DE4304061B4

DE4304061B4 - Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen

Info

Publication number: DE4304061B4
Application number: DE19934304061
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: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2013-02-12
Also published as: DE4304061A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen, welche aus einer Meß- und einer Referenzreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind und aus einem die Referenzreaktanz enthaltenden Referenzkreis ein Taktsignal zur Ansteuerung eines die Meßreaktanz enthaltenden Meßkreis ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkreis (1) mehrere Meßkreise (M_i) ansteuert, und zum zeitlich versetzten Starten zwischen Referenzkreis (1) und jedem Meßkreis (M_i) ein Totzeitglied (7) geschaltet ist.

Description

Schaltungsanordnung zur Auswertung von Messreaktanzen
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 Induktivität 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.
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.

Aus der DE 40 33 053 C1 ist eine Messwerterfassungs- und -übertragungseinrichtung bekannt, welche aus einer Aufnehmereinheit und einer Detektierungseinheit besteht. Die Aufnehmereinheit umfasst eine Messoszillatorschaltung, die ein frequenzbestimmendes Bauelement in Abhängigkeit der zu messenden physikalischen Messgröße aufweist und eine Referenzoszillatorschaltung, deren frequenzbestimmendes Bauteil im örtlichen und funktionellen Zusammenhang mit dem frequenzbestimmenden Bauelementen der Messoszillatorschaltung stehen. Messoszillatorschaltung und Referenzoszillatorschaltung sind dabei in annähernd der gleichen Umgebung angeordnet.

Aus der DE 36 00 260 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Messwertübertragung an Fahrzeugrädern bekannt, welche aus einer Sensorschaltung besteht, die gemeinsam mit einer umlaufenden Übertragungsspule am Fahrzeugrad befestigt ist. Diese Sensorschaltung umfasst dabei mehrere Halbleitersensoren, die im vorliegenden Fall als Reifendrucksensor und als Temperatursensor ausgebildet sind. Darüber hinaus ist eine ortsfest angeordnete Auswerteschaltung vorhanden, welche eine in Radnähe ortsfest angeordnete Übertragespule vorsieht. Die genannten Übertragungsspulen dienen der Energieversorgung der am Fahrzeugrad um laufenden Sensorbeschaltung bzw. der Messwertübertragung von der Sensorheschaltung zu der Auswerteschaltung.

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 aus einem die Referenzreaktanz enthaltenden Referenzkreis ein Taktsignal zur Ansteuerung eines die Messreaktanz enthaltenden Messkreises ableitbar ist.

Durch die Veränderung des zeitlichen Abstandes der Ansteuerung des Messkreises durch den Referenzkreis wird ein lineares und temperaturkompensiertes Ausgangssignal erreicht, wobei das Ausgangssignal nur von der Messgröße bestimmt wird.

Vorteilhafter Weise werden sowohl der Referenzkreis als auch der Messkreis durch je eine Schwingschaltung gebildet. Dabei enthält der Referenzkreis die Referenzreaktanz und der Ideßkreis die Meßreaktanz als schwingungsbestimmendes Element.

Die Verwendung der Schwingschaltungen erlaubt eine digitale Signalverarbeitung, was eine erhebliche Verringerung des Schaltungsaufwandes zur Folge hat. Da die Frequenz des Referenzkreises nur von der Referenzreaktanz und deren Temperaturgang bestimmt wird, bleibt bei annähernd konstanter Frequenz der Grundwelle eine gleichbleibende Dynamik des Ausgangssignals erhalten.

In einer Ausgestaltung besteht die die Referenzreaktanz enthaltende Schwingschaltung aus einem Oszillator und die die Meßreaktanz enthaltende Schwingschaltung aus einem Monoflop, welche über ein Differenzierglied miteinander verbunden sind.

Die Periodendauer des Oszillators ist dabei nur von der Temperaturdrift der Referenzreaktanz abhängig.

Um ein analoges Ausgangssignal zu erhalten, ist der Monoflop über einen Tiefpaß mit dem Schaltungsausgang verbunden.

Aufgrund dieser Anordnung ist das Ausgangssignal linear und temperaturkompensiert.

Vorteilhafterweise steuert der Referenzkreis mehrere Meßkreise an, wobei jeweils nur ein Meßkreis in Betrieb ist.

Die Schaltung bietet somit den Vorteil, daß die mit den Meßreaktanzen aufgebauten Meßkreise zeitlich versetzt gestartet werden können, so daß die einzelnen Meßreaktanzen sich nicht beeinflussen können, was die Störunempfindlichkeit der Schaltung erhöht. Durch die Verwendung nur einer Referenzreaktanz wird der schaltungstechnische Aufwand bei Mehrsensorsystemen entscheidend verringert.

Vorzugsweise wird zum zeitlich versetzten Starten zwischen Referenz- und jedem Meßkreis jeweils ein Totzeitglied geschaltet. Die Totzeitglieder können dabei unterschiedliche Dimensionierungen aufweisen.

Die Referenz- und die Meßreaktanz können dabei entweder Induktivitäten oder Kapazitäten sein.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung enthaltenen Figuren näher erläutert werden.
1 erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit zwei Meßkreisen,
2 Zeitdiagramme.
Die 1 zeigt ein Beispiel mit zwei Meßkreisen M₁ und M₂, welche den gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind. Beide Meßkreise M₁, M₂ werden von einem Oszillator 1 angesteuert. Der Oszillator besitzt einen R-L-Spannungsteiler, wobei die Induktivität des Spannungsteilers die Referenzinduktivität X_ref darstellt.
Die identisch aufgebauten Meßkreise M_i besitzen jeweils ein Differenzierglied 2_i , welches mit einem Monoflop 3_i verbunden ist. Der Monoflop 3_i beinhaltet in seinem R-L-Spannungsteiler die Meßinduktivität X_i.
Über einen Tiefpaß 4_i wird das digitale Signal in ein analoges Signal umgewandelt, welches durch einen Verstärker 5_i gain- und offsetkorrigiert werden kann.
Im zweiten Meßkreis M₂ ist zusätzlich zwischen den Oszillator 1 und das Differenzierglied 22 ein Monoflop 6 geschaltet.
Die Funktion der Schaltungsanordnung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme in 2 erläutert.
Das zeitbestimmende Glied des R-L-Oszillators 1 ist die Referenzinduktivität X_ref, welche temperaturabhängig ist. Der Spannungsverlauf U_osz am Ausgang des R-L-Oszillators 1 entspricht einem Rechtecksignal.
Zunächst wird der Meßkreis M₁ betrachtet.
Das Rechtecksignal U_osz wird zur Auswertung der Flanken auf das Differenzierglied 21 geführt.
Durch Beschaltung des Differenziergliedes 21 mit nicht dargestellten Klemmdioden erhält man je nach dem, ob die Klemmdiode mit Masse oder Betriebsspannung verbunden ist, am Ausgang des Differenziergliedes 21 entweder die positive oder die negative Flanke.
Im vorliegenden Fall wird die negative Flanke weiterverarbeitet.
Dieser Impuls U_trig1 wird nur einmal während der Periodendauer des Oszillators 1 erzeugt und zur Ansteuerung eines Monoflops 31 genutzt.
Sobald am Triggereingang des Monoflops 31 ein Signal ansteht, wird an den Eingang des R-L-Spannungsteilers des Monoflops 31 eine Sprungfunktion angelegt.
Diese Sprungfunktion bleibt solange anstehen, bis am Ausgang des R-L-Spannungsteilers der obere Schwellwert U_osz überschritten wird. Sobald dieser Wert erreicht ist, wird das Ausgangssignal U_PWM1 des Monoflops 31 zurückgesetzt.
Am Ausgang des Monoflops 31 liegt ein pulsweitenmoduliertes Signal U_PWM1 mit der Periodendauer T_osz des R-L-Oszillators 1 an.
Dieses PWM-Signal kann direkt digital weiterverarbeitet werden .
Führt man dieses PWM-Signal auf einen Tiefpaß 41, so erhält man an dessen Ausgang ein lineares, temperaturkompensiertes Ausgangssignal U_TP1, welches durch einen Verstärker 51 gain- und offsetkorrigiert werden kann.
Im Meßzweig M₂ wird der Triggerimpuls U_trig2 des Differenziergliedes 22 erst nach einer Verzögerungszeit t_V=const des Monoflops 6 am Monoflop 32 wirksam.
Dieser Impuls erzeugt ebenfalls am Eingang des R-L-Spannungsteilers des Monoflops 32 eine Sprungfunktion. Am Ausgang des Monoflops 32 entsteht das pulsweitenmodulierte Signal U_PWM2, dessen Pulsdauer von der Meßinduktivität X₂ abhängt.
Auch dieses Signal U_PWM2 wird zur analogen Auswertung über einen Tiefpaß 42 und einen Verstärker 52 auf den Schaltungsausgang geführt.
Durch die Verwendung des Monoflops 6 als Totzeitglied kann Monoflop 32 des zweiten Meßkreises zeitlich versetzt zum Monoflop 31 des ersten Meßkreises M₁ gestartet werden. Damit ist gewährleistet, daß sich die beiden Meßinduktivitäten X₁ und X₂ nicht beeinflussen.

Claims

Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen, welche aus einer Meß- und einer Referenzreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind und aus einem die Referenzreaktanz enthaltenden Referenzkreis ein Taktsignal zur Ansteuerung eines die Meßreaktanz enthaltenden Meßkreis ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkreis (1) mehrere Meßkreise (M_i) ansteuert, und zum zeitlich versetzten Starten zwischen Referenzkreis (1) und jedem Meßkreis (M_i) ein Totzeitglied (7) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Referenzkreis (1) als auch der Meßkreis (M_i) durch je eine Schwingschaltung gebildet sind, wobei der Referenzkreis (1) die Referenzreaktanz (X_ref) und der Meßkreis (M_i) die Meßreaktanz (X_i) als schwingungsbestimmendes Element enthält.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzreaktanz (X_ref) enthaltene Schwingschaltung ein Oszillator und die die Meßreaktanz (X_i) enthaltende Schwingschaltung ein Monoflop (3) ist, welche über ein Differenzierglied (2) miteinander verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Monoflop (3) über ein Tiefpaß (4) mit dem Schaltungsausgang verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzreaktanz (X_ref) und die Meßreaktanz (X_i) Induktivitäten oder Kapazitäten sind.