CN101233385A - 通过电容传感器或电感传感器检测距离的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量电容场和感应场的渡越时间方法和装置。

Description

通过电容传感器或电感传感器检测距离的方法和装置

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年7月29日、2005年9月27日、和2005年12月14日提交的德国专利申请第102005036354.7号、第102005045993.5号、和第102005063023.5号的优先权，因此，将其公开的内容特别地结合到本申请的主题中。

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1和12的前述部分所述的用于检测在电容场或感应场中的场变化的影响或者渡越时间的方法和装置。

背景技术

在许多应用领略中需要确定参照物相对于另一物体的距离。这种类型的应用领域可以是检测土壤中的金属颗粒，或者可以在汽车领域中检测物体的接近。

检测距离的一个可能性是测量在发射光辐射的发射器、反射该光辐射的物体和接收器之间的光渡越时间。例如，从DE 100 22 054A1中公开了这种类型的光程传感器的形式的解决方案，其中，为了测量距离而利用发送和接收光线之间的相移。因此，具有最小振幅的接收信号与振荡器的电压一起被提供给同步整流器。因此，来自光路的检测信号与纯电生成的信号一起被提供给同步整流器的输入端。通过出现在同步整流器的输入端处的输出信号来调整输入信号，直至在通过控制延迟元件使前缀符号改变时，在输出端的两个信号的平均值大约为零。同时，同步整流器的任务是非常精确地测定信号的相位。以组件为前提条件的延迟、老化影响和温度影响被单独地彼此联系起来并进行补偿。甚至在使用参考光路时，通过影响延迟元件来电地实现控制。因此，相移90度或者270度的光电二极管信号和纯电传输的信号被提供给传统的同步整流器，用以进行相位测量。为此，到达同步整流器之前的这些信号不等于零是出于这样的目的，即保持接收信号的各个信号段等长。

此外，在WO 01/90778 A1中公开了一种通过测量渡越时间来测量距离的方法，其中，以相同的时钟脉冲来控制发射的信号和在接收器上存在的接收信号。这样测定的控制信号通过移相器来这样地移相，即在通过测量渡越时间确定的到目标物体的距离和实际距离之间的距离偏差被最小化。目的是在高频时利用渡越时间来优化取样点。

由EP 706648 B1中已知，在补偿诸如像杂散光的影响、温度的影响或者老化影响的情况下，在光发射器和光接收器之间检测光信号。光发射器由时钟脉冲发生器时间间隔地或者交替地驱动。在至少一个光路的振幅中调整的光线也许与诸如像补偿光源的光线一同这样地作用于光接收器，即接收信号不产生时钟同步信号分量。光接收器的接收信号被传输给同步解调器，该同步解调器将接收信号再次拆分成对应于两个光源的信号分量。这两个信号分量在比较器中彼此进行比较，其中，对应于零态的信号不产生杂散光部分。如果在比较器的输出端没有对应于零态的信号，那么输送到光源的辐射功率被调节直至达到该状态。

作为光渡越时间的测量(该测量尤其在对于光辐射来说不透明的介质时是不可能的)的可选方案，当可以检测到电场和/或电容场的变化，该变化由影响场的物体的靠近、存在和/或远离得出。由实验获知，导致这些场变化的脉冲(在这些场中产生电荷或者电感的变化)以光速传播，而诸如像电荷上升的变化本身在时间上较慢地实现。

发明内容

基于现有技术状态，本发明的目的在于提供一种用于测量电容路径和/或电感路径上的电容场和/或电感场的影响或者渡越时间的可选方法。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求12的特征的装置来实现。

根据电容的或者电感的检测而定，选择电极或者线圈作为发射元件和接收器，电极或者线圈由在其周边区域中的电容和电感影响或者由物体影响，该物体电容或者电感地影响场进而影响测量电路。当然，也可以应用其他的用于产生和测量电场和/或磁场的装置。因此，由EP 706648 B1中公开的光学天平的原理也可以被应用来测量在电容或者电感场的情况时场变化的影响或者场变化的渡越时间。

来自至少两个以产生或者发射场变化的电极或者线圈形式的元件的时钟信号被馈送给接收器。然后，在图1中示出的电容器对应于具有定义的间距的两个电极。在电容的解决方案的情况中，通过施加到电极上的电荷构建的电场例如通过待检测的物体改变。这导致在电极上电荷的变化，其被再次测量，从而确定物体的距离/影响。电容场的场变化由接收器测定，该接收器被耦合至发射电极。通过电容器实现补偿，与发射电极和就此而言也构成一种类型的电容器的物体不同，该电容器在其面之间具有已知的间距。场变化也从电容器到达接收器。接收信号以及来自两个测量路径的变化值被彼此比较并且通过振幅调节器和相位调节器来调节到彼此最小可能的差异。然后，振幅调节器或者相位调节器的调节值对应于电容或者渡越时间的值，该调节值对于构成电场线是必要的。

为此，来自发射电极和补偿电极的时钟周期的接收信号以优选的方式大约分成四个相同的片段。如果反射电极的接通时间以片段A和B表示，并且补偿电极的接通时间以C和D表示，那么片段A和C进行比较并且利用相移过程将彼此调节到尽可能小的差异。同样，片段B和D利用振幅调节过程将彼此调节到尽可能小的差异。在片段A和C中包含渡越时间的信息，而在片段B和D中包含场的静态电容或者静态影响的信息。然后，由移相器的延迟可以测量出在电容场中的场变化的渡越时间以及在电极和物体或者接收器之间的距离。在电感的解决方案的情况中，基本上仅仅通过线圈和补偿线圈来代替发射电极和补偿电极，其中，接收器也可以被设计成接收线圈。

补偿过程可以完全消除时钟同步的信号分量，也就是说仅仅保留实际的放大器噪音。因此，放大器可以具有较高的放大系数或者可以甚至设计成高放大系数的限幅放大器。

由此，在时钟脉冲交变时出现的时钟脉冲交变信号被检测并且由该信号确定出通过移相器最小化的差值。由通过移相器导致的信号延迟中可以确定在电容场和/或电感场中的场变化的影响或者渡越时间并进而确定在发射器和物体或者接收器之间的距离。场的渡越时间通过接收信号的高放大系数清晰地呈现为时钟脉冲交变时的电压峰值。该峰值在反射的元件也就是发射电极和补偿电极(视比较器处的最近的电路而定)的各自的时钟脉冲中以相对于噪音的不同的极性出现并且到达比较器的两个输入端，这两个输入端在相应的时间周期中以同步的时钟频率来适当地切换。该时钟脉冲交变信号的振幅取决于场渡越时间，然而，这仅仅是因为关系到差值的最小化，信号的差值可以在从时钟脉冲到时钟脉冲的振幅中时钟脉冲同步地解调并且存在的差异可以时钟脉冲同步地在振幅中解调并且存在的差异用于控制移相器以及用于将该差异补偿为零。由于时钟脉冲，时钟脉冲交变的时间点为已知，从而在该时间点仅检测峰值。同时，可以利用任意的时钟脉冲来工作。

一方面通过振幅调节器的两个闭合的调整电路，另一方面通过渡越时间调节达到以下优点：

-非常高的灵敏度

-甚至在近距离(直至“0”距离)上的良好的渡越时间测量

-在渡越时间的检测上没有温度影响

-在放大器参数的改变上不严格

-物体的属性不影响距离测量

其他优点由接下来的描述和其他的权利要求中得出。

附图说明

接下来，参考附图中的实施例进一步描述本发明。图中示出：

图1是用于测量在电容场中场变化的影响或者渡越时间的根据本发明的电路的电路图，

图2是图1的接收器上的所属分割到不同区域中的接收的信号，

图3是在使用移相器之后的根据图2的上部部分的信号，

图4理想化地示出了来自具有和不具有探测路径的测量路径的接收器处信号波形，

图5理想化地示出了在接收器处的合成场渡越时钟脉冲，

图6示例性地示出了图5的脉冲

图7是通过接收器和放大器的图6的脉冲，

图8是用于测量在感应场中的场变化的影响或者渡越时间的根据本发明的电路的示意性电路图。

具体实施方式

现在参考附图示例性地进一步说明本发明。然而，实施例仅仅为实例，其并不用于将发明理念限定于特定的方案。

在详细地描述本发明之前，应该指出，这里并不局限于电路的各个组件或者各个方法步骤，这是因为，这些组件和方法可以改变。在这里应用的概念仅用于描述特定的实施例，但并不局限于此。此外，当在说明书和权利要求中使用单数或者不定冠词时，只要不使整体关系明确地指代其他的元件，它们也涉及到这些元件的复数。

本发明可以实现距离测量，其允许利用具有窄带宽的放大器对电容场和/或电感场中的场变化的精确的渡越时间的测量，并且该测量不受周围环境影响并且不依赖于物体的材料特性。此外，可以在不切换测量范围的情况下实现在从电极表面或者线圈表面开始的近距离只至较大距离的渡越时间的测量。

本发明基于以下考虑：

当可以检测到电容场的变化或者电感的变化(其可得出影响场的物体的靠近、存在和/或远离的结论)时，由于在电容的和/或电感的场中的电容的或者电感的场变化可以实现距离测量。

这将以电容的解决方案的情况来描述：与物体O一同构成电容器的电极12时钟控制地获得作为发射或者产生第一场变化的元素的带电粒子，该带电粒子的效应在周围环境中产生影响。该时钟控制地以电压脉冲的形式施加的电荷由物体O的靠近、存在或者远离来影响。该影响并不是立刻实现，而是以光渡越时间延迟地实现。场变化可以被获得并且在放大器23中结合并由电极来收集。如果物体O现在处于传感器作用区域14中，也就是说，如果物体达到在发射元件和物体之间的检测路径(例如在15cm的距离)，动态地由装置检测到的场变化由作为与发射元件作用连接的元件的接收器接收。从理论的角度看，由物体返回的场变化信息相对于发射信息呈现出一个光渡越时间，也就是说，在15cm时呈现出大约1ns的时间延迟。时间差异首先与实际的脉冲信息分开。为此，用于补偿电极21的发射脉冲在脉冲间歇(Pulspause)中被激活，该补偿电极直接接收其场变化，而不需要迂回物体。当然，补偿电极也可以与物体相互影响，但重要的仅仅是可通过物体影响至少一个检测路径。如果具有相同的振幅(该振幅当然可以通过电极12、21的振幅调节器来保持相同的大小)的根据图4的两个信号功率S1、S2到达导线40，那么在放大器23的输入端23a基本上出现直流电压，该直流电压由交替地来自两个电荷载体的电压信号和一个可能的错置构成。

在更细致的观察时，1ns的渡越时间差异被外加给两个电极的发射脉冲的过渡上的放大器23处的直流电压信号。在一个阶段，在补偿电极21已经被关闭的点上，在交替的信号波形的直流电压信号中产生间隙，但是发射电极12的电荷的变化脉冲必须经过15cm的距离到达物体并返回。在第二阶段中，补偿电极21已经传输电荷，而来自尽管在正确的时间点关闭的发射电极12的电荷脉冲还在半路上。这在图5中示意性示出。在接收信号中，这导致在实施例中的相位同步的交替极性的非常短的峰值。该时间差异对于接收器来说非常小，从而使该时间差异在例如200KHz的低通特性时仅仅作为非常小的电流变化值出现。

因此，应用能量守恒定律：假设，仅仅向外朝向物体O指向的电极12以时钟频率接收或者收集电荷并且用于比较的电极21被关闭，然后一个交流信号到达放大器23，该交流信号作为电压示出，例如在任意的交流电压放大器的输出端23b上获得的10mV的交流电压。如果我们以理想的接收器和具有理想的上升时间特性的理想的放大器为出发点，那么我们将继续假设在发射电极的情况下以具有50％占空因数的10mV的输出信号为出发点。如果接通第二电极，那么因为信号的渡越时间，在正方向和负方向上时钟脉冲同步地交替地得出1ns的脉冲(图5)。然后，在所述情况中，这些脉冲是在放大的信号中的唯一的信息并且代表渡越时间的信息。然而，在实践中，接收器和放大器的“低通特性”将“吞噬”该特别短的脉冲。

在此，根据本发明的以振幅来调节的系统的优点开始起作用：因为仅仅作为变化信息的短脉冲存在于放大器23处(该放大器23例如由具有200KHz的带宽的三级放大器构成)，所以接收信号可以被差不多任意地放大，例如以一万倍的放大系数放大。在第一放大器输出端上的1ns长并且在理想情况下10mV的理论上的变化脉冲尽管在实践中仅仅引起例如10μV的强烈的电压摆动(图6示出)，但是该电压摆动现在在另外的放大级(图7)中经过一万倍的放大之后得到具有例如长度t1为5μs的100mV的信号。在此，对放大器没有特殊的要求，对于相应的放大来说200KHz的带宽是足够的。尽管可以应用任意的放大器，但优选的是应用交流电压放大器。在从一个电极切换到另一个之后，在切换时间点之后以交替的方向(正负)呈现信号。通过以时钟频率同步地接通的整流器来相对于该时间点检测接收的信号的同步的信号分量。由于渡越时间差异导致的信号分量也可以通过简单地整合同步地解调的信号分量而在强烈的噪音信号中毫无问题地检测到。需提及的是，同步整流器或者同步解调器D1，D2不是必须要精确地检测出相位的电路，而是时钟控制地检测振幅的电路。相位的精确性对测量精确性没有影响，从而例如20°的相移也是无关紧要的。

因为该时钟同步的信号分量的出现指出了在两个电极12、21之间的渡越时间差异并且此外也允许相对于电极的清晰的关系，所以根据图1(见下文)的调整电路这样地利用该信息闭合，即如由物体影响的电荷一样，补偿电极21利用已知的手段(例如通过可调节的全通网络或者可数字调节的相移来调整的渡越时间)以相同的值相移。然后，用于电极21的移相器17(图1)处的电控制脉冲的必要的推移是对在电容场上的场变化的影响或者渡越时间的直接测量并且也是对物体O的作用或者距离的直接测量。

当然，在同步地解调依赖于渡越时间的信号分量之后，为了相互地调节成“0”，两个信号分量可以通过电极21的相移例如在其他的高放大系数的运算放大器中彼此比较，而对带宽没有特殊的要求。然后，如果两个时钟同步的信号分量之间存在非常小的差异，那么该差异通过相位调节调整为“0”。

在实施例中，在图1的下方同时使用两个不同的调整电路。一方面，来自两个电荷路径的接收到的振幅在放大器23的输入端处通过在EP 706648 B1中已知的两个电极中的至少一个上的振幅控制过程来调节到相同的值。因为在从至少一个电极切换到至少另一个电极之后，作为振幅信息的相差的长度强烈地延长，所以当渡越时间信息衰减时，应该首先在一个时间点检测信号的时钟同步的渡越时间差异。在实践中，例如大约100KHz-200KHz的时钟频率被证明是合适的，其中，在时钟周期的第一部分中，在调节相位之前检测信号的渡越时间差异，该渡越时间差异作为在信号中的振幅出现，并且在时钟周期的第二部分中检测纯振幅差异。然后，利用时钟周期的第二半周期的信息，在实施例中的两个电极中的至少一个电极仅仅通过振幅调节器18来影响振幅，从而获得来自两个路径的大致相同大小的信号并由此将差值调节成零。两个路径的相同大小的信号导致不具有时钟同步的交变分量的零信号。

当然，直接作用的电极21的相位不一定必须相应于由渡越时间的影响约束的电极12来进行匹配。在相应的电路中，由渡越时间的影响约束的电极也可以被影响。

由于振幅调节、渡越时间调节而调节成的“0时钟同步的”分量，通过这两个闭合的调整电路实现了开头所述的优点。

参考图1，在根据本发明的装置中，电荷通过第二路径20和导线40从电极21输送给放大器23。方法用于测量在电容场(图1)和/或电感场(图8)中的场变化的渡越时间。首先，在例如200KHz时由时钟脉冲控制器11调制的电荷从输出端11E通过导线30、31并且经过电极12引入到传感器作用区域14中。电荷影响电极，即在电极和物体O之间的周围的电场。该影响以光速实现。然而，在相同的时钟频率时，通过反相器22的反相，在作为补偿电极的电极21上也产生电荷，其电荷也时钟控制地影响在放大器23上的接收信号。为此，电荷以时钟脉冲控制器11的时钟脉冲频率通过导线30、33到达移相器17的输入端17a并且通过移相器的输出端17b和导线34到达反相器22的输入端22a，电荷从该反相器的输出端22b通过导线35到达振幅调节器的输入端18a。电荷从振幅调节器18通过输出端18b通向电极21。

由此，来自两个电极的信号S13交替地以时钟脉冲控制器11的时钟频率在一种情况下通过导线32、40在另一种情况下通过导线20，40出现在放大器23的输入端23a处，该信号由于第一或者另外的场变化的缘故作为第一变化值或者第二变化值。信号S13通过导线40通向放大器23并且在放大器中放大并且然后通过导线41输送给具有在图1的下方示出的比较器15和16的两个结构相似的同步解调器D1、D2。同步解调器D1、D2的任务并不是精确地测定相位，而是时钟控制地测定振幅。相位精确性对测量精确性没有影响，从而例如20°的相移也是无关紧要的。

在进一步探讨该电路之前，在图2的上部示出了如在放大器23之后的信号。所示出的信号示出了一个信号波形，就像该信号波形出现在例如从电极12和21到物体的15cm的距离上的渡越时间时而没有在两个场路径的一个场路径中调节信号相位一样。时钟同步的信号分量的出现可以利用相应的门电路来检测并分配给相应的电极。在此，直接在时钟频率的切换之后在整个时钟范围上的振幅差异之间和信号振幅之间进行区分。为此，时钟周期被分割成在图2中的A/B/C/D四个片段。片段B、D代表振幅值，该振幅值在已调节的状态中不具有时钟脉冲同步的振幅差异，也就是说，时钟脉冲是相同的。片段B、D的已调节状态涉及到两个电极中的至少一个电极的振幅调节。在时钟控制的片段B和D中将振幅调节到相同的值的状态中，在来自两个电极的相同的渡越时间时存在不具有时钟同步的信号分量的信号。仅仅在另外的电极21的信号和来自检测路径的信号之间的渡越时间差异时呈现时钟同步的信号分量，但是该信号分量落入到片段A和C中。

在图1中，具有比较器的同步解调器D1和D2由时钟脉冲控制器11通过输出端11A、11B、11C和11D以及所属的时钟导线50A、50B、50C和50D来这样地控制，即同步解调器D1通过用于调节在放大器23处的时钟同步分量的振幅调节器18将接收到的信号S13中的变化值的时钟同步振幅差异调整为“0”，而同步解调器D2检测信号之间的渡越时间差异并通过移相器将放大器23处的时钟同步分量调整为“0”。在未调整的渡越时间时，在时钟控制的片段A和C中存在从相位到相位地改变极性的时钟同步信号分量，该时钟同步信号分量在同步解调器D2的输出端输送给调节信号S16，该调节信号反过来这样地控制移相器17，即在放大器23的输出端23b上存在不具有时钟同步信号分量的“0”信号。

在同步解调器D1中，接收到的信号S13也就是变化值又分解成电极12和另一个电极21的两个部分信号。为此，信号通过导线41、41B、41D到达对应于片段B和D的开关，该开关通过时钟导线50B和50D由时钟脉冲控制器11以片段B和D的时钟脉冲转换率来操纵。因此，相应于开关的输出端处的开关位置，与片段B和D相对应的变化值的信号出现在导线60B和60D上，由在接收器上的也许被物体影响的检测中收集该变化值。这些信号通过积分器R3、R4和/或C3、C4输送到比较器15的输入端15a、15b，在相同大小的信号时，在其输出端15c上出现用于信号S13的零态的相应的控制信号。如果那里出现其他信号，那么作为信号S15的任意的控制信号通过导线70出现在振幅调节器18的输入端18c上，该振幅调节器这样地再调整另外的电极21的振幅，即信号S13成为相应于零态的信号，也就是说，包括无时钟同步分量并且因此不需要另外的在调整过程。在该状态中，时钟同步的变化部分被消除并且由此调节值94包括关于物体属性的信息，而调节值93包括关于物体的距离的信息。在图中，另一个电荷载体21的振幅被再调整，但是，该调整过程当然也可以如在EP 706648 B1中公开的那样同样作用到电极12或者两个上或者在多个发射元件的情况中作用的多个上。

换句话说，用于节拍式的振幅检测的同步解调器D1被应用，在其输入端，也就是在对应于片段B和D的开关上优选地已经存在来自两个路径的无时钟同步分量的信号。从保留的零信号中，在同步解调器D2形式的振幅检测器的输出端上检测在噪音中的时钟脉冲交变信号TW。

在时钟导线50A、50B、50C、50D上的取样周期的相变在较宽的范围中对距离测量没有影响。相对于DE 100 22 054 A1中所需要的同步解调器的相位的高精确性，根据本发明的距离测量并不需要。只是在时钟频率的大约的时间点对振幅的取样还是必需的。因此，同步解调过程根据本发明仅仅是准同步解调过程。相位本身对于识别时钟脉冲交变信号的振幅的差异以及使在同步解调器D1类型的振幅检测器的输入端的时钟同步分量为零来说毫无意义。然后，该时钟脉冲交变信号通过在电极12和21之间的装置中存在的信号的相移来彼此最小化并且优选地成为零。由此获得的移相器17的延迟是场变化的渡越时间和物体O的待确定的距离。

在图1中部，同步解调器D2的两个上部开关通过相应于根据图2的上部部分的区域A和C的门电路来控制。在同步解调器D2中，接收到的信号S13以及变化值同样对应于两个电极12和21的振幅信号，当然也对应于相应于片段A和C的信号分量。为此，信号通过导线41、41A、41C到达对应于片段A和C的开关，这些开关通过时钟导线50A和50C由时钟脉冲控制器11以片段A和C的时钟脉冲转换率来操纵。因此，相应于开关位置，在相应于片段A和C的导线60A和60C上的信号出现在开关的输出端。这些信号通过积分器R3、R4和/或C3、C4输送到比较器16的输入端16a、16b。

因此，以时钟脉冲转换率出现的、相应于传感器作用区域14内的检测路径中的渡越时间的第一场变化和任何另外的场变化被以时钟控制的方式检测。信号的振幅的大小尽管取决于物体O，但是，因为这里涉及该两个信号之间的时钟同步的差值，因此这是不重要的。这两个信号在另外的比较器16中进行比较。在比较器的输出端16c上的差值对应于第一和另外的场变化之间的相差并且由于在接收器中的整合而转化成振幅值。可以在任意的时间点对该值进行取样，在该任意的时间点不再存在相位信息。非相位精确地协调的也就是说非精确地在相界中适配的振幅值作为信号S16到达移相器17的输入端17c并且在移相器17中这样地变化，直到该值最小并且优选为零，从而由此确定在电容场和/或电感场中的场变化的渡越时间。从移相器17的在此设置的延迟中可以确定渡越时间并且由此确定距离，该距离作为用于渡越时间93的信号出现在移相器17的输出端17d。根据图3，通过移相器17的变化，时钟脉冲交变信号TW的振幅在噪音中消失。

移相器17可以是模拟工作的电路，但也可以是数字信号延迟器。在此，例如高频时钟频率可以被这样地数出，即例如时钟频率可以被以1ns的步幅错置。为此，利用A/D转换器对信号S16进行取样并且在相应的相移中转换结果。

如果具有测量面的传感器作用区域14以高欧姆的形式这样地通过阻抗Z1和Z2耦合到导线31和32或者通过阻抗Z3和Z4耦合到导线36和20并进而耦合到驱动器和放大器23上，即甚至可以察觉到在环境中在测量面上的振幅和/或相位变化的形式的最小变化。同时，放大器电路被这样地高欧姆地耦合到测量面上，即借此完全或者很少地影响测量信号的振幅和/或相位。在实施例中，耦合优选地通过电容器和电阻来实现，然而为此目的也可以使用线圈或者前述部件的组合或者单个部件。在实施例中，由10pF和50 KO的、100KHz的时钟频率和2伏特的驱动电压构成的串联电路作为阻抗Z来使用。优选地，高欧姆的耦合相对于驱动器和放大器23差不多相同大小地设计，这在实施例中通过相同大小的电容器、电阻、线圈或者上述组件的组合实现。

通过电容器的小的电容或者高的电阻或者高的电感(在实施例中)获得从测量面到电极12、到输出级以及从测量面到放大器23的预期的高阻抗。因此，当物体O通过空气电容和其他类型的电连接与根据本发明的电路的参考电势连接。在图1中，这通过以虚线示出的接地19来表示。即使在测量面的非常近的范围中与电路的参考电势的金属导电连接也不干扰系统的灵敏度。由于具有比较器的同步解调器D1和D2的预放大和高调节功率的原因也可以毫无问题地检测到最小的变化。

图8示出了本发明的可选实施例，该实施例允许用于检测作为变化的电感的结果的场变化的渡越时间的测量。图8的实施例区基本上通过使用线圈代替电极来区别于图1中的实施例。就此而言，当概念电极在那里通过线圈代替时，在图8的下面的三分之二中的电路及其应用也与图1中的至今的描述一致。传感器作用区域，也就是说在振幅调节器18和导线31之后的电路(在图8中从该参考标识向上)以及在放大器23之前的检测区域发生改变。就此而言，在可能的情况下也使用了相同的参考标识。

时钟脉冲控制器11通过输出端11E并且经过具有阻抗Z2的导线31和32相作为补偿线圈使用的另外的线圈121输送电流。电流通过移相器17和振幅调节器18从其输出端18b经过具有中间连接的阻抗Z1的导线37和36相应于时钟脉冲控制器11的时钟频率逆相地到达线圈112。线圈112、121通过导线38连接至接地39。这样的时钟控制的电流信号由接收线圈113接收、反射并传递给放大器23的输入端23a、23a′。然后，从输出端23b开始进行如上所述的振幅和相位调整。如果两个线圈112和121具有相同的感应(也许在通过振幅调节器18调整之后)，在放大器23的输出端23b上存在相应于零态的信号。当线圈112和121在传感器作用区域1 4内的外部磁场中移动时，也获得该被调整的状态。但是，如果一个例如埋藏在地下的金属物体处于传感器作用区域之中时，该物体改变线圈112的感应，而作为参考线圈的线圈112在实施例中不被影响。该变化将作为变化值由接收线圈113时钟控制地检测和评估。在此也示出了效果，即场的变化以光速传播，从而可以如之前描述的那样从时钟脉冲交变信号的相位调整中确定作为信号93的物体O的距离。同时，信号94提供关于物体的质量或者涡电流属性的信息。当然，尤其是在电感的解决方案的情况下，另外的场变化也能够以电压信号的形式出现在电子路径上，而不需要使用补偿元件。

有利的是，在本发明中也可以任意地选择时钟频率，该时钟频率可采用从一个时钟周期到另一个时钟周期的任意值。为了抑制在并联使用的以及不可同步的系统时的干扰，也可以毫无问题地使用任意的“调频”(FDMA)。因此，该系统不仅适合于以简单的方式实现渡越时间测量路径，也适合于实现多个平行的测量路径。

所属装置的元件已经由之前的解释中得出，由其参考图1和图8。

当然，该描述可以适用于不同的变体、变化和修改，其落入到从属权利要求的等同范围内。

参考标号

11             时钟脉冲控制器

11A、11E

11B、11C、11D  输出端

12             电极

14             传感器作用区域

15             比较器

15a、15b       输入端

15c            输出端

S15            在比较器之后的信号

16             另外的比较器

16a、16b       输入端

16c            输出端

S16            在比较器16之后的差值

17             移相器

17a、17c       输入导线

17b、17d       输出导线

18             振幅调节器

18a、18c       输入端

18b            输出端

19             O的电势

20             导线

21             另外的电极

21a                 输入端

22                  反相器

22a                 输入端

22b                 输出端

23                  放大器

23a                 输入端

23b                 输出端

D1、D2              同步解调器

O                   物体

R1-R4、C1-C4        积分器

TW                  时钟脉冲交变信号

Z1、Z2、Z3、Z4      阻抗

30-38               导线

39                  接地

40、41              导线

41A、41B、41C、41D  导线

50A、50B、50C、50D  时钟导线

60A、60B、60C、60D  时钟导线

70、80              导线

93                  信号渡越时间

94                  信号反射/质量

112                 线圈

113                 其他的线圈

121                 其他的线圈

Claims (20)

1.一种用于测量电容场和/或电感场的影响或者电容场和/或电感场渡越时间的方法，具有以下步骤：

-通过至少一个在传感器作用区域(14)中产生第一场变化的元件产生由时钟脉冲控制器(11)时钟控制的、定时的第一电容场变化和/或电感场变化，

-通过至少一个接收器检测也许由物体(O)影响的所述第一场变化，所述接收器与发射元件作用连接，并测定第一变化值，

-通过至少一个产生另外的场变化的元件产生由所述时钟脉冲控制器(11)时钟控制的定时的至少一个另外的电容场变化和/或电感场变化，

-通过所述至少一个接收器检测也许由所述物体(O)影响的所述另外的场变化，所述至少一个接收器与所述发射元件作用连接，并且确定另外的变化值，

-其中，通过所述接收器检测的所述至少一个场变化，即所述电容场和/或电感场的所述第一和/或所述另外的场变化可以通过所述物体(O)的靠近、存在和/或远离影响，

-以时钟控制的方式将所述第一变化值与所述另外的变化值进行比较，从而在比较器(15)的输出端上产生比较值，

所述比较器用于这样地调整产生的所述第一场变化和/或

所述另外的场变化的振幅值，即由所述第一场变化引起的

所述第一变化值的振幅和由所述另外的场变化引起的所述

另外的变化值的振幅基本相同，

-在所述这些变化值的大小在所述比较器(15)的输入端彼此调整到基本相同大小的情况下，时钟控制地检测在由所述第一和所述另外的场变化导致的所述这些变化值之间的、在时钟脉冲交变时出现的、相应于所述电容场或所述电感场的场变化的影响或者所述电容场或所述电感场的场变化的渡越时间的时钟脉冲交变信号(TW)，

-通过在另一个比较器(16)中比较所述这些时钟脉冲交变信号(TW)的振幅来确定差值(S16)，

-通过移相器(17)来改变所述时钟脉冲交变信号(TW)的差值(S16)，直到所述差值(S16)最小，优选为零，所述移相器用于改变产生的所述第一和/或所述另外的场变化的相位的相位延迟，其导致在所述接收器上由所述第一和所述另外的场变化引起的变化值，

-使用在最小的差值时出现的所述移相器的延迟，用于确定由影响场的所述物体(O)的靠近、存在和/或远离引起的所述电容场和/或电感场的电容或者电感变化的影响或者渡越时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当基于所述第一和所述另外的场变化的所述这些变化值在所述比较器(15)的输入端同样大时，在放大器(23)的输出端仅仅存在不具有由所述场变化引起的时钟同步的交变分量的噪音。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，尽管在所述比较器(15)的输入端上将所述变化值的大小调整成基本相同的值时的噪音，在所述第一场变化和所述另外的场变化或者所述另外的场变化和所述第一场变化之间实现在时钟脉冲交变时出现的所述时钟脉冲交变信号(TW)的振幅的时钟控制检测。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以前缀符号交替变化的所述时钟脉冲交变信号(TW)通过门电路检测，并且作为调整电路的控制变量的所述时钟脉冲交变信号(TW)之间的所述差值(S16)用于确定相位延迟。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，路径被AC耦合，其中由所述接收器的接收信号测定的所述变化值来自于所述路径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了测量由在所述接收器处的所述第一和所述另外的场变化导致的渡越时间，在切换所述发射元件(12、21)之后测量振幅，并且利用所述移相器(17)将所述振幅调节成零。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在此出现的、将所述时钟脉冲交变信号(TW)的振幅彼此调整到零的相移对应于所述物体(O)的距离。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述第一和所述另外的场变化引起的在所述接收器处的变化值(S13)被分成不同的区域(A、B、C、D)，其中，借助于以所述时钟脉冲控制器(11)的时钟频率运行的门电路，应用位于时钟脉冲交变所落入的所述区域(A、C)之间的区域(B、D)，从而在所述比较器(15)的输出端上产生比较值。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述第一和所述另外的场变化而引起的在所述接收器处的变化值(S13)被分成不同的区域(A、B、C、D)，其中，借助于以所述时钟脉冲控制器(11)的时钟频率运行的门电路，应用在其中时钟脉冲交变所落入的所述区域(A、C)，以用于比较所述变化值以在所述比较器(16)的输出端上产生所述差值(S16)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述时钟脉冲交变的所述区域(A、C)中测定的信号用于测量距离。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述变化值是作为所述发射元件和作为所述接收器使用的部件的阻抗变化，并且所述变化值优选地通过所述电极(12、21)和线圈(113、112、121)形成。

12.一种用于测量电容场和/或电感场的影响或者电容场和/或电感场渡越时间的装置，具有：

-时钟脉冲控制器(11)，

-至少一个发射元件，用于在所述传感器作用区域(14)中产生由所述时钟脉冲控制器(11)时钟控制的、定时的电容场变化和/或电感场变化，

-用于产生至少一个由所述时钟脉冲控制器(11)时钟控制的定时的另外的电容场变化和/或电感场变化的装置，

-至少一个接收器，与发射元件作用连接，用于检测或许由物体(O)影响的所述第一和所述另外的场变化，其中，至少一个由所述接收器检测的场变化，即所述电容场和/或电感场的所述第一和/或另外的场变化可通过所述物体(O)的靠近、存在和/或远离影响，

-用于在所述接收器处测定由所述第一和所述另外的场变化引起的变化值的装置，

-比较器(15)，用于时钟控制地将所述第一变化值与另外的变化值进行比较，以在所述比较器的输出端上产生比较值，

-振幅调节器(18)，所述振幅调节器为了调整产生的第一和/或另外的场变化的振幅值这样地使用所述比较值，即由所述第一场变化引起的所述变化值的振幅和由所述另外的场变化引起的所述变化值的振幅基本上彼此相等，

-用于在所述变化值的大小在所述比较器(15)的输入端彼此调整到基本相同大小的情况下，时钟控制地检测在由所述第一和所述另外的场变化引起的所述变化值之间、在时钟脉冲交变时出现的、相应于所述电容场或所述电感场的场变化的影响或者渡越时间的时钟脉冲交变信号(TW)的装置，

-另外的比较器(16)，用于通过比较所述时钟脉冲交变信号(TW)的振幅来时钟控制地确定差值(S16)，

-移相器(17)，用于改变所述时钟脉冲交变信号(TW)的差值(S16)，直到所述差值(S16)最小，优选为零，所述移相器用于改变所述第一和/或所述另外的场变化的相位的相位延迟，其导致在所述接收器上由所述第一和所述另外的场变化引起的变化值。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述比较器(15)是用于振幅检测的同步解调器(D1)或者门电路的一部分。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，当由所述第一和所述另外的场变化引起的所述变化值在所述比较器(15)的输入端同样大时，在放大器(23)的输出端仅仅存在不具有时钟同步的交变分量的噪音。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，其特征在于，用于时钟控制地检测所述时钟脉冲交变信号(TW)的装置是门电路，所述门电路检测以前缀交替变化的所述时钟脉冲交变信号(TW)，并且，在所述时钟脉冲交变信号(TW)之间的所述差值(S16)作为调节电路的控制变量使用。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其特征在于，设置有用于将所述变化值(S13)分成不同的区域(A、B、C、D)的装置，其中，门电路被设置作为用于时钟控制地检测处于时钟脉冲交变的区域(A、C)之间的区域(B、D)的装置。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的装置，其特征在于，设置有用于将所述变化值(S13)分成不同的区域(A、B、C、D)的装置，其中，借助于以所述时钟脉冲控制器(11)的时钟频率运行的门电路，应用区域(A、C)用于比较所述变化值以在所述比较器(16)的输出端上产生所述差值(S16)。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的装置，其特征在于，在传感器作用区域(14)中设置有至少一个用于检测所述电容场或者所述电感场的电容或者电感变化的检测路径，所述检测路径形成在所述发射元件和所述接收器之间。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述发射元件是电极(12)或者线圈(112、121)。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述接收器是具有连接在下游的接收放大器(23)的发射电极(12)或者接收器线圈(113)。

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