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Technischer
Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein für ein Arbeitsgerät bestimmtes
elektronisches Suchsystem, in welchem ein Begrenzungskabel, d. h.
ein elektrisches Kabel, oberhalb, unterhalb oder auf dem Erdboden
oder Fußboden
derart verlegt ist, dass es einen äußeren Bereich von einem innerhalb
des Begrenzungskabels befindlichen inneren Bereich trennt, in welchem
dieses Arbeitsgerät
vorzugsweise für
die Pflege und Wartung des Erdbodens oder des Fußbodens vorgesehen ist wie
beispielsweise Schneiden von Gras, Entfernen von Moos, Bewässern, Staubsaugen,
Polieren, Durchführung
von Transporten usw., und ein Signalgenerator dieses Begrenzungskabel
mit Strom speist, dessen Magnetfeld auf mindestens eine am Arbeitsgerät befindliche Sensoreinheit
wirkt, so dass diese Sensoreinheit Signale an eine Steuereinheit
abgibt, welche im Zusammenwirken mit einer Motorsteuerung oder einem Signalsystem
für einen
Gerätefahrer
und mindestens einer Antriebsquelle die Bewegung des Arbeitsgerätes steuert,
um zu verhindern, dass dieses sich aus dem inneren Bereich entfernt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Gedanke zur Schaffung eines Arbeitsgerätes, welches völlig autonom
arbeitet wie beispielsweise ein Rasenmäh-Roboter oder ein Staubsaug-Roboter
ist schon alt. Es hat jedoch eine lange Zeit in Anspruch genommen,
bis eine solche Art von Gerät
auf den Markt gekommen ist . Der mit Solarzellen betriebene Rasenmäher, als
Solarmäher
bezeichnet, stellt ein Beispiel dieser Produktart dar. Er schneidet
das Gras innerhalb eines Begrenzungskabels, welches so verlegt worden
ist, dass der Schneidbereich abgegrenzt wird. Vorzugsweise wird das
Begrenzungskabel in den Erdboden eingegraben. Ein Signalgenerator
speist das Begrenzungskabel mit Strom, dessen Magnetfeld auf eine
Sensoreinheit am Arbeitsgerät
wirkt. Diese Sensoreinheit erfasst die Stärke des Magnetfeldes, und diese
Stärke wird
ansteigen, wenn das Arbeitsgerät
dem Begrenzungskabel immer näher
kommt. Der Mikrocomputer im Rasenmäher ist derart programmiert,
dass der Rasenmäher
rückwärts fährt, wenn
während
des Ansteigens der Signalintensität, welches dann auftritt, wenn sich
die Sensoreinheit dem Begrenzungskabel nähert, eine bestimmte Signalintensität erreicht
worden ist. Wie bereits gesagt, wird sich der Rasenmäher vom
Begrenzungskabel weg rückwärts bewegen,
danach wenden und beginnen, in einer Richtung vom Begrenzungskabel
weg zu mähen.
Folglich wendet der Rasenmäher,
wenn das kräftige
Magnetfeld am Begrenzungskabel eine Signalintensität mit einem bestimmten
Ausmaß bewirkt
hat. Andererseits kann der Mikrocomputer auf keinerlei Art und Weise
das Magnetfeld auf der Außenseite
von dem auf der Innenseite des Begrenzungskabels unterscheiden. Das
bedeutet, dass, falls der Rasenmäher über das Begrenzungskabel
hinaus geraten sein sollte oder über
das Begrenzungskabel hinaus geschoben worden sein sollte, sich der
Rasenmäher
vom Begrenzungskabel in der falschen Richtung entfernen wird, d.
h. aus dem Schneidbereich heraus. Er hält jedoch nach ungefähr 4 Metern
an, wenn die Signalintensität zu
stark abgefallen ist. Das weiter oben beschriebene Produkt nach
dem Stand der Technik ist der "Solar-Mäher", welcher von der
Firma Husqvarna AB der Electrolux Gruppe bis 1996 verkauft worden
ist, und stellt die Grundlage des Oberbegriffes von Anspruch 1 dar.
Diese und weitere Nachteile werden in WO-99/15941 A1 ausführlicher
beschrieben. Dieses Dokument betrifft ein elektronisches Begrenzungssystem
und beschreibt in aller Ausführlichkeit
die Technologie, wie ein Außenbereich
von einem Innenbereich abzutrennen ist und dabei die oben erwähnten Nachteile
im Wesentlichen vermieden werden. Andererseits kann durch dieses
System kein zusätzliches
Gebiet innerhalb des Innenbereichs abgetrennt werden. Beispielsweise
wäre dies
wünschenswert,
falls die Absicht besteht, eine gewisse Fläche besonders sorgfältig zu
schneiden, oder falls beabsichtigt wird, das Arbeitsgerät über Nacht
in einem bestimmten Bereich stehen zu lassen. Auch könnte es
wünschenswert
sein, einen speziellen Bereich abzutrennen, um ihn in Verbindung
mit einer Andockstation für
das automatische Laden der Batterie zu nutzen.
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Ziel der Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben aufgezeigten
Probleme wesentlich zu verringern.
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Darstellung
der Erfindung
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Das
obige Ziel wird dadurch erreicht, dass das erfindungsgemäße elektronische
Suchsystem die kennzeichnenden Merkmale aufweist, welche aus den
angefügten
Ansprüchen
hervor gehen.
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Das
elektronische Suchsystem gemäß der Erfindung
zeichnet sich somit durch die Merkmale des Anspruchs 1 aus.
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Mit
Hilfe des speziellen Stroms, der in das Begrenzungskabel eingespeist
wird, und durch den angepassten Strom, der in eines oder mehrere
Suchkabel eingespeist wird, kann eine Aufteilung auf mindestens
drei verschiedene Bereiche vorgenommen werden, d. h. einen äußeren Bereich,
einen inneren Bereich und mindestens einen Suchbereich. Infolge der
Tatsache, dass im Vergleich mit dem oben erwähnten elektronischen Begrenzungssystem
mindestens ein zusätzlicher
Bereich, welcher Suchbereich genannt wird, hinzugefügt wird,
wird eine Reihe von zusätzlichen
Möglichkeiten
geschaffen. Ein oder mehrere Suchbereich (e) könnten zum Beispiel dadurch
besonders sorgfältig
geschnitten werden, dass das Schneidegerät über einen längeren Zeitraum innerhalb dieses
bestimmten. Bereiches oder dieser bestimmten Bereiche verbleibt.
Das Gerät
könnte
in einem bestimmten Suchbereich während der Nacht verbleiben.
Mittels eines speziellen Modus „Kabelverfolgung" kann sich das Gerät längs eines
Suchkabels zu einer Andockstation für die automatische Aufladung
der Batterie bewegen.
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Für die Steuereinheit
wird die Möglichkeit
zur Feststellung, ob sich die Sensoreinheit innerhalb oder außerhalb
des Begrenzungskabels befindet, dadurch geschaffen, dass der Signalgenerator
das Begrenzungskabel mit einem Strom speist, welcher mindestens
zwei Wechselstromkomponenten mit unterschiedlicher Frequenz enthält, und
dadurch, dass diese Komponenten sich in einer bekannten zeitlichen
Relation zueinander befinden. Weiterhin können die Frequenzen vorzugsweise
aus den Vielfachwerten einer jeden anderen Frequenz bestehen, vorzugsweise
der gleichen Anzahl von Vielfachen einer jeden anderen, und vorzugsweise
sollten die Wechselstromkomponenten in einer im Wesentlichen dauerhaften
zeitlichen Beziehung zueinander bleiben. Um die Sicherheit des Begrenzungssystems
zu erhöhen,
wird vorzugsweise ein analoges Signal verwendet, ein sogenanntes Qualitätssignal,
dessen Signalintensität
ein Maß für die Intensität des an
der Steuereinheit ankommenden Signals ist. Aufgrund dieser Tatsache
kann das Gerät
abgeschaltet werden, wenn das Signal bedrohlich niedrig ist. Diese
und weitere kennzeichnende Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der detaillierten Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen
unter Zuhilfenahme des beigefügten
Zeichnungssatzes deutlich.
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Kurze Beschreibung
des Zeichnungssatzes
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf den beigefügten Zeichnungssatz ausführlicher
beschrieben werden.
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1 zeigt
in Perspektivdarstellung ein Arbeitsgerät wie beispielsweise einen
auf den Rasen gestellten Rasenmäher.
Mit Hilfe eines Begrenzungskabels und einer Anzahl von Suchkabeln
wird die Fläche
in einen äußeren Bereich,
einen inneren Bereich und eine Anzahl von Suchbereichen aufgeteilt.
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2 zeigt
in Perspektivdarstellung ein Arbeitsgerät wie beispielsweise einen
auf den Rasen gestellten Rasenmäher
auf seinem Weg in Richtung einer Andockstation. Das Arbeitsgerät folgt
einem Suchkabel, und es ist lediglich der vordere Teil des Gerätes dargestellt.
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3 zeigt
direkt von oben eine Doppel-Andockstation mit zwei an diese angeschlossenen Suchkabeln.
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4 zeigt
schematisch die Ströme,
welche sowohl in ein Begrenzungskabel als auch in ein Suchkabel
eingespeist werden, sowie darüber
hinaus die Signale, welche vom Arbeitsgerät im äußeren Bereich, im inneren Bereich
sowie im Suchbereich aufgenommen werden. Das Suchkabel wird mit
einem gleichphasigen und einem phasenverschobenen Strom gemäß einem
zeitabhängigen
Muster gespeist.
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5 entspricht
der 4, aber es existiert hier noch ein weiteres Suchkabel,
welches sich elektrisch unterscheidet. Diese zwei Suchkabel werden mit
gleichphasigem und mit phasenverschobenem Strom mit unterschiedlichen
Zeitmustern gespeist.
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6 zeigt
auf der vertikalen Achse das vertikale Magnetfeld um ein Begrenzungskabel
sowie um ein Suchkabel im Innenbereich des Begrenzungskabels. Im
oberen Teil der Abbildung sind die Leiter eines jeden Kabels dargestellt.
Die graphische Darstellung zeigt das vertikale Magnetfeld, wenn
sich der Strom des Suchkabels mit dem Strom des Begrenzungskabels
in Phase befindet.
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7 entspricht
der 6, zeigt aber das vertikale Magnetfeld, wenn sich
der Strom des Suchkabels mit dem Strom des Begrenzungskabels nicht in
Phase befindet.
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8 zeigt
vergrößert die
Steuereinheit 10, welche deutlich in 1 zu
erkennen ist, dort allerdings ohne die Einzelheiten.
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9 zeigt
den Bodenbereich als eine horizontale Linie. Der innere Bereich
ist durch ein stromgespeistes Begrenzungskabel abgetrennt. Darüber ist
die sich ergebende Signalintensität der Steuereinheit in zwei
Versionen dargestellt. Eine ausgezogenen Linie veranschaulicht die
Signalintensität,
wenn ein automatisch gesteuerter Verstärker gemäß 8 verwendet
wird. Eine strichpunktierte Linie veranschaulicht die Signalintensität, wenn
eine derartige Verstärkerschaltung
nicht verwendet wird. Die Abbildung wird dadurch vereinfacht, dass
nur der absolute Wert der Signalintensität dargestellt ist, aber nicht
der schroffe örtliche
Abfall der Signalintensität
direkt über jedem
Abschnitt des Begrenzungskabels.
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10 zeigt
etwas vereinfacht die elektronische Schaltung eines Signalgenerators,
welcher ein Begrenzungskabel und ein Suchkabel mit Strom speist.
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11 zeigt
schematisch einige wichtige Signale und die Ströme im Signalgenerator bei den
Kabeln entsprechend der 10.
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Beschreibung
von Ausführungsformen
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In
der schematischen Darstellung der 1 bezeichnet
die Bezugszahl 1 ein erfindungsgemäßes elektronisches Suchsystem.
Die Bezugszahl 2 bezeichnet ein Arbeitsgerät. Es soll
ein Rasenmäher sein,
welcher aus Gründen
der Klarheit etwas vergrößert dargestellt
ist. Aus demselben Grund sind auch nur diejenigen Bauteile dargestellt,
welche für
das elektronische Suchsystem von Interesse sind. Die übrigen Bauteile
wie zum Beispiel eine Messerscheibe befinden sich verdeckt unter
der Verkleidung 29 des Gerätes. In diesem Fall befindet
sich das Begrenzungskabel vorzugsweise etwas unterhalb der Erdoberfläche. In
anderen Anwendungsfällen
wie beispielsweise einem Staubsauger oder einer Bohnermaschine könnte es
auf dem Fußboden
oder über dem
Fußboden
wie zum Beispiel unter dem Fußbodenbelag
verlegt sein. Das Begrenzungskabel ist ein elektrisches Kabel wie
beispielsweise ein gewöhnlicher
Kupferdraht von einadriger Ausführung,
es kann natürlich
aber auch eine zweiadrige Ausführung
verwendet werden. Das Begrenzungskabel ist an einen Signalgenerator 3 angeschlossen.
Das Begrenzungskabel trennt einen inneren Bereich A von einem äußeren Bereich
C ab. Der Begrenzungsbereich kann eine vergleichsweise willkürliche Form
aufweisen. Im oberen Teil der Abbildung ist ein Inselbereich C dargestellt.
Das Begrenzungskabel wird deswegen dort angeordnet, damit es in
den Bereich A hineinragt. Der Inselbereich könnte zum Beispiel ein rundes Blumenbeet
sein. Der Signalgenerator speist das Begrenzungskabel a mit einem
Strom, der ein Magnetfeld 7 erzeugt, welches hier nur an
einer Stelle gezeigt wird. Die kleine graphische Darstellung zeigt
für die
Komponenten 14 und 15 die Stromstärke als Funktion
der Zeit. Der Strom soll mindestens zwei Wechselstromkomponenten 14, 15 mit
unterschiedlichen Frequenzen enthalten. Im dargestellten Beispiel
hat die Komponente 15 eine doppelt so hohe Frequenz wie
die Komponente 14. Diese Komponenten sind einer Gleichstromkomponente überlagert, was
zwar nicht gerade vorteilhaft, aber dennoch möglich ist. Diese Komponenten
liegen in einer bekannten Zeitrelation zueinander, in diesem Fall
einer dauerhaften Zeitrelation. Es könnte jedoch auch eine sich
regelmäßig ändernde
Zeitrelation sein. Andererseits kann es keine sich zufällig ändernde
Zeitrelation sein. Das Gerät 2 ruht
auf drei Rädern,
von denen zwei Räder
Hinterräder 27, 28 sind.
Das Vorderrad ist unter der Verkleidung 29 verdeckt und
ist vorzugsweise ein freischwingendes Gelenkrad. Das bedeutet, dass
das Gerät
in der Weise gelenkt werden kann, dass jeder Antriebsmotor 12, 13 in
der richtigen Richtung und mit einer geeigneten Drehzahl angetrieben
wird. Natürlich
könnte
das Gerät
auch auf andere Art und Weise konstruiert sein, z. B könnte es mit
einem Antriebsrad und zwei Steuerrädern ausgestattet sein. Normalerweise
ist das Gerät selbstfahrend,
aber es ist auch denkbar, dass es von einem Gerätefahrer gefahren wird.
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Das
Gerät ist
mit einer Sensoreinheit 8 ausgerüstet, die hier an einem Ende
angebracht ist, d. h. ganz vorn am Gerät. Diese Sensoreinheit umfasst mindestens
eine Spule 19. Diese Spule 19 umschließt vorzugsweise
einen Ferritstab 20, welcher in die Mitte der Spule gebracht
ist. Der Ferritstab liefert ungefähr die 10-fache Verstärkung. Die
Spule und der Ferritstab sind in 8 dargestellt.
Das Magnetfeld 7 wirkt auf die Sensoreinheit 8 derart,
dass sie Signale 9 an eine Steuereinheit 10 abgibt.
Diese Steuereinheit 10 bewertet die Signale 9 und
gibt ein Bereichssignal 16 an eine Motorsteuerung 11.
Aus dem Bereichssignal 16 erkennt die Motorsteuerung, ob sich
die Sensoreinheit innerhalb des inneren Bereiches A oder im äußeren Bereich
C oder innerhalb von wenigstens einem Suchbereich B, D, E befindet. Dies
wird dadurch erreicht, dass das Bereichssignal 16 einen
von mindestens drei Zuständen
aufnimmt in Abhängigkeit
vom Standort der Sensoreinheit 8 in Bezug auf das Begrenzungskabel
a oder auf irgend eines der Suchkabel b, d bzw. e, d. h. einen Zustand. äußerer Bereich 17,
einen Zustand innerer Bereich 18 oder mindestens einen
Zustand Suchbereich 31, 32, 33. Die Motorsteuerung 11 versorgt
die Antriebsmotoren 12, 13 des Gerätes mit
Strom für
den Antrieb des Gerätes.
Offensichtlich könnte
das Gerät
auch mit einer Verbrennungskraftmaschine betrieben werden. Im dargestellten
Fall sind die Einheiten 8, 10 und 11 als
getrennte Einheiten ausgebildet. Natürlich können sie aber auch in einer
oder zwei Einheiten untergebracht werden, welche verschieden unterteilt sind.
In der Praxis sind diese Einheiten natürlich unter der Verkleidung 29 angeordnet.
Die Motorsteuerung 11 könnte
auch durch ein Signalsystem für
den Gerätefahrer
ersetzt werden, z. B. könnte
das Signalsystem mittels Pfeilen anzeigen: "Wendung nach links", "Vorwärts fahren", "Zurück fahren", "Wendung nach rechts". Dies trifft entweder
auf den Fall eines selbstfahrenden Arbeitsgerätes zu, welcher der Normalfall
ist, oder auf den Fall mit einem Fahrer, der als Ausgangspunkt für die Steuerung
der Bewegung des Gerätes
fungiert.
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Eine
Anzahl an Suchkabeln b, d, e ist zumindest teilweise innerhalb des
inneren Bereiches A+B+D+E angeordnet. Jedes Suchkabel trennt einen Suchbereich
B, D, E innerhalb des inneren Bereiches ab. Das Suchkabel b ist
völlig
innerhalb des inneren Bereiches angeordnet und ist mit dem Signalgenerator 3 verbunden,
an den auch das Begrenzungskabel angeschlossen ist. In jedem Suchkabel
fließt
ein angepasster Strom Ib, Id, Ie. Der angepasste Strom in jedem
Suchkabel könnte
entweder der gleiche wie in den anderen Suchkabeln sein, oder es
könnte
ein individueller Strom sein. Falls der Strom in zwei oder mehreren
Suchkabeln identisch ist, wertet das Gerät diese Ströme als identisch, und es ist
sinnvoll, dies auch so einzurichten, falls sie die gleiche Funktion haben
wie beispielsweise das Aufladen der Batterie. Die 2 zeigt
insbesondere eine Andockstation mit eingebautem. Signalgenerator.
Seine Kabelverlegung ist prinzipiell die gleiche wie jene des Signalgenerators 3 gemäß der 1.
Beispielsweise befindet sich das Suchkabel b völlig innerhalb des inneren
Bereiches. Das Suchkabel d für
den Signalgenerator 4 weist eine etwas abweichende Kabelverlegung
auf. Das Suchkabel d ist teilweise außerhalb des Begrenzungskabels
a verlegt. Der Abstand ist vorzugsweise so groß, dass das Magnetfeld vom
Begrenzungskabel a das Magnetfeld vom Suchkabel d beherrscht. Dadurch
wird das Gerät
im Wesentlichen innerhalb des inneren Bereiches auf der Innenseite
des Begrenzungskabels a bleiben. Wenn zum Modus „Kabelverfolgung" übergegangen wird, wird das
Gerät dem
Suchkabel d dort folgen, wo sich dieses im Innenbereich des Begrenzungskabels
a erstreckt. Der Signalgenerator 5 weist eine etwas abweichende
Anordnung seines Suchkabels e auf. Das Suchkabel e wird durch den
Anschluss einer Leitung e an das Begrenzungskabel a geschaffen,
so dass ein Teil des Begrenzungskabels a in das Suchkabel e integriert ist,
welches den Suchbereich E abtrennt. In diesem Fall ist es wichtig,
dass der Strom Ia im Begrenzungskabel mindestens so stark wie der
Strom Ie im Suchkabel ist, so dass das Gerät den Unterschied zwischen
dem äußeren Bereich
C und dem inneren Bereich E korrekt feststellt. Folglich bietet
diese Lösung eine
kürzere
Gesamtkabellänge,
ist aber vom elektrischen Gesichtspunkt etwas anspruchsvoller: Vom elektrischen
Gesichtspunkt aus sollte es am vorteilhaftesten sein, das Suchkabel
b im Wesentlichen innerhalb des inneren Bereiches A+B+D+E zu verlegen.
Die dargestellten Signalgeneratoren 3, 4, 5 sind von
zwei unterschiedlichen Typen. Der erste Signalgenerator 3 speist
das Begrenzungskabel mit dem Strom Ia. Der Signalgenerator 3 kann
ein angeschlossenes Suchkabel b aufweisen, muss aber nicht unbedingt.
Mindestens ein zweiter Signalgenerator 4, 5 ist
am Begrenzungskabel a angeordnet und überträgt einen angepassten Strom
Id, Ie auf mindestens ein Suchkabel d, e. In diesem Fall beruht
der angepasste Strom Id, Ie vorzugsweise auf der Feststellung des
Stromes Ia, welchen der erste Signalgenerator 3 zum Begrenzungskabel
a übertragen
hat. Hierdurch kann eine Synchronisation des angepassten Stromes
in Bezug auf den Strom im Begrenzungskabel durchgeführt werden.
Eine derartige Synchronisation ist vorteilhaft, aber nicht notwendig. Die
Synchronisation könnte
auch auf andere Art und Weise erfolgen.
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Die 2 zeigt
einen Signalgenerator 3, welcher als sogenannte Andockstation
für das
automatische Laden der Batterie eines batteriebetriebenen Gerätes 2 ausgebildet
ist. Der Signalgenerator 3 überträgt Strom auf ein Begrenzungskabel
a, welches einen inneren Bereich A+B abteilt. Weiterhin überträgt er einen
angepassten Strom auf das Suchkabel b, welches den Suchbereich B
abteilt. Dies erfolgt auf genau die gleiche Art und Weise, wie sie
bereits beschrieben worden ist. Das Begrenzungskabel a trennt den
Bodenbereich ab und ist hier unter Berücksichtigung der Platzverhältnisse
in einem wesentlich verkleinerten Maßstab dargestellt. Ein Signalgenerator
speist das Begrenzungskabel a mit Strom, welcher mindestens zwei
Wechselstromkomponenten mit unterschiedlichen Frequenzen enthält und die
Komponenten sich in einer bekannten zeitlichen Relation zueinander
befinden. Dadurch kann eine Steuereinheit im Gerät den Unterschied in den von
der Sensoreinheit 8 kommenden Signalen feststellen, welcher
durch die verschiedenen Richtungen des Magnetfeldes im inneren Bereich
A und im äußeren Bereich
C verursacht wird. Das bedeutet, dass das Gerät den inneren Bereich A vom äußeren Bereich
C unterscheiden kann und innerhalb des inneren Bereiches verbleibt.
Mit Hilfe des Suchkabels wird nunmehr ein spezieller Bereich geschaffen,
welcher als Suchbereich B bezeichnet wird. Dieser Bereich ist innerhalb
des inneren Bereiches A angelegt. Vorzugsweise speist der Signalgenerator
das Suchkabel b mit demselben Strom, welcher mindestens zwei Wechselstromkomponenten
enthält.
Während einer
gewissen Zeitspanne befinden sich die Ströme in beiden Kabeln a und b
in Phase miteinander, d. h. in derselben Zeitrelation, aber während einer
gewissen Zeitspanne ändert
sich die Zeitrelation derart, dass die Ströme zueinander phasenverschoben
sind. In dem Fall, wo die Zeitproportionen zwischen den Kabeln,
in denen Phasengleichheit und Phasenverschiebung oder Phase und
Gegenphase herrschen, einen Wert haben, der von 50/50% abweicht,
kann mittels des Durchschnittswertes der in der Sensoreinheit 8 aufgenommenen
Signale zwischen Bereich A und Bereich B unterschieden werden. Besonders geeignete
Proportionen zwischen den Zeiten von Phasengleichheit und Phasenverschiebung
oder den Zeiten von Phase und Gegenphase sind ein Viertel und drei
Viertel bzw. ein Drittel und zwei Drittel. Folglich können mittels
dieses Systems die Bereiche A, B und C voneinander abgetrennt werden.
Das System funktioniert auf die Art, dass die Steuereinheit die
verschiedenen Bereiche abtrennt und nicht jedes Kabel a, b als solches.
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Das
Gerät 2,
im Allgemeinen ein Rasenmäher,
arbeitet gewöhnlich
auf dem Prinzip der Zufallsbewegung innerhalb des Bereiches A. Es
könnte auch
auf eine mehr systematische Art und Weise arbeiten. Wenn der Ladezustand
seiner Batterie abzufallen beginnt, reagiert es auf eine spezielle
Art und Weise, wenn es vom Bereich A zum Bereich B gelangt, oder
umgekehrt. Die Steuereinheit erkennt die Fahrt vom Bereich A zum
Bereich B, und das Gerät dreht
nach links ab mit der Absicht, dem Suchkabel b im Uhrzeigersinn
zur Andockstation 3 zu folgen. Im umgekehrten Fall, d.
h. bei der Fahrt vom Bereich B zum Bereich A, wendet das Gerät stattdessen
nach rechts mit der Absicht, dem Suchkabel im Uhrzeigersinn zu folgen.
Nach dieser anfänglichen
Wendung wird das Gerät
zum Modus „Kabelverfolgung" folgendermaßen wechseln.
Nachdem das Gerät
von Bereich B zum Bereich A gelangt ist, dreht es sich umgehend
in die entgegengesetzte Richtung und bewegt sich zurück zum Bereich
B, und nachdem es sich vom Bereich A zum Bereich B bewegt hat, dreht es
sich wiederum und bewegt sich in Richtung auf den Bereich A. Dieses
Muster wiederholt sich sehr häufig.
Die Zickzack-Bewegung über dem
Suchkabel b ist auf dem Rasen kaum zu sehen, aber das Ergebnis wird
darin bestehen, dass das Schneidgerät dem Suchkabel b in der gewünschten
Richtung im Uhrzeigersinn folgt, so dass es sich in Richtung auf
die Andockstation in der Andockrichtung 34 bewegt. Es ist offensichtlich,
dass das Suchkabel b in der Andockrichtung 34 liegen muss,
zumindest derjenige Teil, welcher der Andockstation 3 außerhalb
dieser am nächsten
liegt. Hierdurch wird gewährleistet,
dass sich das Gerät
direkt in Richtung auf die Station bewegt. Weiterhin sollte das
Suchkabel mit einer passenden Länge über die
Station hinaus gezogen werden, d. h. den ersten Anschlussteil b', so dass das Gerät dem ersten
Anschlussteil b' weiter
bis zur Andockposition folgt. Da das Gerät in der Lage ist, den Bereich
A vom Bereich B abzutrennen, kann es auch dem Suchkabel b in der
gewünschten
Richtung zur Station folgen. Offensichtlich könnte dem Suchkabel genauso
in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn gefolgt werden, vorausgesetzt
dass der Anschluss gegen den Uhrzeigersinn, d. h. der zweite Anschlussteil
b'' in der gewünschten
Andockrichtung 34 gezogen worden ist. Weiterhin könnte es
für das
Gerät auch
möglich
sein, dass es während
einer bestimmten Zeit des Tages und in der Nacht innerhalb des Bereiches
B stehen bleibt. Der Mikroprozessor des Gerätes mit einer eingebauten Uhr
wird dann einfach so programmiert, dass es innerhalb des Bereiches
B anhält,
wenn das Gerät
dort während
der zutreffenden Zeit ankommt. Folglich braucht das weiter oben
beschriebene elektronische Suchsystem gar kein Andocksystem, auch
wenn das Andocken die üblichste Anwendung
ist. Das Suchsystem könnte
offensichtlich auch mit anderen als den weiter oben erwähnten Andocksystemen
kombiniert werden.
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Das
Andocksystem kann jedoch auch für mehrere
Andockrichtungen ausgelegt sein. Der nächstliegende Gedanke besteht
in einer doppelten Andockstation mit einer zweiten Andockrichtung, welche
der Andockrichtung 34 gerade entgegen gerichtet ist. Ein
derartiges System ist in 3 dargestellt. In diesem Fall
sollte ein zweites Suchkabel d' in die
entgegengesetzte Richtung in Bezug auf das erste Suchkabel b führen. Das
System ist in erster Linie für
die Batterieaufladung vorgesehen, und es ist eine Rampe in der entgegengesetzten
Richtung zu der in 2 dargestellten Richtung angelegt.
Diese Anordnung ermöglicht,
dass zwei Arbeitsgeräte
zur gleichen Zeit in einer Doppel-Andockstation wieder aufgeladen werden.
Wenn das Gerät
einem der Suchkabel, zum Beispiel b', gefolgt ist und andockt, wird vorzugsweise
der Strom in diesem Suchkabel abgeschaltet, so dass kein weiteres
Gerät ein
Aufladen an dem bereits besetzten Teil der Andockstation versucht.
Offensichtlich könnten
die Suchbereiche b und d auch für
andere Zwecke als die der Batterieladung verwendet werden. Der angepasste
Strom im Suchkabel b könnte
derselbe wie im Suchkabel d' sein, aber
er könnte
auch unterschiedlich sein, und zwar in Abhängigkeit vom Zweck eines jeden
Suchbereiches.
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Wie
erwähnt
wurde, gibt es in der Steuereinheit des Gerätes 2 einen Modus „Kabelverfolgung", welcher bei der
Fahrt von einem Bereich in einen anderen in Verbindung mit der Erfüllung von
mindestens einer oder mehreren Bedingungen aktiviert wird. Beispielsweise
wird der Modus "Kabelverfolgung" in Betrieb gesetzt,
wenn ein batteriebetriebenes Gerät eine
niedrige Batteriespannung (Bedingung) erreicht und vom inneren Bereich
hinüber
zum Suchbereich oder umgekehrt gelangt, was zur Folge hat, dass
das Gerät
einem Suchkabel b; b, d' folgt,
welches zu einer Andockstation 3; 3' für die automatische Batterieaufladung
führt.
Im Modus "Kabelverfolgung" wirkt der Zustand
des Bereichssignals 16 auf die Motorsteuerung 11 derart,
dass der Zustand innerer Bereich 18 das Gerät nach rechts
führt,
während
der Zustand Suchbereich 31, 32, 33 das
Gerät mehr
nach links führt,
so dass das Gerät
dem Suchkabel zwischen den zwei Bereichen im Uhrzeigersinn folgt,
z. B wird dies für
das Andocken in einer im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung angewendet.
Stattdessen ist für das
Laden in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn das folgende Verfahren
zutreffend: Im Modus "Kabelverfolgung" wirkt der Zustand
des Bereichssignals 16 derart auf die Motorsteuerung 11,
dass der Zustand innerer 18 Bereich das Gerät mehr nach
links steuert, während
der Zustand Suchbereich 31, 32, 33 das Gerät mehr nach
rechts steuert, so dass das Gerät dem
Suchkabel zwischen den Bereichen in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn
folgt. Offensichtlich könnte
der Modus "Kabelverfolgung" auch verwendet werden,
um dem Begrenzungskabel a zu folgen. Dies aber birgt im Allgemeinen
eine Menge an Problemen für
das Gerät
in sich, da sich das Begrenzungskabel in der Nähe von Blumenbeeten, Hauswänden und
dergleichen erstreckt. Das Gerät
könnte auch Gefahr
laufen, in dem im oberen Teil der 1 dargestellten
Inselbereich eingefangen zu werden. Das Gerät würde sich folglich immer rund
um diesen Inselbereich bewegen.
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Die 4 und 5 veranschaulichen,
wie die verschiedenen Bereiche voneinander unterschieden werden
können.
Die Symbole +, –,
? veranschaulichen schematisch die Ströme Ia, Ib in den Kabeln und
die Signale in den Bereichen A, B, C längs einer imaginären horizontalen
Zeitachse, so dass jedes Symbol +, –, ? einer Zeiteinheit entspricht.
Im oberen Teil der 4 ist der Strom Ia im Begrenzungskabel
a dargestellt. Dies ist ein Strom, dessen Phasenlage eine Bezugsphase
darstellt. Er ist deshalb definitionsgemäß ein phasengleicher Strom, welcher
durch ein Symbol ,+' gekennzeichnet
wird. Der Strom Ib im Suchkabel b alterniert in der Weise, dass
er entweder phasengleich oder phasenverschoben ist, wobei der phasenverschobene
Strom durch ein Symbol ,–' gekennzeichnet ist.
Dies bedeutet, dass zumindest die Stromrichtung der Wechselstromkomponente 15 mit
der höheren
Frequenz dahingehend alterniert, dass sie in Bezug auf die Stromrichtung
im Begrenzungskabel a entweder phasengleich oder phasenverschoben
ist. Auch die Wechselstromkomponente 14 mit der niedrigeren
Frequenz kann dahingehend alternieren, dass sie in der gleichen
Weise wie die Komponente 15 phasengleich oder phasenverschoben
ist, jedoch ist dieser Stromwechsel für das System nicht von Notwendigkeit.
Jeder Strom Ia, Ib erzeugt individuell Magnetfelder 7 mit einer
räumlich
veränderlichen
Stärke
und Richtung. Die vertikalen Komponenten dieser Magnetfelder werden
in jedem Punkt in den drei Bereichen A, B, C, addiert und werden
ein resultierendes raumabhängiges
Signal in der Sensoreinheit 8 verursachen. Diese Signale
(9), die von der Sensoreinheit 8 im Gerät 2 abgegeben
werden, werden folglich entweder phasengleiche Signale oder phasenverschobene
Signale oder eine Kombination von phasengleichen und phasenverschobenen
Signalen gemäß einem
speziellen Muster sein. Das phasengleiche Signal wird durch ein
Symbol ,+' und das
phasenverschobene Signal durch ein Symbol ,–' gekennzeichnet. Im äußeren Bereich C sind gemäß Definition
alle Signale phasenverschobene Signale, d. h. ,–'-Signale. Im inneren Bereich A in der
Nähe des
Begrenzungskabels a sind stattdessen alle Signale phasengleiche
Signale, d. h. ,+'-Signale.
Folglich können
wir feststellen, dass die Symbole umgekehrt werden, wenn das Begrenzungskabel
a überquert
wird. Da das Begrenzungskabel mit dem Strom Ia gespeist wird, welcher
mindestens zwei Wechselstromkomponenten unterschiedlicher Frequenz
enthält
und diese in einer bekannten Zeitrelation zueinander liegen, kann
deswegen die vertikale Richtung des Magnetfeldes innerhalb sowie
außerhalb
des Begrenzungskabels a erfasst werden. Und weil die Richtung unterschiedlich ist,
findet die genannte Umkehrung statt. Der entsprechende Sachverhalt
trifft auch auf das Suchkabel b zu, d. h. es tritt eine Umkehrung
der Signale auf, wenn das Kabel b überquert wird. Wir können feststellen,
dass innerhalb des Bereiches B das gleiche Signalmuster, wie es
im Strom Ib vorhanden ist, erfasst werden kann. Gerade außerhalb
des Suchkabels b im Bereich A sind diese Signale stattdessen umgekehrt,
so dass wir drei ,+'-Signale
und ein ,–'-Signal usw. an Stelle
von drei ,–'-Signalen und einem ,+'-Signal erhalten.
In dem Teil des Bereiches A, welcher weder in der Nähe des Begrenzungskabels
a noch in der Nähe
des Suchkabels b liegt, ist das Verhältnis der Signale etwas unbestimmter.
Die Magnetfelder der zwei Ströme
Ia, Ib löschen
sich gegenseitig aus, so dass in diesen Bereichen nur ein schwaches resultierendes
Signal 9 empfangen wird. Dies wird in den unbestimmten
Positionen durch ein ,?'-Symbol gekennzeichnet.
Das bedeutet, dass manchmal ein ,+'-Symbol
und manchmal ein ,–'-Symbol dort empfangen
wird, wo das ,?'-Symbol
angeordnet ist. Dies birgt jedoch keine praktischen Probleme mit
der Kennzeichnung eines jeden Bereiches in sich. In der rechten
Spalte sind die gekennzeichneten analogen Pegel bzw. ein analoger
Durchschnittswert des Anteils der phasengleichen Signale dargestellt,
d. h. der Anteil der ,+'-Symbole
in jeder Zeile. Was die Mittellinie betrifft, welche etwas unbestimmt
ist, wird der Analogpegel folglich so etwa zwischen 75-100 % liegen.
Im unteren Teil der Abbildung ist ein Beispiel für die Bedeutung der analogen
Signalpegel dargestellt. Beispielsweise können geeignete Signalpegel
in die Bewertungseinheit 23 in der Steuereinheit 10 einprogrammiert
werden, welche für
diesen Zweck verwendet wird. Die Signalpegel können auf sehr unterschiedliche
Art und Weise gewählt
werden, und das Beispiel zeigt ein geeignetes Verfahren, welches breite
Spielräume
bei jeder Entschlüsselung
bietet. Vergleichen Sie hierzu die obere Spalte für Analogpegel.
Weniger als 12 %, d. h. 12. % der ,+'-Symbole, werden als Bereich C entschlüsselt. 13-49
% werden als Bereich B entschlüsselt,
und mehr als 50 werden als Bereich A entschlüsselt. Folglich werden in der Bewertungseinheit
die Signale als analoger Durchschnittswert des Anteils von phasengleichen
Signalen oder als ein analoger Durchschnittswert des Anteils von
phasenverschobenen Signalen entschlüsselt, so dass die Bewertungseinheit
das Bereichssignal 16 erzeugt.
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Entsprechend
dem Beispiel in 4 nimmt sie entweder einen Zustand äußerer Bereich 17,
einen Zustand innerer Bereich 18 oder einen Zustand Suchbereich 31 auf.
Die Bewertungseinheit 23 kann auch die Signale als ein
digitales Muster von phasengleichen und phasenverschobenen Signalen
erfassen und auf dieser Grundlage das Bereichssignal 16 erzeugen.
In 4 werden die Zeitanteile für phasengleichen Strom und
phasenverschobenen Strom dahingehend bestimmt, dass sie 25 % bzw.
75 betragen, was eine vorteilhafte Wahl darstellt. Die Anteile könnten genauso
gut umgekehrt sein, aber dies wäre von
etwas geringerem Vorteil.
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Die 5 zeigt
ein Beispiel dafür,
wo der Anteil des phasenverschobenen Stromes im Suchkabel b 67 %
und der Anteil des phasengleichen Stromes annähernd 33 % beträgt. Diese
Werte könnten
auch umgekehrt sein, was jedoch von geringerem Vorteil wäre. In diesem
Fall ist ein weiteres Suchkabel d mit dem Strom Id vorhanden. In
diesem Beispiel haben sich 83 % phasengleicher Strom und 17 phasenverschobener
Strom ergeben, was 5 ,–'-Symbolen und 1 ,+'-Symbol entspricht,
und so weiter. Wenn man Bezug auf die 4 nimmt,
so trifft dort die gleiche Argumentation in diesem Fall zu, wenn
man die sich im Gerät
ergebenden Signale 9 innerhalb der verschiedenen Bereiche
und die sich ergebenden Analogpegel betrachtet. Auch in diesem Fall
betreffen die Analogpegel den Anteil der phasengleichen Signale,
d. h. der ,+'-Signale.
In der Abbildung wird ganz unten ein Beispiel für die Bedeutung der analogen
Signalpegel dargestellt, wo weniger als 8% = äußerer Bereich C, 9-25 % = Suchbereich
D, 26-49 % = Suchbereich B, mehr als 50 % = Bereich A sind. Die
Bewertungseinheit erzeugt das Bereichssignal 16 auf die
gleiche Art und Weise, wie sie früher beschrieben worden ist.
In diesem Fall kann sie einen Zustand äußerer Bereich 17,
einen Zustand innerer Bereich 18 oder einen Zustand Suchbereich 31 oder 32 aufnehmen.
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Im
oberen Teil der 6 wird die Anordnung des Begrenzungskabels
sowie des Suchkabels deutlich, und darunter wird eine graphische
Darstellung gezeigt, in welcher die vertikale Achse das vertikale Magnetfeld
um jedes Kabel herum zeigt und die horizontale Achse den Abstand
zwischen den Kabeln angibt. Die graphische Darstellung der 6 veranschaulicht
das vertikale Magnetfeld, wenn sich das Suchkabel in Phasengleichheit
mit dem Begrenzungskabel befindet, und die 7 zeigt
das Magnetfeld, wenn sich das Suchkabel im phasenverschobenen Zustand
befindet. Die graphischen Darstellungen betreffen die Magnetfelder
im dargestellten Querschnitt der Kabel. An jedem Querschnitt ist
auch die Kennzeichnung des Kabels angegeben, und die Fließrichtung
ist durch einen halbkreisförmigen
Pfeil dargestellt. Hierdurch wird verdeutlicht, ob die Flüsse einander
verstärken
oder schwächen,
und in jeder graphischen Darstellung ist auch der sich ergebende Fluss
dargestellt. Ein positiver vertikaler Fluss wird in der Abbildung
durch ein ,+'-Symbol
und ein negativer Fluss durch ein ,–'-Symbol gekennzeichnet. In den Bereichen,
wo der Fluss fast Null ist, wird dieses durch ein ,?'-Symbol gekennzeichnet.
Diese Symbole sind die gleichen, wie sie bereits in den 4 und 5 angegeben
sind. Die 7 entspricht völlig der 6,
zeigt aber den vertikalen Fluss, wenn sich das Suchkabel mit dem
Begrenzungskabel im phasenverschobenen Zustand befindet. wenn man 6 mit 7 vergleicht
und 4 mit 5 vergleicht, wird die Funktionsweise
des Systems noch deutlicher.
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Die 8 zeigt
ausführlicher,
wie die Signale von der Sensoreinheit in der Steuereinheit 10 verarbeitet
werden. Es wird auch verdeutlicht, welche Signale zur Motorsteuerung 11 weitergeleitet
werden. Beispielsweise besteht der Zweck der Sensoreinheit darin,
mindestens zwei Wechselstromkomponenten unterschiedlicher Frequenz
festzustellen, wie das bereits anhand der angegebenen Beispiele
mit 8 kHz und 16 kHz erwähnt
worden ist. Das bedeutet, dass die Spule 19 eine Resonanzfrequenz
aufweisen sollte, welche in der Nähe von mindestens einer der
Frequenzen der Wechselstromkomponenten liegt. Vorzugsweise wird
eine Resonanzfrequenz gewählt, welche
zwischen den Frequenzen der Komponenten 14, 15 liegt.
Bei einem Versuch wurde eine Spule mit einem um den Ferritkern herum
befindlichen Kupferdraht verwendet und ein Kondensator in Reihe
mit der Spule angeschlossen. Beide Bauteile bilden einen Resonanzschwingkreis
mit einer Resonanzfrequenz von ungefähr 11 kHz und eine Kreisgüte oder Q-Faktor
von ungefähr
1,2. Dank der niedrigen Kreisgüte
ist die Spule breitbandig, was für
den Durchgang der beiden Frequenzen notwendig ist. Eine Feinabstimmung
der Spule ist nicht erforderlich. Folglich wird ein Signal von der
Sensoreinheit 9 zur Steuereinheit 10 weitergeleitet.
Das Signal erreicht zuerst einen Frequenzteiler 21, wo
es in mindestens zwei Signalkomponenten 14', 15' mit unterschiedlichen Frequenzen
entsprechend den Frequenzen der Wechselstromkomponenten 14, 15 aufgeteilt
wird. Nach einer möglichen
Verarbeitung in einem Signalprozessor 22 werden die Signalkomponenten
zu einer Bewertungseinheit 23 weitergeleitet. Der Signalprozessor
wird verwendet, um den Signalkomponenten 14', 15' eine stärker ausgeprägte Rechteckform zu
geben, und die Notwenigkeit für
diesen Signalprozessor hängt
von der Ausführung
der Bewertungseinheit 23 ab. Ein Beispiel für eine Bewertungseinheit stellt
eine sogenannter Halteschaltung dar, welche einen Zeitgebereingang
und einen Eingang für
die Dateneingabe aufweist. In diesem Fall wird das Signal mit der
niedrigeren Frequenz 14' an
den Zeitgebereingang angeschlossen. Das bedeutet, dass, wenn die
8 kHz einen positiven Nulldurchgang ausführen, die Signalkomponente 15' vom Dateneingang freigegeben
wird und weiter geht zum Datenausgang und festgehalten wird, bis
eine Veränderung
erfolgt. Diese Funktion wird als "Sammeln und Halten" bezeichnet. In einem Beispiel wird
das Ergebnis darin bestehen, dass das abgehende Bereichssignal eine bestimmte
Spannung für
phasengleiche Signale bekommt, während
es eine andere Spannung für
phasenverschobene Signale erhält.
Weiter vorn wird beschrieben, wie die Bewertungseinheit 23 zumindest für die Signalkomponente 15' mit der höheren Frequenz
ihre Signale erfasst, so dass die Bewertungseinheit das Bereichssignal 16 erzeugt.
Die Erfassung kann entweder als ein analoger Durchschnittswert des
Anteils an phasengleichen Signalen oder des Anteils an phasenverschobenen
Signalen erfolgen oder als Erfassung eines digitalen Musters von
phasengleichen und phasenverschobenen Signalen. Folglich wird auf
diese Art und Weise ein Bereichssignal 16 erzeugt, welches
einen von mindestens drei verschiedenartigen Zuständen aufnimmt,
d. h. einen Zustand äußerer Bereich 17,
einen Zustand innerer Bereich 18 oder mindestens einen
Zustand Suchbereich 31, 32, 33. Die obige
Beschreibung ist etwas einfach in Bezug auf die grundlegende Funktionsweise
der Steuereinheit 10 in einer Ausführungsform.
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Weiterhin
erfolgt im Frequenzteiler 21 eine Verstärkung der Signale, vorzugsweise
in zwei Resonanzschwingkreisen, welche unter anderem aus zwei abgleichbaren
Spulen bestehen. Während
der Verstärkung
kann ein bestimmter Grad der Phasenverschiebung jeder Signalfrequenz
auftreten. Dies könnte
bedeuten, dass die Signalfrequenzen nicht in der gewünschten
dauerhaften Zeitrelation zueinander verbleiben. Dadurch kann im
Signalprozessor 22 eine abgleichende Phasenverschiebung
von jedem Signal durchgeführt
werden, so dass zwischen den Signalen die gewünschte Zeitrelation beibehalten wird.
Wie groß die
Verstärkung
der Signalkomponenten 14', 15' sein muss,
ist unterschiedlich und hängt davon
ab, wie weit entfernt sich das Gerät vom Begrenzungskabel befindet.
Es ist deshalb vorzuziehen, eine veränderliche Verstärkung vorzunehmen, welche
am größten ist,
wenn sich das Gerät
fern von den Kabeln befindet, und am niedrigsten ist, wenn sich
das Gerät
in der Nähe
eines Kabels befindet. Dies wird dadurch erreicht, dass eine der
Signalkomponenten, hier 14',
an einen Verstärker 24 weitergeleitet
wird und, nachdem es im Gleichrichter 25 gleichgerichtet
wurde, das analoge Verstärkungssignal 26 zum
Frequenzteiler 21 zurückgeleitet
wird, welcher ebenfalls eine veränderliche
Verstärkung aufweist.
Im Vergleich zu einer Schaltung, die diese spezielle Verstärkung nicht
aufweist, beeinflusst das Verstärkungssignal 26 die
veränderliche
Verstärkung der
Signale 14', 15', so dass eine
beträchtlich
konstantere Signalintensität
innerhalb und dicht in der Nähe
der Außenseite
des inneren Bereiches A erreicht wird. Die beschriebene Schaltung
dient als ein Verstärker
mit automatischer Verstärkungsregelung (AGC).
Bei dieser Schaltung ist es vorzuziehen, dass der Verstärker 24 eine
nicht lineare Verstärkung
besitzt, so dass seine Verstärkung
durch die Intensität des
eingehenden Signals auf eine nichtlineare Weise beeinflusst werden
kann. In 9 ist dargestellt, dass sich
die Signalintensität
U der Signale 14', 15' entsprechend
der durchgezogenen Linie innerhalb des inneren Bereiches A sehr
wenig ändert
und im äußeren Bereich
C außerhalb
vom Begrenzungskabel langsam abfällt.
Falls diese spezielle Verstärkerlösung nicht
in Anwendung gebracht werden sollte, würde die Signalintensität der Signale 14', 15' stattdessen
dem Verlauf der strichpunktierten Linie folgen, was natürlich weit
nachteiliger ist.
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In
der Mitte des Bereiches A ist das Verhältnis zwischen den Signalintensitäten dergestalt;
dass die Signalintensitäten
entsprechend der durchgezogenen Linie ungefähr 100 mal stärker sind
als jene entsprechend der strichpunktierten Linie.
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Es
ist wichtig, dass sich das Gerät
im Fall einer zu niedrigen Signalintensität selbst abschaltet. Da die
Bewertungseinheit 23 auf 'digitale" Art und Weise arbeitet, wird dieses
nicht automatisch funktionieren. Aus diesem Grund wird ein spezielles
Qualitätssignal 26 geschaffen.
Im dargestellten Beispiel ist es das gleiche Verstärkungssignal,
welches in der Verstärkerschaltung
verwendet wird. Das analoge Qualitätssignal 26 weist
eine Signalintensität
auf, welche ein Maß der
Intensität
des an der Steuereinheit ankommenden Signals 9 darstellt,
so dass das Gerät
bei einem zu niedrigen Qualitätssignal
abgeschaltet werden kann, d. h. bei einer zu niedrigen Signalintensität. Das Qualitätssignal
könnte
auch direkt von den ankommenden Signalen 9 aufgenommen und
danach gleichgerichtet worden sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Steuereinheit 10 können
die von der Sensoreinheit 8 aufgenommenen Signale 9 mittels
einer speziellen Software analysiert werden, so dass die Signale
vom inneren Bereich A von den Signalen vom äußeren Bereich C abgetrennt
werden können.
Auch in diesem Fall muss der dem Begrenzungskabel zugeführte Strom
mindestens zwei Wechselstromkomponenten unterschiedlicher Frequenz
enthalten, welche eine bekannte Zeitrelation aufweisen. Andererseits
dürfen die
Signale 9 in einem Frequenzteiler 21 nicht in
Signalkomponenten aufgetrennt werden. Das "Summensignal" kann direkt analysiert werden, vorzugsweise
dann, nachdem eine bestimmte Verstärkung vorgenommen wurde. In
diesem Fall ist die Steuereinheit 10 der in 8 dargestellten
Steuereinheit relativ ähnlich.
Wie bereits weiter vorn beschrieben wurde, werden die Signale 9 in
der Einheit 21 verstärkt,
dürfen
aber nicht in Signalkomponenten 14', 15' aufgetrennt werden. Die beste
Art und Weise, dies zu veranschaulichen, besteht darin, einfach
das Signal 15' zwischen
den Einheiten 21 und 22 sowie das entsprechende
Signal zwischen den Einheiten 22 und 23 in 5 zu
löschen.
Die Bewertungseinheit 23 stellt einen Mikrocomputer dar
oder bildet einen Teil eines größeren Mikrocomputers,
welcher mit. einer speziellen Software ausgestattet ist, um die ankommenden
Signale 14',
welche die verstärkten Signale 9 sind,
zu analysieren. Für
diese Analyse wird ein Analog-Digital-Wandler eingesetzt. Durch
einen Vergleich des Signals mit gespeicherten Daten kann die Bewertungseinheit
feststellen, ob sich die Sensoreinheit 8 im inneren Bereich
A oder im äußeren Bereich
C befindet. Auf Grund des speziellen Stroms, der an das Begrenzungskabel
abgegeben wird, können
die Signale aus dem inneren Bereich von den Signalen aus dem äußeren Bereich
getrennt werden. Vorzugsweise wird für diesen Zweck ein digitaler
Signalprozessor (DSP) verwendet. Die Einheiten 22, 23, 24 und 25 könnten Teile
in einer DSP-Einheit
sein. Diese DSP-Einheit könnte
auch in die Einheit 11 eingebaut sein.
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Die 10 stellt
in einer etwas vereinfachten Form die elektrische Ausführung eines
Signalgenerators dar, welcher ein Begrenzungskabel und ein Suchkabel
mit Strom speist, und 11 zeigt einige wichtige Signale
und Ströme
im Signalgenerator. Die Einheit 35 stellt einen Oszillator
mit einer Frequenz von 32 kHz dar. Diese Frequenz wird einer binären Zähleinrichtung,
d. h. der Einheit 36, zugeführt, welche die Frequenz aufteilt,
so dass die höchste
Frequenz QA 16 kHz beträgt
und die nächstliegende Frequenz
QB die halbierte Frequenz ist, d. h. 8 kHz. In diesem Fall werden
diese beiden Frequenzen verwendet. Weiterhin werden zwei Frequenzen
mit beträchtlich
niedrigeren Frequenzen QF und QG verwendet, wobei QG die Hälfte der
Frequenz QF beträgt.
Das Signal mit der Frequenz von 8 kHz wird einem Digitalwandler 38 zugeführt, welcher
eine gewünschte
Kurvenform mit Plateau erzeugt, d. h.. horizontale Abschnitte zwischen
den Spitzenwerten; vergleiche hierzu die 11. Das
Signal wird hinunter zu einem EXKLUSIV-ODER-Gatter 40 geleitet, und
ein Teil davon wird zu einem widerstand R1 weitergeleitet. Das Signal
mit der höheren
Frequenz wird mit G:16 kHz bezeichnet und wird sowohl einem EXKLUSIV-ODER-Gatter 39 als
auch dem Widerstand R2 zugeführt.
Das Bauelement 37 ist ein UND-Gatter, welches für die Erzeugung
eines die Phase umkehrenden Signals Sh verwendet wird.
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Dieses
wird sowohl zum Bauelement 39 als auch zum Bauelement 40 weitergeleitet.
Das die Phase umkehrende Signal Sh weist das in 11 dargestellte
Aussehen auf, wobei es einen höheren Pegel
während
eines Viertels der Zeit für
die Umkehrung in den phasenverschobenen Zustand aufweist, während die
verbleibenden drei Viertel einen niedrigeren Pegel für den phasengleichen
Zustand aufweisen. Jede Frequenz erfährt folglich in jedem Bauelement 39 bzw. 40 zu
sich Phasenumkehr. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass jedes Frequenzsignal
in sich selbst binär
ist und Phasenumkehr erfahren kann, während eine Kombination aus
beiden Signalen ternär
ist, und nicht auf die gleiche Art und Weise behandelt werden kann.
Das die Phase umkehrende Signal Sh könnte auch von seinem eigenen Oszillator
erzeugt werden. Dies könnte
in dem Beispiel gemäß 5 relevant
sein, könnte
jedoch etwas komplizierter als das dargestellte sein. Mittels der
Widerstände
R1 – R4
wird die Umwandlung eines jeden Signals von der digitalen in die
analoge Form erreicht. Das Signal, welches die Widerstände R1 und
R2 verlässt,
hat folglich von analoge Form und kann in ein Signal des Begrenzungskabels
Sa zusammen gebracht werden. Dieses Signal liegt in Form einer Spannung
vor und wird im Spannungs-Strom-Umwandler 41 in die Form
eines Stromes umgewandelt, so dass der Strom Ia im Begrenzungskabel
erzeugt wird. Wie in der Abbildung dargestellt wird, ist das Begrenzungskabel
a in einen Stromkreis eingebunden, welcher an eine Batterie angeschlossen
ist, hier mit 10 V Ausgangsspannung. Die Schaltung ist geerdet.
Der Strom im Begrenzungskabel ist in der Abbildung gekennzeichnet.
von jedem Bauelement 39 bzw. 40 kommen Signale,
welche durch Umdrehungen phasenumgekehrt sind und ihre eigene Frequenzkomponente
aufweisen. In den Widerständen
R4 bzw. R3 erfolgt eine Umwandlung des Signals aus der digitalen
in die analoge Form. Danach werden die zwei von R3 und R4 ankommenden
Signale in ein Suchkabelsignal Sb aufsummiert. Dieses Signal liegt
in Form einer Spannung vor, wird aber in einem Spannungs-Strom-Umwandler 42 in Strom
umgewandelt, so dass der Strom Ib im Suchkabel geschaffen wird.
Dies sind die Hauptmerkmale der Funktion des Signalgenerators; es
gibt jedoch einige weitere eingebaute Merkmale, z. B. sind die Widerstände R9 und
R10 in der Lage, die Abweichung zu dämpfen, so dass eine Spannung
von 1 V an Stelle von 9 V abgegeben wird. Die Kondensatoren C1 und
C2 können
die rechteckigen Flanken in den Rechteckwellen der Wechselstromkomponenten
abrunden, um elektrische Störgrößen zu reduzieren.
In 10 werden anerkannte Bezeichnungen für die verschiedenen
elektrischen Komponenten verwendet.
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11 zeigt
somit einige wichtige Signale und Ströme im Signalgenerator entsprechend
der 10. In der Abbildung ist ganz oben ein Signal
F mit der Frequenz von 8 kHz dargestellt. Darunter ist ein Signal
G mit einer Frequenz von 16 kHz gezeigt. Wie dargestellt ist, liegen
diese vorzugsweise in einer dauerhaften Zeitrelation zueinander.
Darunter ist eine Aufsummierung der beiden oben erwähnten Signale
oder Ströme
dargestellt, welche mit Ia/Sa bezeichnet ist, d. h. der Strom im
Begrenzungskabel bzw. das entsprechende Signal, um den Stromfluss zu
erzeugen.
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Darunter
ist ein die Phase umkehrendes Signal Sh dargestellt. Das die Phase
umkehrende Signal Sh weist zwei Zustände auf; einen Zustand, wo
keine Phasenumkehrung auftritt, welche in diesem Fall drei Viertel
der Zeit beträgt,
und einen weiteren Zustand, der für die Phasenumkehr verwendet
wird, in diesem Fall während
eines Viertels der Zeit. Durch diese Phasenumkehrung wird die Kurvenform
dergestalt verändert,
dass der kleine positive "Höcker" in Ib zuerst auftaucht,
während
er in Ia zuletzt auftaucht. Es ist von Vorteil, die Phasenumkehrung
während
eines Teiles des Signals durchzuführen, der im Wesentlichen horizontal
ist. Bei diesem Beispiel ist folglich daran gedacht, dass die Phasenumkehrung
für das
ternäre
Signal Sa durchgeführt
werden soll, wohingegen sie in der wirklichen Schaltung entsprechend 10 für jedes
binäre
Signal selbst durchgeführt wird.