltkreis bekannt, bei welchem die Spannung zwischen den Emittern von Transistoren ein differenzielles Hall- Ausgangssignal vorgibt. Der Schwellwert des Zustandstriggerung am binären Ausgang ist auf einen bestimmten Wert festgelegt. Der Schwellwert, über den das vorgegebene Signal steigen muß, um das binäre Ausgangssignal des Komperators zu triggern, wird im wesentlichen konstant behalten.
Bei diesen bekannten Schaltkreisen wird es als nachteilig empfunden, daß ihre Genauigkeit hohen Erwartungen nicht gerecht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Annäherungssensor zu schaffen, der eine binäre Ausgangsspannung erzeugt, in der die Übergänge exakt mit einem definierten Punkt der Ankunft und einem definierten Punkt des Abganges eines passierenden magnetischen Artikels übereinstimmen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Annäherungsdetektor für magnetische Artikel zu schaffen, der periodisch feststellt, wann die Amplitude der Magnetfeld/Spannung-Wandlerspannung sich signifikant verändert hat und den Erkennungsschwellenwert nach Bedarf so einstellt, daß dieser im wesentlichen einen vorbestimmten konstanten Prozentsatz des Wertes von Spitze zu Spitze der sich verändernden Detektor-Wandler-Spannungsamplitude beträgt.
Ein Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln umfaßt den Anfangsschritt der Erfassung des Umgebungsmagnetfeldes.
Zu Beginn jedes Zeitintervalls einer Folge von auf den neuesten Stand gebrachten Zeitintervalle wird eine Spannung Vsig erzeugt, die proportional zu dem Magnetfeld ist und eine Signalspannung VPold wird erzeugt, die gleich der ersten positiven Spitze in Vsig ist. Die Spannung VPold wird dann gehalten. Das Verfahren umfaßt ferner die Schritte der Erzeugung einer Signalspannung VPnew, die gleich der letzten positiven Spitzenspannung in Vsig ist, am Ende von jedem der auf den neuesten Stand gebrachten Zeitintervalle, und des Haltens der Spannung VPnew, und am Ende jedes aktualisierten Zeitintervalls, der Erzeugung einer hohen binären Fensterkomparatorausgangsspannung Vupdt, wenn VPnew außerhalb des Bereichs VPold - Δv bis VPold + Δv liegt, wo Δv eine inkrementale Gleichspannungsvorspannung ist.
Ähnliche Schritte, die sich auf die negativ verlaufenden Bereiche von Vsig beziehen, umfassen das Erzeugen einer Signalspannung VNold, die gleich ist der ersten negativen Spitze in Vsig, zu Beginn jedes Zeitintervalls einer Folge von auf den neuesten Stand gebrachten Zeitintervalle, das Halten der Spannung VNold, das Erzeugen einer Signalspannung VNnew, die gleich der letzten negativen Spitzenspannung in Vsig ist, am Ende jedes der auf den neuesten Stand gebrachten Zeitintervalle, und das Halten der Spannung VNnew und, am Ende jedes der auf den neuesten Stand gebrachten Zeitintervalle, das Erzeugen einer hohen binären Fenster-Komparatorausgangsspannung Vupdt, wenn VNnew außerhalb des Bereichs VNold - Δv bis VNold + Δv liegt, wobei Δv eine inkrementale Gleichspannungsvorspannung ist.
Die nachfolgenden Schritte umfassen das Erzeugen der Schwellwertspannungen VPth und VNth während des nächsten auf den neuesten Stand gebrachten Intervalls, die proportional zu der Differenzspannung VPnew - VNnew sind und das Erzeugen einer binären Annäherungsdetektorausgangsspannung, die abfällt, wenn Vsig unter (negativer als) VPth fällt und ansteigt, wenn Vsig über (positiver als) VNth ansteigt.
Dies hat den großen Vorteil, daß der Annäherungssensor während des Betriebs in dem oben beschriebenen Schwellenwertmodus eine binäre Ausgangsspannung erzeugt, in der die Übergänge mit einer größeren Genauigkeit einem definierten Punkt der Ankunft und des Abgangs eines passierenden magnetischen Artikels entsprechen.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Annäherungsdetektors für magnetische Artikel.
Fig. 2 zeigt die Wellenform der Hallspannung Vsig in dem Schaltkreis von Fig. 1, die dem Umgebungsmagnetfeld beim Passieren eines eisenhaltigen Zahnradzahns (oder anderen magnetischen Artikels) entspricht. Die Fig. 1 und 2 sind im selben Maßstab gezeichnet.
Fig. 3 zeigt die Wellenform des Ausgangssignals Vout des Annäherungsdetektors von Fig. 1, die in ihrem zeitlichen Verlauf der Wellenform der Hallspannung von Fig. 2 entspricht.
Fig. 4 zeigt eine Wellenform des Signals Vsig, das auf das Passieren einer Vielzahl von magnetischen Artikeln zurückzuführen ist, die ungleiche Amplituden von der einen zu der anderen in dem Umgebungsmagnetfeld erzeugen. Die gleichzeitig erzeugten DAC-Ausgangsspannungen VPnew und VNnew überlagern die Spannung Vsig.
Fig. 5 zeigt die Wellenform von Vsig während eines aktuellen aktualisierten Intervalls von 64 Impulsen in Vsig und während eines Bereichs eines nachfolgenden aktuellen Intervalls, in dem sich die Werte der positiven und negativen Spitzen in Vsig verändern. Die DAC-Spannungen VPnew und Vnew überlagern Vsig in dem einen Intervall und VPnew und VNnew in dem nachfolgenden aktualisierten Intervall.
Fig. 5a zeigt die Wellenform des aktualisierten Signals Vupdt, das in dem gleichen Maßstab wie in Fig. 5 dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt einige Perioden des Wandlersignals Vsig, in dem ein aktualisiertes Intervall bei tupdate endet und ein nachfolgendes aktualisiertes Intervall beginnt.
Die Fig. 7, 8, 9, 10, 11 und 12 zeigen für den Annäherungsdetektor von Fig. 1 jeweils die Wellenform des Latch-Signals, des Reset-Signals Vpcomp, Vncomp, Q33b und des Annäherungsdetektorausgangssignals Vout, die in einer Zeitskala dargestellt sind, die der von Fig. 6 entspricht.
Das Hallelement 10 von Fig. 1 wird von einem Strom IH versorgt und hat einen Ausgang, der mit dem Eingang des Hallspannungsverstärkers 12 verbunden ist. Das Hallelement kann an dem Pol eines nicht dargestellten Magneten befestigt sein, so daß die Hallspannung VH und die verstärkte Hallspannung Vsig ansteigen (oder abfallen), wenn ein eisenhaltiger Artikel sich nähert; und wenn der Artikel sich wegbewegt, VH und Vsig abfallen (oder in Abhängigkeit von der Polarität der Magnetpole ansteigen). Der Sensorschaltkreis von Fig. 1 kann aber auch dazu verwendet werden, um magnetische Artikel, die selbst magnetisiert sind, zu erkennen, wobei das Hallelement nicht in der Nähe eines Magneten befestigt sein muß.
Das Hallelement kann eine nicht dargestellte Feldplattenbrücke ersetzen. Und zwei Hallelemente, deren Ausgänge unterschiedlich mit dem Eingang des nicht dargestellten Hallspannungsgenerators verbunden sind, stellen einen zweiten alternativen Magnetfeld/Spannungs-Wandler dar.
Die verstärkte Hallspannung Vsig wird von den übrigen Schaltkreisen in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1 beeinflußt, um ein binäres Rechteckwellen- Ausgangssignal Vout zu erzeugen, das wie ein spiegelbildlicher Graf das Profil der passierenden Artikel reflektiert.
Die Fig. 2 und 3 und auch die Fig. 6 und 9 zeigen, daß die verstärkte Hallspannung Vsig an den positiven Eingang eines ersten Komparators 14 angelegt wird und auch angelegt wird an den positiven Eingang eines zweiten Komparators 16 und an den negativen Eingang eines weiteren zweiten Komparators 26, die Vpcomp bzw. Vncomp erzeugen (Fig. 9 und 10).
Eine Verbund-Verriegelung (latch), die aus den Invertern 32a und 32b und den getakteten Flipflops 33a und 33b besteht, dient der Erzeugung eines Zwischensignals Q33b (Fig. 11) und einer Annäherungsdetektor- Ausgangsspannung Vout, die einen Signalverlauf besitzt, wie er in Fig. 12 gezeigt ist.
Während jedes positiv verlaufenden Bereichs von Vsig fällt die Spannung Vsig von der positiven Spitze ab und geht zum Zeitpunkt t1 unter die Schwellenwertdifferenzspannung VPth, die an dem Abgriffpunkt des aus ohmschen Widerständen bestehenden Spannungsteilers 34 anliegt. Zum Zeitpunkt t1 geht der Ausgang Vpcomp des Komparators 16 von einem binären hohen zu dem in Fig. 9 gezeigten niedrigen Pegel über und Vout geht von einem hohen zu einem niedrigen Pegel über, wie in Fig. 12 gezeigt ist.
Während jedes negativ verlaufenden Bereichs von Vsig steigt die Spannung Vsig von der negativen Spitze an und geht zum Zeitpunkt t2 über die Schwellenwertreferenzspannung VNth hinaus, die an einem unteren Abgriffpunkt des aus ohmschen Widerständen bestehenden Spannungsteilers 34 anliegt. Zum Zeitpunkt t2 geht der Ausgang Vncomp des Komparators 16 von einem binär hohen auf einen wie in Fig. 10 gezeigten niedrigen Pegel, und Vout geht von einem niedrigen auf einen hohen Pegel, wie in Fig. 12 dargestellt ist.
Unter der Annahme, daß der Zähler 17 an einem Startpunkt den Zählstand von Null hat, beginnt der Zähler das Zählen der Taktimpulse von dem Taktgeber 18, wenn der Ausgang des ersten Komparators 14 einen binär hohen Pegel annimmt. Der resultierende Zählstand wird an einen Digital/Analog-Wandler (PDAC1) 20 weitergegeben, der eine analoge Ausgangsspannung VPnew erzeugt, die immer etwa innerhalb des Bereichs von Null bis zu der Versorgungsgleichspannung +Vreg liegt. In jedem Augenblick ist die Amplitude von VPnew, eine direkte lineare Funktion des Zählsignals von dem Zähler 17. Wenn zuerst der Detektorschaltkreis mit Energie versorgt wird, erfaßt ein nicht dargestellter logischer Block den Zeitpunkt, zu dem die Versorgungsgleichspannung +Vreg eingeschaltet wird und setzt die Zähler auf den Zählstand Null zurück.
Der Komparator 14 hat Hysteresen und ist daher ein Schmitt-Komparator. Der Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 20 (PDAC1) ist mit dem negativen Eingang des Komparators 14 derart verbunden, daß der Komparatorausgang einen binär hohen Pegel immer dann annimmt, wenn Vsig größer als die Spannung VPnew zuzüglich der kleinen Hysterese-Schwellenwertspannung Vhys1 des Komparators 14 wird. Falls zu diesem Zeitpunkt Vout niedrig ist, wird der Ausgang des UND-Gatters 15 logisch 1 und der Zähler 17 wird aktiviert und beginnt zu zählen. Wird Vsig weiter positiv, so wird VPnew gezwungen, nach Art einer Treppenstufe nachzufolgen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die inkrementalen vertikalen Auslenkungen der stufenförmigen VPnew sind gleich groß Vreg/2n, wobei n die Anzahl der DAC-Bits ist. Die inkrementalen horizontalen Zeitabschnitte At1 nehmen zu, wenn die Steigung von Vsig abnimmt.
Wenn die positive Spitzenspannung von Vsig erreicht ist, stoppt der Zähler 17 das Zählen (z. B. zum Zeitpunkt tpp1) und VPnew hält diese Spitzenspannung bis VPnew bei einem nachfolgenden positiven Impuls in dem Signal Vsig, der größer als die Haltespannung VPnew ist, VPnew wieder beginnt, den nachfolgenden positiven Impuls als seine Spitze einzunehmen und (z. B. zum Zeitpunkt tpp2) diese neue Spitzenspannung zu halten.
Ein Aktualisierungszähler 36 ist ein Zähler mit 6 Bits, der die Übergänge von niedrig auf hoch in dem Annäherungsdetektorausgangssignal Vout zählt. Wenn zum Zeitpunkt tupdate 64 positive Impulse gezählt worden sind, schlägt der Zähler 36 um und beginnt wieder von Null zu zählen, um die nachfolgenden positiven Impulse zu zählen. Die Fig. 5, 5a, 6, 7 und 8 zeigen, daß zum Zeitpunkt tupdate der Ausgang des Aktualisierungszählers 36 einen binär hohen Pegel annimmt, daß Zähler 17 (und Zähler 27) über den Verzögerungsschaltkreis 39 zurückgesetzt wird (werden) und daß die elektronischen Schalter (Latches) 42 und 52 aktiviert werden.
Auf diese Weise hält die PDAC1-Ausgangsspannung VPnew am Ende jedes aktualisierten Zeitintervalls von 64 Zählimpulsen die positive Spitzenspannung des höchsten positiven Impulses in dem Signal Vsig. Die maximale positive Spitzenspannung in Vsig, die gerade erst aufgetreten ist, wird folglich am Ende jedes Aktualisierungszeitintervalls mit einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen von einer Polarität in Vsig aktualisiert. Die vorbestimmte Anzahl ist in diesem Ausführungsbeispiel auf 64 positive Spitzen festgesetzt und der Zähler 36 ist folglich ein Zähler mit 6 Bit, wobei diese Nummer aber nicht kritisch ist.
Am Ende jedes Zählstandes 64, nimmt der Ausgang des Aktualisierungszählers 36 einen binär hohen Pegel an, um das Aktualisierungs-UND-Gatter 38 zu aktivieren (enable). Wenn das Aktualisierungssignal Vupdt gleichzeitig einen binär hohen Pegel hat, nimmt der Ausgang des Aktualisierungs-UND-Gatters 38 einen binär hohen Pegel an und aktiviert den elektronischen Schalter 42. Der elektronische Schalter 42 hält den Zählstand in dem Zähler 17 während des folgenden Aktualisierungszeitintervalls (von 64 Impulsen in Vsig). Dieser Zählstand wird an den Eingang von PDAC2 44 während des Aktualisierungszeitintervalls angelegt. PDAC2 44 erzeugt an seinem Ausgang ein analoges Signal VPold, das gleich der Anfangsamplitude von Vsig zu Beginn des Aktualisierungszeitintervalls ist.
Ein Fensterkomparator 46 hat einen Referenzspannungseingang, der mit dem Ausgang von PDAC1 20 verbunden ist. Das Ausgangssignal VPold von PDAC2 wird über eine Pufferstufe 48 mit einer Einheitsverstärkung an das eine Ende des aus ohmschen Widerständen bestehenden Spannungsteilers 34 gelegt. Und von da wird das Signal VPold an die positiven und negativen Eingänge des Fensterkomparators 46 über die additiven bzw. subtraktiven Gleichspannungsvorspannungen Δv gelegt.
Fig. 5 zeigt, daß der Ausgang des Fensterkomparators 46 am Ende eines Aktualisierungszeitintervalls, zum Zeitpunkt tupdate, einen binär hohen Pegel nur dann annimmt, wenn VPnew außerhalb des Bereichs von VPold + Δ und VPold - Δv liegt. Wenn am Ende eines Aktualisierungsintervalls VPnew größer oder kleiner als dieser Bereich ist, nimmt der Ausgang des Fensters einen binär hohen Pegel an, wodurch der Ausgang des ODER-Gatters 50 einen hohen Pegel annimmt. Dies wiederum führt dazu, daß der Ausgang des UND-Gatters 38 einen binär hohen Pegel annimmt und der elektronische Schalter 42 in die laufende Zählung in dem Zähler 17 eingreift. Wie oben erläutert wurde, bringt dies VPold auf den neuesten Stand, nämlich PDAC2 44 erzeugt an seinem Ausgang ein analoges Signal VPold, das mit der Anfangsamplitude von Vsig zu Beginn des nächsten Aktualisierungszeitintervalls übereinstimmt.
Wenn der laufende Wert von Vnew, nämlich der maximale positive Spitzenwert von Vsig während des gesamten Aktualisierungszeitintervalls nicht außerhalb, sondern innerhalb des Bereichs von VPold + Δ und VPold - Δ am Ende dieses Aktualisierungszeitintervalls liegt, bleibt der Ausgang des Komparators 46 bei dem binär niedrigen Pegel und der elektronische Schalter 42 wird nicht aktiviert.
Der untere Bereich des Schaltkreises in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1 spiegelt im wesentlichen den Aufbau des gerade beschriebenen oberen Bereichs wieder. Der untere Bereich des Schaltkreises verändert die negativen Impulse in Vsig in derselben Weise wie der obere Bereich im Hinblick auf die positiven Impulse in Vsig. Mit Ausnahme des Haltens von negativen Spitzen in Vsig durch NDAC1 30, den elektronischen Schaltkreis 52 und NDAC2 geschieht in dem unteren Bereich des Schaltkreises während der positiv verlaufenden Bereiche von Vsig nichts.
Der Ausgang der Komparatoren 24 und 26 z. B. nimmt einen binär hohen Pegel nur dann an, wenn Vsig negativ wird. Daher treten nur dann Veränderungen des Signalzustandes des UND-Gatters 25, des Zählers 27, NDAC1 30, des elektronischen Schaltkreises 52, NDAC2 54, des Puffers 58 und des Fensterkomparators 56 auf, wenn Vsig negativ wird. Die oberen (P) und unteren (N) Bereiche des Schaltkreises teilen sich die Takteinheit 18, den Rückstell-Verzögerungsschaltkreis 29 und das ODER-Gatter 50. Es sei bemerkt, daß die Referenzgleichspannungen +Vreg und Masse mit NDAC1 30 und NDAC2 54 im Hinblick auf die Verbindungen mit PDAC1 20 und PDAC2 44 umgekehrt verbunden sind.
Die Ausgangsspannung des NDAC's fällt daher mit wachsendem Zählstand (im Zähler 27) ab, anstelle daß die Ausgangsspannung mit zunehmendem Zählstand (im Zähler 17) zu den PDAC's zunimmt. Alternativ können die NDAC's mit den Referenzgleichspannungen wie die PDAC's verbunden sein, wenn der Zähler 27 derart ausgebildet ist, daß dieser von einem maximalen Zählstand herunterzählt. Die Zähler 17 und 27 sind daher derart ausgebildet, daß diese eine Anti-Überlaufeinrichtung aufweisen, die verhindert, daß die Zählung umkehrt, wenn der maximale Zählstand erreicht ist, während es sich bei dem Zähler 36 um einen einfachen Typ handelt, der nicht umkehrt.
Bei dem aus ohmschen Widerständen bestehenden Spannungsteiler 34 handelt es sich um ein Bauteil, das den oberen und unteren Bereich des Schaltkreises überbrückt.
Die Enden des Spannungsteilers 34 sind jeweils mit den Ausgängen der Pufferstufen 48 und 58 verbunden. Das Haltesignal VPold wird an das obere Ende und das Haltesignal VNold wird an das untere Ende des Spannungsteilers 34 angelegt. Am Mittelpunkt der Widerstände (von dem sich gleiche Widerstände zu beiden Enden erstrecken) wird eine Spannung Vos erzeugt, die mit der Mittenspannung zwischen der gehaltenen positiven Spitzenspannung (von Vsig) VPold und der gehaltenen negativen Spitzenspannung Vnold übereinstimmt. Die Schwellenwertspannungen VNth und VPnth sind jeweils ungefähr ein Drittel der Strecke oberhalb und zwei Drittel der Strecke unterhalb des Spannungsteilers 34 gezeigt.
Diese Schwellenwertspannungen VNth und VPth sind vorteilhafterweise nach jedem Aktualisierungszeitintervall auf einen festen Prozentsatz der Spannung von Vsig von Spitze zu Spitze selbst dann eingestellt, wenn die Spitzenspannungen von Vsig variieren und/oder wenn die in Vsig enthaltenen Offset-Spannungen variieren.
Der Spannungsteiler 34 besteht aus 6 gleichen Widerständen, und die Spannung Vos beträgt 50% der Spannung Vreg. VPth und VNth sind deshalb auf 67% und 33% von Vreg festgesetzt. VPth kann im allgemeinen von dem Mittelpunkt des Spannungsteilers abgegriffen werden oder kann an einem höheren Punkt zwischen 50% und 100% der Spannungsdifferenz VPnew - VNnew liegen. VNth kann ähnlich bei dem Mittelpunkt des Spannungsteilers, nämlich bei 50% von VPnew - VNnew liegen oder kann bei einem niedrigeren Punkt zwischen 50% und 0% der Differenzspannung VPnew - VNnew liegen. Die Schwellenwerte VPth und VNth können von der Mittelspannung Vos verschieden sein, d. h. nicht symmetrisch.
Auf jeden Fall verändern sich diese Schwellenwerte mit der Zeit und sind immer ein fester Prozentsatz der laufenden (aktualisierten) Differenzspannung von Spitze zu Spitze in dem Signal (Vsig). Dies hat den großen Vorteil, daß der Annäherungssensor bei einem Betrieb in dem oben beschriebenen Schwellenwertmodus eine binäre Ausgangsspannung erzeugt, in der die Übergänge mit höherer Genauigkeit einem definierten Punkt der Ankunft und einem definierten Punkt des Abgangs der passierenden magnetischen Artikel entsprechen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln mit folgenden Schritten:
  • a) Erfassen eines Umgebungsmagnetfeldes und Erzeugen einer Spannung Vsig, die proportional zu dem Magnetfeld ist,
  • b) Halten der am stärksten positiven Spitzenspannung VPold in der ersten positiven Auslenkung von Vsig und Halten der am stärksten negativen Spitzenspannung VNold in der ersten negativen Auslenkung, wobei jedes der auf den neuesten Stand gebrachten Zeitintervalle eine Vielzahl von positiven Auslenkungen von Vsig umfasst, während jeden Zeitintervalls in der Folge von auf den neuesten Stand gebrachten Zeitintervallen, und
  • c) Erzeugen von Schwellwertspannungen VPth und VNth, die jeweils feste Prozentsätze der genannten gehaltenen Spannungen von Vsig sind, während des jeweils jedem auf den neuesten Stand gebrachten Intervall folgenden Intervalls.
2. Erkennungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfaßt:
  • a) Erzeugen einer Signalspannung VPold, die gleich der ersten positiven Spitze in Vsig zu Beginn jedes Aktualisierungszeitintervalls ist und Halten der Spannung VPold während jedes Aktualisierungszeitintervalls,
  • b) Erzeugen einer Signalspannung VPnew, die gleich der höchsten positiven Spitzenspannung in Vsig während jedes Aktualisierungszeitintervalls ist und Halten der Spannung VPnew und
  • c) Erzeugen eines Aktualisierungsbefehlsimpulses am Ende jedes Aktualisierungszeitintervalls, wenn VPnew außerhalb des Bereichs VPold - Δv bis VPold + Δv liegt, wobei Δv eine inkrementale Gleichspannungsvorspannung ist.
3. Erkennungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner folgende Schritte umfaßt:
  • a) Erzeugen einer Signalspannung VNold, die gleich der ersten negativen Spitze in Vsig ist zu Beginn jedes Aktualisierungszeitintervalls und Halten der Spannung VNold während jedes Aktualisierungszeitintervalls,
  • b) Erzeugen einer Signalspannung VNnew, die gleich der niedrigsten negativen Spitzenspannung in Vsig während jedes Aktualisierungszeitintervalls ist und Halten der Spannung VNnew und
  • c) Erzeugen eines Aktualisierungsbefehlimpulses am Ende jedes Aktualisierungszeitintervalls, wenn VNnew außerhalb des Bereichs VNold - Δv bis VNold + Δv liegt, wobei Δv eine inkrementale Gleichspannungsvorspannung ist.
4. Erkennungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von jedem der Aktualisierungsbefehlsimpulse ein neues Aktualisierungszeitintervall gestartet wird, in welchem VPold und VNold aktualisiert werden und auf den Werten entsprechend dem ersten positiven Spitzenverlauf und dem ersten negativen Spitzenverlauf von Vsig in diesem folgenden Aktualisierungszeitintervall gehalten werden.
5. Verfahren zum Erkennen von passierenden magnetischen Artikeln mit folgenden Verfahrensschritten:
  • a) Erfassen eines Umgebungsmagnetfeldes und Erzeugen einer Spannung Vsig, die proportional dem Magnetfeld ist,
  • b) Erzeugen von Schwellenwertspannungen VPth und VNth als feste Prozenzsätze der Spannung von Spitze zu Spitze in Vsig zu Beginn jedes Zeitintervalls einer Folge von Aktualisierungszeitintervallen, wobei jedes der Aktualisierungszeitintervalle mehrere der positiven Spannungsspitzen in Vsig einschließt,
  • c) Erzeugen einer binären Annäherungsdetektorausgangsspannung, die einen binär hohen Pegel annimmt, wenn Vsig über VPth ansteigt und einen niedrigen Pegel annimmt, wenn Vsig unter VNth fällt,
  • d) Erzeugen einer Signalspannung VPold zu Beginn jedes Aktualisierungszeitintervalls, die gleich der ersten positiven Spitze in Vsig ist und Halten der Spannung VPold während jedes Aktualisierungszeitintervalls,
  • e) Erzeugen einer Signalspannung Vupdt am Ende jedes Aktualisierungszeitintervalls, die gleich der höchsten positiven Spitzenspannung in Vsig ist und Halten der Spannung VPnew,
  • f) Erzeugen einer Binärspannung Vupdt am Ende jedes Aktualisierungszeitintervalls, die vorübergehend einen binär hohen Pegel annimmt, wenn VPnew außerhalb des Bereichs VPold - Δv bis VPold + Δv liegt, wobei Δv eine inkrementale Gleichspannungsvorspannung ist,
  • g) Erzeugen einer Signalspannung VNold zu Beginn jedes Aktualisierungszeitintervalls, die gleich der ersten negativen Spitze in Vsig ist und Halten der Spannung VNold während jedes Aktualisierungszeitintervalls,
  • h) Erzeugen einer Signalspannung VNnew während jedes Aktualisierungszeitintervalls, die gleich der untersten negativen Spitzenspannung in Vsig ist und Halten der Spannung VNnew,
  • i) Erzeugen eines kurzzeitig hohen Pegels in der Binärspannung Vupdt am Ende jedes Aktualisierungszeitintervalls, wenn VNnew außerhalb Bereichs VNold - Δv bis VNold + Δv liegt, wobei Δv eine inkrementale Gleichspannungsvorrichtung ist,
  • j) Start eines nachfolgenden Aktualisierungszeitintervalls, wenn zu Zeiten tupdate die Binärspannung Vupdt momentan den hohen Pegel einnimmt, in welchem VPold und VNold auf Werte entsprechend dem ersten positiven Spitzenverlauf und dem ersten negativen Spitzenverlauf von Vsig in diesem nachfolgenden Aktualisierungszeitintervall aktualisiert werden.
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