DE2739967B2

DE2739967B2 - Proximity initiator

Info

Publication number: DE2739967B2
Application number: DE19772739967
Authority: DE
Inventors: geb. Wierzbowski Ursula 7300 Esslingen Gaßmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1981-06-11
Also published as: DE2739967A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Annäherungsinitiator mit einem Hochfrequenzoszillator, dessen Schwingkreis zwecks Ein- oder Ausschaltung eines elektronischen Schalters durch einen weiteren, auf die gleiche oder nahezu gleiche Frequenz abgestimmten (Auslöse-) Schwingkreis bedämpft bzw. verstimmt wird.The invention relates to a proximity initiator with a high-frequency oscillator, the resonant circuit of which for the purpose of switching an electronic switch on or off by another, to the same or nearly the same frequency tuned (trigger) resonant circuit is damped or detuned.

Annäherungsinitiatoren werden überall dort gern eingesetzt, wo ein Schalter berührungslos betätigt werden soll. Sie haben gegenüber Lichtschranken den großen Vorteil, daß sie auch unter extremen Umweltbedingungen, also auch bei sehr schmutzigen Anlagen noch schalten. Die meisten Annäherungsinitiatoren arbeiten induktiv, d. h. das magnetische Feld eines Schwingkreises wird von außen durch Annäherung von Metallteilen beeinflußt. Diese Beeinflussung führt in den meisten Fällen zu einer starken Bedämpfung des Schwingkreises, und somit zum Aussetzen der Schwingung des Oszillators, wodurch der gewünschte Schaltvorgang ausgelöst wird. In seltenen Fallen wird nicht die Amplitude sondern die Frequenz des Oszillators beeinflußt, die Amplitude bleibt dann weitgehend unverändert. In diesen Fällen muß jedoch ein Frequenzindikator zur Anwendung zwecks Feststellung der durch Annäherung ausgelösten Frequenzänderung kommen, die ihrerseits den Schaltvorgang auslöst. Bei der erstgenannten Type bei der die Dämpfung ausgenutzt wird, ist der Oszillator bewußt labil dimensioniert, der Rückkopplungsfaktor liegt nur wenig über 1, so daß eine relativ geringe Bedämpfung bereits zum Aussetzen der Oszillatorschwingungen führt. Die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit der Schwingung wird zum Betätigen eines Scnalters herangezogen.Proximity switches are often used wherever a switch is actuated without contact shall be. They have the great advantage over light barriers that they can be used even under extreme environmental conditions, so still switch even with very dirty systems. Most of the proximity initiators work inductively, d. H. the magnetic field of an oscillating circuit is generated from the outside by the approach of Metal parts affected. In most cases, this influence leads to a strong attenuation of the Resonant circuit, and thus to suspend the oscillation of the oscillator, whereby the desired switching process is triggered. In rare cases it is not the amplitude but the frequency of the oscillator that is used influenced, the amplitude then remains largely unchanged. In these cases, however, a frequency indicator must be used for use to determine the frequency change triggered by proximity come, which in turn triggers the switching process. In the case of the first-mentioned type, the damping is used, the oscillator is deliberately dimensioned unstable, the feedback factor is only slight over 1, so that a relatively low damping already leads to the suspension of the oscillator oscillations. the The presence or absence of the vibration is used to operate a switch.

Neben diesen induktiven Annäherungsinitiatoren, die auf Metalle ansprechen, gibt es auch kapazitive Annäherungsinitiatoren, bei denen das elektrische Feld von außen z. B. durch Annäherung von Kunststoffen beeinflußt werden kann.In addition to these inductive proximity switches that respond to metals, there are also capacitive ones Proximity initiators, in which the electrical field from the outside z. B. by approaching plastics can be influenced.

Alle diese Annäherungsinitiatoren haben den wesentlichen Nachteil, daß auch versehentlich angenäherte Metall- bzw. Kunststoffteile unerwünschte Schaltvorgänge auslösen und somit Schaden verursachen können. Noch unangenehmer ist es, wenn mit der Betätigung durch Unberechtigte gerechnet werden muß. Diese Annäherungsinitiatoren können daher nur an Orten, zu ■-, denen Fremde keinen Zugang haben, verwendet werderi.All of these proximity initiators have the major disadvantage that they are also accidentally approximated Metal or plastic parts can trigger undesired switching processes and thus cause damage. It is even more uncomfortable when the operation by unauthorized persons has to be expected. These Proximity initiators can therefore only be used in places to which strangers have no access werderi.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe diesen Nachteil zu beheben und einen Annäherungsinitiator zu schaffen, bei dem durch Annäherung beliebiger fremder Gegenstände kein Schaltvorgang ausgelöst werden kann.The object of the invention is to remedy this disadvantage and to create a proximity initiator, in which no switching process can be triggered by approaching any foreign objects.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1, während zweckmäßige Weiterbildungen dem Unteranspruch zu entnehmen sind.The solution to this problem arises from claim 1, while expedient developments can be found in the sub-claim.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßenThe main advantage of the invention

is Anordnung ist, daß nur durch Annäherung eines dem Annäherungsinitiator zugeordneten Auslöseschwingkreises ein Schaltvorgang ausgelöst werden kann.is arrangement is that only by approximation of one of the Proximity initiator associated triggering oscillating circuit a switching process can be triggered.

Ferner kann in Weiterbildung der Erfindung ein Initiator verwendet werden, dessen Oszillator nacheinander in schnellem Wechsel auf verschiedene Frequenzen umgeschaltet wird, von denen jeder je ein elektronischer Schalter und je ein Auslöseschwingkreis zugeordnet ist. Es wird dadurch möglich, mit einem einzigen Annäherungsinitiator mit η verschiedenenFurthermore, in a further development of the invention, an initiator can be used, the oscillator of which is switched one after the other in rapid change to different frequencies, each of which is assigned an electronic switch and a trigger oscillating circuit. This makes it possible to use a single proximity initiator with η different

r, Auslöseschwingkreisen η verschiedene Schaltvorgänge auszulösen. Mit einem derartigen Mehrfach-Annäherungsinitiator kann ein hohes Maß von Eigensicherheit erzielt werden. Nimmt man z. B. einen mit zwei Frequenzen und den zwei zugehörigen Schalternr, tripping oscillating circuits η trigger different switching processes. With such a multiple proximity initiator, a high degree of intrinsic safety can be achieved. If you take z. B. one with two frequencies and the two associated switches

id ausgerüsteten Annäherungsinitiator und zwei Auslöseschwingkreise. Beim Normalzustand befindet sich ein erster Auslöseschwingkreis vor dem Initiator, so daß der Schalter mit der gleichen Frequenz ein- und der andere ausgeschaltet ist oder umgekehrt. Nähert sichid equipped proximity initiator and two trigger oscillating circuits. In the normal state there is a first resonant circuit in front of the initiator, so that the switch is on with the same frequency and the other is off, or vice versa. Approaches

Γ) nun von der Seite der andere Auslöseschwingkreis und setzt sich anstelle des ersten, so wird der zweite Schalter ein- und der erste ausgeschaltet oder umgekehrt. Die Eigensicherheit ist dadurch erreicht, daß bei Ausfall des Oszillators der gleichzeitige ein- bzw. ausgeschaltete Zustand beider Schalter als Alarmsignal ausgewertet werden kann. Auch die Schalter selbst werden bei dieser Betriebsart überwacht. Denn wenn beide den gleichen Schaltzustand aufweisen, tritt wieder der Alarmfall ein. Schließlich kann man sogar noch eine weitere Sicherheit dadurch erreichen, daß man Auslöseschwingkreise verwendet, die nicht nur bei einer, sondern sogar bei zwei oder noch mehr Frequenzen Resonanzerscheinungen zeigen.Γ) now from the side the other tripping oscillating circuit and if it replaces the first, the second switch is switched on and the first switched off or vice versa. the Intrinsic safety is achieved in that if the oscillator fails, the oscillator is switched on or off at the same time State of both switches can be evaluated as an alarm signal. The switches themselves are also used on this Operating mode monitored. Because if both have the same switching status, the alarm occurs again. Finally, you can even achieve a further level of security in that you have triggering oscillating circuits used, which resonance phenomena not only at one, but even at two or more frequencies demonstrate.

Es sind bereits Anordnungen von Annäherungsinitia-There are already orders from proximity initia-

V) toren (auch Annäherungsschalter genannt), bekannt, denen eine andere Aufgabe zugrundeliegt, nämlich eine universell programmierbare Schalteinrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe binär verschlüsselte Zahlen oder Befehle berührungslos übertragen werden und die V) gates (also called proximity switches), known, which are based on a different task, namely to create a universally programmable switching device, with the help of which binary encrypted numbers or commands are transmitted without contact and which

■55 einzelnen Annäherungsschalter sehr dicht nebeneinander angeordnet werden können, ohne daß sie sich dabei gegenseitig beeinflussen. Dies wird dadurch erreicht, daß jedes Dämpfungsorgan einen auf die Frequenz des zugeordneten Oszillators abgestimmten Resonanzkreis enthält und daß sich die Frequenzen von nebeneinander angeordneten Oszillatoren und Dämpfungsorganen soweit unterscheiden, daß keine gegenseitige Beeinflussung eintritt.■ 55 individual proximity switches very close together can be arranged without influencing one another. This is achieved by that each damping element has a resonant circuit tuned to the frequency of the associated oscillator contains and that the frequencies of oscillators and damping elements arranged next to one another differ so far that no mutual influence occurs.

Durch Schließen des Schalters des in bestimmtem Abstand zu dem zugehörigen Schaltkreis fest montierten Resonanzkreises entzieht letzterer dem ers-jn soviel Energie, daß dieser stark bedämpft wird und an seinem Oszillator ein Schaltsignal abnehmbar ist. BeiBy closing the switch of the permanently mounted at a certain distance from the associated circuit The latter withdraws the resonance circuit from the ers-jn so much energy that it is strongly attenuated and a switching signal can be taken from its oscillator. at

dieser bekannten Anordnung wird der gewünschte Schaltvorgang nicht ausschließlich durch Annähern, sondern durch Betätigen eines Schalters bewirkt Es sind bei ihr keine Vorkehrungen getroffen, die geeignet wären, das Bedampfen des Schwingkreises und das Auslösen des Schaltvorgangs durch Annähern von Metallen zu verhindern. Außerdem werden verschiedene Frequenzen je einem Annäherungsschalter zugeordnet, während bei der Weiterbildung der Erfindung ein einziger Annäherungsinitiator nacheinander mehrere Frequenzen einimmt Anhand der beigefügten Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutertthis known arrangement, the desired switching process is not only achieved by approaching, but caused by pressing a switch. No suitable precautions have been taken with her would be, the vaporization of the resonant circuit and the triggering of the switching process by approaching Prevent metals. In addition, different frequencies are each assigned to a proximity switch, while in the further development of the invention, a single proximity initiator successively several Frequencies assumes The invention will be explained in more detail with the aid of the accompanying drawings

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines bekannten induktiven Annäherungsinitiators. Der Schwingkreis arbeitet mit der Oszillatorschaltung 2 zusammen, deren Rückkcpplungfaktor so wenig größer als 1 ist, daß bei Annäherung von Metall an den unmittelbar unter der Oberfläche des Gehäuses liegenden Schwingkreis, desren Bedämpfung so stark ist, daß der Oszillator aufhört zu schwingen. Dem Oszillator 1 ist ein Schmitt-Trigger 3 nachgeschaltet, der die Schaltendstufe 4 ansteuert. Am Ausgang der Schaltung erscheint somit zwingend volle Spannung oder Spannung null.F i g. 1 shows the block diagram of a known inductive proximity switch. The oscillating circuit works together with the oscillator circuit 2, the feedback factor of which is so little greater than 1 that when metal approaches the oscillating circuit immediately below the surface of the housing, its damping is so strong that the oscillator stops oscillating. A Schmitt trigger 3, which controls the switching output stage 4, is connected downstream of the oscillator 1. Full voltage or zero voltage therefore necessarily appears at the output of the circuit.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung. Innerhalb des zylindrischen, nichtmetallischen Gehäuses 5 des Annäherungsinitiators ist der Oszillatorschwingkreis 7 und die gedruckte Platte 8 angeordnet, die die Schaltung trägt. Das Zuführungskabel ist mit 6 bezeichnet Der Abstanu a des Schwingkreises 7 zur annäherungsempfindlichen Stirnfläche ist so groß, daß das Annähern von Metallen diesen Schwingkreis nur so geringfügig dämpft daß der Oszillator noch voll weiterschwingt Erst bei Annäherung des beim Ausführungsbeispiel in einem Gehäuse 9 untergebrachten Auslöseschwingkreises 10 wird der Oszillatorschwingkreis 7 — wenn der Schwingkreis 10 auf die Oszillatorfrequenz abgestimmt ist — so stark bedämpft, daß die Oszillatorschwingung aufhört Diese im Vergleich zu einer Metallfläche viel stärkere Bedämpfung beruht darauf, daß der Auslöseschwingkreis zusammen mit der Koppelinduktivität einen Saugkreis bildet, der dem Oszillatorschwingkreis genau bei seiner Schwingfrequenz erheblich Energie entzieht. Je höher die Schwingkreisgüte des Auslöseschwingkreises, um so größer ist der Abstand, bei dem er bereits so stark dämpft, daß die Oszillatorschwingung aufhört. Bei üblichen Schwingkreisgüten ist der zur Unterdrückung der Oszillatorschwingung nötige Abstand zwischen den beiden Schwingkrsisspulen 5 bis 10 mal größer als bei Annäherung einer Metallfläche. Daher kann der Abstand a so groß gewählt werden, daß das Annähern von Metallteilen keinen Schaltvorgang auslöst, das Annähern eines abgestimmten Auslöseschwingkreises aber schon zum Auslösen des Schaltvorganges ausreicht, wenn dieser noch einige mm (bei großen Annäherungsinitiatoren einige cm) vom Initiator entfernt ist. Das Gehäuse des Auslöseschwingkreises wird auf der dem Initiator abgewandten Seite so lang ausgestaltet, daß durch Annähern von Metall von dieser Seite der Auslöseschwingkreis nicht störend bedämpft wird, da er sonst so stark an Güte verlieren würde, daß auch er die Oszillatorschwingung nicht mehr beeinflussen kann,F i g. 2 shows an embodiment of an arrangement according to the invention. Inside the cylindrical, non-metallic housing 5 of the proximity switch, the oscillator circuit 7 and the printed circuit board 8 are arranged, which carries the circuit. The supply cable is provided with 6 designates The Abstanu a of the resonant circuit 7 to the proximity-sensitive end face is so large that the approach of metals this resonant circuit attenuates only so small that the oscillator is still fully continues to oscillate until the approach of the accommodated in the embodiment of a housing 9 trigger oscillation circuit 10 is The oscillator circuit 7 - when the oscillator circuit 10 is tuned to the oscillator frequency - is damped so much that the oscillator oscillation ceases draws considerable energy from its oscillation frequency. The higher the quality of the oscillating circuit, the greater the distance at which it already damps so much that the oscillator oscillation stops. With conventional resonant circuit qualities, the distance between the two oscillator circuit coils required to suppress the oscillator oscillation is 5 to 10 times greater than when a metal surface is approaching. Therefore, the distance a can be selected so large that the approach of metal parts does not trigger a switching process, but the approach of a coordinated triggering circuit is sufficient to trigger the switching process if it is still a few mm (with large proximity switches a few cm) away from the initiator. On the side facing away from the initiator, the housing of the triggering oscillating circuit is designed to be so long that the triggering oscillating circuit is not attenuated in a disturbing manner by approaching metal from this side, as otherwise it would lose so much quality that it can no longer influence the oscillator oscillation.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 3 zeigt einen auf zwei Frequenzen umschaltbaren und mit zwei dazugehörigen Schaltern ausgerüsteten Annäherungsinitiator mit zwei nicht dargestellten Auslöseschwingkreisen, von denen jeder auf je eine dieser Frequenzen abgestimmt ist Es wird daher durch Annähern des ersten Auslöseschwingkreises der erste Schalter und durch Annähern des zweiten der zweite Schalter geschaltet Die Schaltung des Oszillators ist gegenüber --. der der F i g. 1 dadurch erweitert daß dem Schwingkreis eine Kapazitätsdiode Ii parallel geschaltet ist der über den Entkopplungswiderstand 12 vom Impulsgenerator 14 rechteckförmige Umschaltimpulse zugeführt werden. Der Koppelkondensator ist mit 13 bezeichnet Im Wechsel dieser Impulsfrequenz schwingt der Oszillator abwechselnd auf einer höheren und niedrigeren Frequenz. Die Frequenzen liegen so weit auseinander, daß eine deutlische Unterscheidung möglich ist Vom Impulsgenerator werden zusätzlich die TakteingängeThe embodiment of FIG. 3 shows one switchable to two frequencies and with two associated Switch-equipped proximity initiator with two trigger oscillating circuits, not shown, each of which is tuned to one of these frequencies. It is therefore made by approximating the first triggering circuit the first switch and by approaching the second the second switch switched The circuit of the oscillator is opposite -. that of the F i g. 1 expanded by the fact that the resonant circuit a capacitance diode Ii is connected in parallel over the the decoupling resistor 12 are fed from the pulse generator 14 square-wave switching pulses. The coupling capacitor is denoted by 13. The oscillator oscillates in alternation of this pulse frequency alternately on a higher and lower frequency. The frequencies are so far apart that a clear distinction is possible. The pulse generator also provides the clock inputs

ι -, der beiden D-Flipflops 15 und 16 angesteuert, und zwar der des D-Flipflops 15 direkt und der andere mit dem Gatte? 17 invertiert Der Ausgang des dem Oszillator nachgeschalteten Schmitt-Triggers 20 steuert seinerseits an den D-Eingängen die D-Flipflops an. Die Ausgänge der D-Flipflops sind H (high), wenn der Oszillator auf der ihnen zugeordneten Frequenz schwingt und L (low), wenn er nicht schwingt Diese Ausgänge steuern schließlich die als Schalter betriebenen Endstufen 18 und 19.ι -, the two D flip-flops 15 and 16 controlled, namely that of the D flip-flop 15 directly and the other with the husband? 17 inverted The output of the Schmitt trigger 20 connected downstream of the oscillator in turn controls the D flip-flops at the D inputs. The outputs of the D flip-flops are H (high) when the oscillator is oscillating at the frequency assigned to them and L (low) when it is not oscillating.These outputs ultimately control the output stages 18 and 19, which are operated as switches.

F i g. 4 zeigt die Oszillogramme für den Fall, daß vor dem Annäherungsinitiator ein Auslöseschwingkreis ist der auf die Frequenz abgestimmt ist, auf der der Oszillator in dem Augenblick schwingt, in dem der Impulsgenerator L-Potential abgibt. Die Impulsspan-F i g. 4 shows the oscillograms for the case that before the proximity initiator is a triggering resonant circuit that is tuned to the frequency on which the The oscillator oscillates at the moment when the pulse generator emits L potential. The pulse span

jo ntng des Impulsgenerators ist mit a die Oszillatorschwingung mit b bezeichnet. Man erkennt, wie die Oszillatorschwingung exponentialförmig anschwingt wenn die Spannung des Impulsgenerators von L auf H übergegangen ist, und daher der Oszillator eine anderejo ntng of the pulse generator is denoted by a, the oscillator oscillation with b . You can see how the oscillator oscillates exponentially when the voltage of the pulse generator has changed from L to H, and therefore the oscillator is different

j5 Frequenz einnimmt als der Auslöseschwingkreis. Wie dem Kurvenzug c zu entnehmen ist, geht der nachgeschaltete Schmitt-Trigger nach Erreichen einer bestimmten Mindestamplitude von L nach H Auch beim erneuten Zurückschalten hinkt die Kurve c zeitlich nach, so daß sichergestellt ist, daß an den D-Eingängen beim Umschalten noch der alte Wert der vorangegangenen Teilperiode liegt und dieses Verstärkerausgangspotential von dem einen oder anderen D-Flipflop übernommen und für eine Wechselperiode gespeichert wird.j5 takes up frequency as the triggering resonant circuit. As can be seen from curve c, the downstream Schmitt trigger goes from L to H after a certain minimum amplitude has been reached. When switching back again, curve c lags behind in time, so that it is ensured that the old one is still used at the D inputs when switching Value of the previous partial period and this amplifier output potential is taken over by one or the other D flip-flop and stored for an alternating period.

Befindet sich vor dem Annäherungsinitiator kein Auslöseschwingkreis, so schwingt der Oszillator in beiden Teilbereichen der Wechselperiode und der Ausgang bei der D-Flipflops ist H. Ist der Oszillator durch einen Bauelementeausfall defekt, so schwingt erIf there is no trigger oscillating circuit in front of the proximity switch, the oscillator oscillates in both parts of the alternating period and the output at the D flip-flops is H. Is the oscillator defective due to a component failure, it oscillates

so gar nicht mehr und beide Flipflopausgänge sind L. Damit ist ein eindeutiges Signal für den Störzustand gegeben. Soll ein noch höherer Grad von Eigensicherheit erreicht und auch die Flipflops, die Endstufen und der Rechteckgenerator überwacht werden, so wird vor dem Initiator ein auf eine der beiden Oszillatorfrequenzen abgestimmter Auslöseschwingkreis angebracht, der bei seitlicher Annäherung des auf die andere Frequenz abgestimmten Auslöseschwingkreises zur Seite gedrängt wird. Man hat also ein eindeutiges Kriterium für den Störungszustand und kann durch nachgeschaltete Überwachungsschaltungen die zur Vermeidung von Schäden erforderlichen Gegenmaßnahmen einleiten.not at all anymore and both flip-flop outputs are L. This gives a clear signal for the fault condition. Should an even higher degree of intrinsic safety reached and the flip-flops, the output stages and the square wave generator are monitored, so is before the initiator is attached to one of the two oscillator frequencies matched trigger oscillating circuit, the pushed to the side when the triggering circuit, which is tuned to the other frequency, approaches from the side will. So you have a clear criterion for the fault condition and can go through downstream Monitoring circuits initiate the countermeasures required to avoid damage.

Mit an sich bekannten Mitteln z. B. Schieberegistern statt Flipflops ist es möglich diese Schaltung so zuWith known means such. B. Shift registers instead of flip-flops it is possible to use this circuit like this

b^r, erwe'tern, daß nicht nur zwei, sondern drei oder noch mehr Schalter von einem Initiator angesteuert werden. Dazu muß der Kapazitätsdiode eine treppenförmig ansteigende Spannung zugeführt werden, die an sichb ^r , extend that not only two, but three or more switches are controlled by one initiator. For this purpose, the capacitance diode has to be supplied with a step-shaped increasing voltage, which in itself

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bekannter Weise mit einem von einem Schieberegister schwingkreis den Oszillatorschwingkreis zu verstim-known way to detune the oscillator circuit with a resonant circuit of a shift register.

angesteuerten Widerstandsnetzwerk als Analog-Digi- men, wenn dem Initiator zur Detektierung diesercontrolled resistance network as analog digits, if the initiator to detect this

lalwandlcr leicht erzeugt werden kann. Verstimmung eine Diskriminatorschaltung zugeordnetlalwandlcr can be easily generated. Detuning assigned to a discriminator circuit

Ls ist ferner möglich durch Annähern eines etwas ist.
neben die Oszillatorfrequenz abgestimmten Auslöse-Ls is also possible by approximating something.
in addition to the oscillator frequency matched trigger

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Proximity initiator with a high-frequency oscillator, whose oscillating circuit for the purpose of one or Switching off an electronic switch by another, to the same or almost the same Frequency-adjusted (triggering) resonant circuit is damped or detuned, characterized in that that the resonant circuit of the high-frequency oscillator is arranged within a housing that metals and others Objects have a very low damping that is insufficient to trigger the switching process or Cause detuning, which is only triggered by the approach of the trigger oscillating circuit.

2. proximity initiator according to claim 1, characterized in that the oscillator of the proximity initiator is switched in rapid change to η different frequencies, each of which is assigned to a different one of η switches. Triggering by damping or detuning only occurs when the triggering resonant circuit that is tuned to the corresponding frequency approaches.