DE4304060B4

DE4304060B4 - Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen

Info

Publication number: DE4304060B4
Application number: DE19934304060
Authority: DE
Inventors: Gerd SCHÜLER; Peter Wiese
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2013-02-12
Also published as: DE4304060A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen, welche aus einer Referenz- und einer Meßreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgeber sowohl mit einem einen variablen Schwellwert erzeugenden Referenzkreis (R) verbunden ist, der die Referenzreaktanz (X_ref) enthält, als auch auf einen schwellwertabhängigen Meßkreis (M_i) führt, welcher die Meßreaktanz (X_i) enthält, wobei der Referenzkreis (R) zur Zuführung des variblen Schwellwertes mit dem Meßkreis (M_i) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen, welche aus einer Meß- und einer Referenzreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind.
Es sind eine Vielzahl von Anordnungen bekannt, bei welchen mechanische Verschiebungen in eine elektrische Spannung umgewandelt werden.
So wird zum Beispiel bei induktiven Gebern auf diese Weise der Drehwinkel einer Welle oder die Position eines linear bewegten Betätigungselementes ermittelt.
Dabei besteht bei analoger Auswertung die Forderung einerseits nach Linearität zwischen Reaktanzänderung und Änderung des Ausgangssignals der Auswerteschaltung, andererseits muß die Auswertung ratiometrisch erfolgen, um Störgrößen zu eliminieren.

Eine bekannte Auswerteschaltung solcher nach dem Differentialprinzip arbeitenden induktiven Geber beinhaltet einen Spannungsteiler aus einer Meßinduktivität und einer Referenzinduktivität. Das Ausgangssignal dieser Anordnung wird mittels einer gesteuerten Spannungsquelle gegenphasig rückgekoppelt. Durch diese Anordnung wird zwar der Temperaturgang der Induktivitäten kompensiert, nicht aber die Temperaturabhängigkeit der gesteuerten Spannungsquelle, so dass es zu größeren Messfehlern kommt.

Da beide Induktivitäten vom gleichen Strom durchflossen sind, ist diese Auswerteschaltung außerdem auch nicht mehrsensorfähig.

Aus der Entgegenhaltung EP 0 370 963 B1 ist eine Schaltung für elektromagnetische Rotationssensoren bekannt, deren Ausgangssignal eine Amplitude aufweist, die im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit stark schwankt. Zur Eliminierung dieser Amplitudenschwankungen erzeugt die Schaltung zwei Schwellwertsignale. Ein erster Schwellwertkomparator erzeugt ein Ausgangsreferenzsignal, das den Nulldurchgang des vom Drehsensor erzeugten Signals anzeigt. Zur Erzeugung des zweiten Schwellwertsignals ist eine Schwellwertsignalgeneratorschaltung ausgebildet, welche gemeinsam mit einer Integrierschaltung an einen Komparator führt, der ein Freigabesignal erzeugt, wenn das von der Integrierschaltung erzeugte Signal das zweite, von dem Schwellwertsignalgenerator erzeugte Schwellwertsignal überschreitet. Die mit dem ersten bzw. zweiten Komparator verbundene logische Schaltung ist so ausgebildet, dass das Ausgangsreferenzsignal nur dann weitergeleitet wird, wenn der zweite Komparator ein Freigabesignal erzeugt.

Bei einer anderen Anordnung wird die Temperatur über einen externen Fühler erfasst. Die Temperaturkompensation erfolgt dabei in einem Mikroprozessor durch Kennlinienfelder. Diese Lösung erfordert ein zusätzliches Temperaturmesswerk.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrsensorfähige Auswerteschaltung anzugeben, bei welcher ein linearer Zusammenhang zwischen Reaktanzänderung und Ausgangssignaländerung erzeugt und der Einfluss äußerer Störgrößen auf die Schaltung eliminiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Taktgeber mit einem einen variablen Schwellwert erzeugenden Referenzkreis verbunden ist, der die Referenzreaktanz enthält. Außerdem führt der Taktgeber auf einen schwellwertabhängigen Messkreis, welcher die Messreaktanz enthält. Dabei sind Referenz- und Messkreis miteinander verbunden.

Der Vorteil der Anordnung besteht darin, dass durch die Veränderung des Schwellwertes die Abhängigkeit des Ausgangssignales von äußeren Störgrößen, z. B. der Temperatur, kompensiert wird. Die Eindeutigkeit zwischen Messsignal und Ausgangssignal wird dabei gewährleistet.

Das Ausgangssignal ist sowohl digital als auch analog weiterverarbeitbar. Die Verwendung des digitalen Ausgangssignals führt zu einer erheblichen Verringerung des Schaltungsaufwandes.

In einer Ausgestaltung weist der Referenzkreis eine monostabile Schwingschaltung auf, dessen schwingungsbestimmendes Element die Referenzreaktanz ist. Das invertierte Ausgangssignal des Referenzkreises führt über einen Tiefpaß auf den Meßkreis. Dieser beinhaltet eine monostabile Schwingschaltung, deren schwingungsbestimmendes Element die Meßreaktanz ist.

Die Verwendung von Schwingschaltungen ermöglicht eine besonders einfache schaltungstechnische Realisierung.

Vorteilhafterweise ist der Taktgeber als frequenzkonstanter Taktgenerator ausgebildet, was eine sehr genaue Abstimmung zwischen Referenz- und Meßkreis zuläßt.

Eine Weiterbildung der Erfindung ermöglicht die Ansteuerung beliebig vieler Meßkreise durch das Schwellwertsignal des Referenzkreises. Dazu ist der Taktgenerator mit einer Ansteuerlogik verbunden, welche wiederum auf den Referenzkreis und mehrere Meßkreise führt. Der Referenzkreis ist dabei mit der monostabilen Schwingschaltung jedes Meßkreises verbunden.

Durch die Beschaltung mit der Ansteuerlogik ist es möglich, die Meßkreise zeitlich versetzt zu starten. Dadurch wird verhindert, daß sich die einzelnen Meßreaktanzen beeinflussen können, was die Störunempfindlichkeit der Schaltung erhöht. Durch die Verwendung nur einer Referenzreaktanz wird der schaltungstechnische Aufwand bei Mehrsensorsystemen entscheidend verringert.

Vorteilhafterweise können die verwendeten Meß- und Referenzreaktanzen Induktivitäten oder Kapazitäten sein.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Eine davon ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 Auswerteschaltung mit zwei Meßkreisen,
2 Zeitdiagramme.
Gemäß 1 ist einem Quarzoszillator 1 ein N-stufiger Teiler 7 nachgeschaltet, welcher auf eine 4-bit-Ansteuerlogik 2 führt. Die Ansteuerlogik 2 steuert zwei Meßkreise M₁ und M₂ an.
Der erste Meßkreis M₁ besteht dabei aus einem Differenzierglied 31, dessen Ausgang einen Monoflop 41 triggert, welcher in seinem R-L-Spannungsteiler als erste Meßreaktanz X₁ eine Induktivität aufweist. Am Ausgang des Monoflops 41 liegt ein pulsweitenmoduliertes Signal PWM zur Weiterverarbeitung vor.
Zwecks einer analogen Weiterverarbeitung wird dieses Signal über einen Tiefpaß 51 gleichgerichtet und in einem Verstärker 61 verstärkt und offsetkorrigiert.
Ein zweiter Meßkreis M₂ ist identisch aufgebaut und enthält im R-L-Spannungsteiler des Monoflops 42 als zweite Meßreaktanz X₂ ebenfalls eine Induktivität.
Der von der Ansteuerlogik 2 angesteuerte Referenzkreis R weist ein Differenzierglied 3_R auf, welches ein Triggersignal U_TRIGref für den nachgeschalteten Monoflop 4_R erzeugt. Das Schwingverhalten des Monoflops 4_R wird durch die Referenzreaktanz X_ref bestimmt, welche im vorliegenden Fall eine Induktivität ist. Das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal U_PWMref wird auf einen Inverter und anschließend auf einen Tiefpaß 5_R geführt. Das gleichgerichtete Ausgangssignal U_TPref wird in einem Verstärker 6_R verstärkt und offsetkorrigiert und als Schwellwert auf die Eingänge der Monoflops 41 und 42 der Meßkreise M₁ und M₂ geführt.
Die Funktion der Auswerteschaltung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme in 2 erläutert.
Die vom Quarzoszillator 1 erzeugten Rechteckimpulse führen am Ausgang der Differenzierglieder 3_R des Referenzkreises R und 31 und 32 der Meßkreise M₁ und M₂ zu einem Sprungsignal.
Durch Beschaltung der Differenzierglieder 3_R , 31, 32 mit nicht dargestellten Klemmdioden erhält man je nach dem, ob die Klemmdiode mit Masse oder Betriebsspannung verbunden ist, am Ausgang der Differenzierglieder entweder die positive oder negative Flanke.
Pro Periodendauer T_osz des Oszillators 1 wird nur die negative Flanke ausgewertet, d. h. es wird pro Periode des Oszillators 1 nur ein Triggersignal erzeugt.
Das Triggersignal U_trigref des Differenziergliedes 3_R erzeugt am Ausgang des Monoflops 4_R ein pulsweitenmoduliertes Signal U_PWMref, dessen Pulsbreite T_ref von der Induktivität der Referenzreaktanz X_ref und den äußeren Störgrößen z. B. der Temperatur bestimmt wird.
Dies geschieht folgendermaßen. Der Monoflop 4_R weist intern einen festen Schwellwert auf. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Induktivität der Referenzreaktanz X_ref ändert sich die Pulsdauer des Ausgangssignals U_PWMref.
Der am Ausgang des Tiefpasses 5_R vorliegende gleichgerichtete Spannungswert U_TPref ändert sich bei Temperaturschwankungen so, daß bei Temperaturerhöhung das Ausgangssignal U_TPref sinkt und bei Temperatursenkung des Ausgangssignal U_TPref steigt.
Dieses temperaturabhängige Ausgangssignal U_TPref wird nun als Schwellwert auf die Monoflops 31 und 32 der beiden Meßkreise M₁ und M₂ geführt.
Die beiden Meßkreise M₁ und M₂ werden durch die digitale Ansteuerlogik 2 zeitlich versetzt angesteuert.
Die Verschiebung des Schwellwertes U_TPref bewirkt innerhalb der Monoflops 31 und 32 eine Veränderung der Pulsdauer.
Das am Ausgang der Monoflops 31 und 32 vorliegende pulsweitenmodulierte Signal U_PWM1 bzw. U_PWM2 ist somit temperaturkompensiert und das Ausgangssignal hängt nur von der jeweiligen Meßgröße ab.

Claims

Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen, welche aus einer Referenz- und einer Meßreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgeber sowohl mit einem einen variablen Schwellwert erzeugenden Referenzkreis (R) verbunden ist, der die Referenzreaktanz (X_ref) enthält, als auch auf einen schwellwertabhängigen Meßkreis (M_i) führt, welcher die Meßreaktanz (X_i) enthält, wobei der Referenzkreis (R) zur Zuführung des variblen Schwellwertes mit dem Meßkreis (M_i) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkreis (R) eine monostabile Schwingschaltung (4_R ) aufweist, dessen schwingungsbestimmendes Element die Referenzreaktanz (X_ref) ist und deren invertierender Ausgang über einen Tiefpaß (5_R ) auf eine monostabile Schwingschaltung (3_i ) des Meßkreises (M_i) führt, deren schwingungsbestimmendes Element die Meßreaktanz (X_i) ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (1) mit einer Ansteuerlogik (2) verbunden ist, die wiederum auf den Referenzkreis (R) und mehrere Meßkreise (M_i) führt, wobei der Referenzkreis (R) mit der monostabilen Schwingschaltung (3_i ) jedes Meßkreises (M_i) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (1) ein frequenzkonstanter Taktgenerator ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßreaktanz (X_i) und die Referenzreaktanz (X_ref) Induktivitäten oder Kapazitäten sind.