DE69001106T2 - Schaltung zur Verarbeitung von Signalen, abgegeben von zwei in Differenzbetrieb arbeitenden Sensoren, die eine physikalische Grösse messen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung hat eine Verarbeitungsschaltung für Signale, geliefert von zwei Meßfühlern im Differentialmodus für eine physikalische Größe zum Gegenstand, die ein Logiksignal liefert, das repräsentativ ist für den numerischen Wert dieser Größe, bei der es sich um eine Kraft, eine Beschleunigung, einen Druck, eine Temperatur, eine Verlagerung usw. handeln kann. Eine solche Schaltung ist bereits bekannt aus der EP-A-0 316 644.
• Die Schaltung gemäß der Erfindung, wie in dem Patentanspruch 1 definiert, empfängt ein erstes Signal mit einer ersten Periode von dem einen der Fühler und ein zweites Signal mit einer zweiten Periode von dem anderen Fühler, welche Perioden sich in inversem Sinne vom einen zum anderen ändern in Abhängigkeit von der physikalischen Größe, und ist besonders bemerkenswert, indem sie umfaßt:
• - ein erstes Zählmittel zum Zählen innerhalb einer Meßperiode einer ganzen Zahl N&sub1; von Perioden T&sub1; des ersten Signals S&sub1;,
• - ein zweites Zählmittel zum Zählen innerhalb der genannten Meßperiode einer ganzen Anzahl N&sub2; von Perioden T&sub2; des zweiten Signals S&sub2;, und
• - einen Logikschaltkreis zum Erzeugen eines Signals Sm, das repräsentativ ist für die Differenz zwischen der Dauer N&sub1;.T&sub1; der Zählung des ersten Zählmittels und der Dauer N&sub2;.T&sub2; der Zählung des zweiten Zählmittels, welches Signal Sm repräsentativ ist für den Wert der physikalischen Größe.
• Vorzugsweise verwendet man Zählmittel, die es ermöglichen, den Wert der Zahlen N&sub1; und N&sub2; zu modifizieren, wie beispielsweise Binärzähler oder Teiler mit einstellbarem Teilungsverhältnis. Man kann auf diese Weise N&sub1; und N&sub2; in Abhängigkeit von Charakteristiken der Meßfühler einstellen (die sich geringfügig unterscheiden können, selbst bei Fühlern, die aus ein- und derselben Herstellungsserie stammen) und in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen der Fühler (Temperaturänderung, Vorspannung, ...).
• Es ist klar, daß je nach den gewählten Werten für N&sub1; und N&sub2; und den Zeitpunkten des Beginns der Zählung für die beiden Zählmittel die Zeitintervalle der Länge N&sub1;.T&sub1; und N&sub2;.T&sub2; einander folgen können, einander teilweise überlagern können oder eines im anderen enthalten sein kann.
• Um den Aufbau des Logikschaltkreises zu vereinfachen, wählt man vorzugsweise N&sub1; und N&sub2; derart, daß die Dauer N&sub1;.T&sub1; immer größer ist als die Dauer N&sub2;.T&sub2;, und man läßt die Zählung durch das zweite Zählmittel beginnen nach dem Beginn der Zählung durch das erste Zählmittel, wobei die Verzögerung so gewählt ist, daß das zweite Zählmittel seine Zählung vor dem ersten Zählmittel beendet.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Signalverarbeitungsschaltung gemäß der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung einer möglichen Ausführungsform dieser Schaltung, im Zusammenhang mit einem Akzelerometer. Diese Beschreibung, die nur als Beispiel, nicht jedoch als beschränkend anzusehen ist, bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
• - die Figur 1 schematisch in Profilansicht ein Beispiel eines Differentialakzelerometers zeigt, das zwei Quartzresonatoren umfaßt;
• - die Figur 2 ein Blockschema ist, das diese Resonatoren, die Treiberschaltungen, die ihnen zugeordnet sind, und die Signalverarbeitungsschaltung gemäß der Erfindung darstellt, wenn sie in der Ausführungsform vorliegt, die hier als Beispiel gewählt wurde;
• - die Figur 3 ein Schema des Logikschaltkreises ist, der einen Teil der Figur 2 bildet;
• - die Figur 4 ein Diagramm ist, das die Form der Hauptsignale darstellt, die in den Schaltkreisen auftreten, die in Figuren 2 und 3 dargestellt sind;
• - die Figur 5 das Schema eines Auslöseschaltkreises ist, der ebenfalls einen Teil der Schaltung nach Figur 2 bildet; und
• - die Figur 6 ein Diagramm ist, das die Form der Signale darstellt, welche in dem Schaltkreis nach Figur 5 auftreten, sowie bestimmter Signale, die bereits in Figur 4 dargestellt wurden.
• Das Akzelerometer, das schematisch in Figur 1 dargestellt ist, ist konzipiert, um eine lineare Beschleunigung messen zu können. Dieses Akzelerometer umfaßt eine Basis 2, an der ein Support 4 befestigt ist mit einem rechteckigen Profil, und von dem ein Teil über diese Basis hinausragt. Auf den einander abgekehrten Seiten dieser Partie des Supports 4 sind mit einem ihrer Enden zwei Quartzresonatoren 6 und 8 befestigt, wobei die anderen Enden dieser Resonatoren auf den einander abgekehrten und parallelen Seiten einer freien Platte 10 mit der Masse M befestigt sind.
• Die Resonatoren 6 und 8 sind Quartzplättchen, die eine parallelepipedische Form aufweisen und mit Elektroden versehen sind, die in der Zeichnung nicht erkennbar sind. Diese Resonatoren werden derart hergestellt, daß sie eine Variation ihrer Eigenfrequenz aufweisen in Abhängigkeit von Längsauslenkungen, denen sie unterworfen werden, wobei eine Streckung den Effekt hat, diese Frequenz zu erhöhen, und eine Kompression, sie zu verringern.
• Die Elektroden des Resonators 6 sind mit einem Treiberschaltkreis 12 verbunden, der in Figur 2 dargestellt ist. Dieser Schaltkreis 12 dient dazu, den Resonator 6 permanent in Schwingung zu vesetzen, wobei die Gesamtheit einen Fühler darstellt, der im vorliegenden Falle ein Rechtecksignal S&sub1; der Frequenz F&sub1; und der Periode T&sub1; = T/F&sub1; liefert, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, wobei die Veränderungen von F&sub1; und T&sub1; repräsentativ sind für die Belastungen, denen der Resonator unterworfen ist. In ähnlicher Weise wird der Resonator 8 durch einen Treiberschaltkreis 14 in Schwingung gehalten, wobei der so gebildete Fühler ein Signal S&sub2; der Frequenz F&sub2; und der Periode T&sub2; = 1/F&sub2; liefert, wie man ebenfalls in Figur 4 erkennen kann.
• Nachstehend wird angenommen, daß das Akzelerometer nicht horizontal angeordnet ist, wie in der Zeichnung, sondern vertikal, derart, daß das Gewicht der Platte 10 parallel zur Längsrichtung der Resonatoren 6 und 8 gerichtet ist. Unter diesen Bedingungen behalten, wenn das Akzelerometer in Ruhe ist, die Resonatoren 6 und 8 eine ebene Form und schwingen mit ihren nominalen Eigenfrequenzen, die mit F1,0 bzw. F2,0 bezeichnet werden, wobei die Nominalperioden, die diesen Freuqenzen entsprechen, ihrerseits mit T1,0 bzw. T2,0 bezeichnet werden. Die Frequenzen F1,0 und F2,0 können gleich sein. Im Falle des Akzelerometers nach Figur 1 jedoch, wo sich die Resonantoren 6 und 8 nahe beinander befinden, besteht ein Interesse, hinreichend unterschiedliche Frequenzen zu wählen, um den Einfluß eines Resonators auf den anderen zu vermeiden.
• Wenn das Akzelerometer der Figur 1 einer linearen Beschleunigung A unterworfen wird, die senkrecht zu den Hauptflächen der Resonatoren 6 und 8 gerichtet ist, wird der Schwerpunkt der Platte 5 mit der Masse M einer dynamischen Kraft F = M.A unterworfen. Diese Kraft hat zur Folge, die Resoantoren 6 und 8 auszulenken unter Berücksichtigung ihrer starren Verbindung mit dem Support 4 und der Platte 10, so daß der erste hauptsächlich einer Dehnungskraft unterworfen wird und der zweite hauptsächlich einer Kompressionskraft. Unter diesen Bedingungen verringert sich die Periode T&sub1; des Signals F&sub1; relativ zur Nominalperiode T1,0, und die Periode T&sub2; des Signals S&sub2; vergrößert sich relativ zur Periode T2,0.
• Die beiden Fühler des Akzelerometers arbeiten demgemäß im Differentialmodus, wobei die Differenz zwischen den Perioden T&sub1; und T&sub2; oder, was sich von selbst versteht, zwischen den Frequenzen F&sub1; und F&sub2; tatsächlich repräsentativ sind für die Kraft F und die Beschleunigung A.
• Bei einem Differentialakzelerometer wie in Fig. 1 dargestellt weiß man, daß die Perioden T&sub1; und T&sub2; mit der Beschleunigung A durch die Gleichungen verknüpft sind:
• T&sub1; = T1,0 . (1 + 2.K&sub1;.A> -1/2 (1)
• T&sub2; = T2,0 . (1 - 2.K&sub2;.A)-1/2 (2)
• worin K&sub1; und K&sub2; Konstanten sind, die repräsentativ sind für die Empfindlichkeiten der Resonatoren 6 und 8.
• Diese Konstanten bestimmen gleichmaßen die Empfindlichkeit des Akzelerometers, da für einen gegebenen Wert der Beschleunigung A eine Vergrößerung der Werte K&sub1; und K&sub2; eine Vergrößerung der Differenz T&sub1;-T1,0 und der Differenz T&sub2;-T2,0 mit sich bringt.
• Gemäß der Erfindung wird die Beschleunigung A ausgedrückt durch die Differenz zwischen der Dauer N&sub1;.T&sub1; und der Dauer N&sub2;.T&sub2;, worin N&sub1; und N&sub2; ganze Zahlen sind. Das Verhältnis zwischen A und der Differenz N&sub1;.T&sub1;-N&sub2;.T&sub2; ist nicht linear. Die Werte der Zahlen N&sub1; und N&sub2; können nach unterschiedlichen Kriterien gewählt werden, für die im späteren Teil der Beschreibung Beispiele wiedergegeben werden.
• Es werde Dm = N&sub1;.T&sub1;-N&sub2;.T&sub2; gesetzt. Die Größe Dm kann positiv oder negativ sein, je nach dem Wert für N&sub1;, T&sub1;, N&sub2;, T&sub2;. Diese Größe kann positiv sein für bestimmte Beschleunigungen und negativ für andere Beschleunigungen, wobei N&sub1; und N&sub2; konstant sind, da entsprechend den Gleichungen (1) und (2) T&sub1; sich mit A verringert und T&sub2; sich mit A vergrößert.
• Ein Verarbeitungsschaltkreis gemäß der Erfindung, der ein Signal erzeugt, das repräsentativ ist für die Größe Dm, ist schematisch in Figur 2 dargestellt, wo dieser Schaltkreis mit dem Bezugszeichen 16 markiert ist.
• Diese Verarbeitungsschaltung 16 umfaßt im wesentlichen ein erstes Zählmittel 18, ein zweites Zählmittel 20 und einen Logikschaltkreis 22.
• Das erste Zählmittel 18 ist konzipiert zum Zählen einer Zahl N&sub1; von Perioden T&sub1; des Signals S&sub1;, erzeugt von der Treiberschaltung 12. Die Zahl N&sub1; kann in dieses erste Zählmittel geladen werden, ausgehend von einem Speichermittel 24, beispielsweise vom Typ EEPROM, in Form eines numerischen Signals SN1, das auf einem Datenbus übertragen wird. Der Beginn der Zählung wird gegeben durch ein Signal Sd,1, das von dem Logikschaltkreis 22 empfangen wird. Am Ende der Zählung gibt das erste Zählmittel ein Signal Sf,1 an den Logikschaltkreis 22 ab.
• Das zweite Zählmittel 20 funktioniert in gleicher Weise wie das erste Zählmittel 18. Es empfängt das Signal S&sub2; von dem Treiberschaltkreis 14, ein Signal SN,2, das repräsentativ ist für die Zahl N&sub2; des Speichermittels 24, und ein Signal Sd,2 des Beginns der Zählung von dem Logikschaltkreis 22, und es erzeugt ein Signal Sf,2 des Endes der Zählung für den Logikschaltkreis 22.
• Unterschiedliche Werte für N&sub1; und N&sub2; können verwendet werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur des Akzelerometers. Diese unterschiedlichen Werte können in bekannter Weise in Form von Tabellen in dem Speichermittel 24 abgespeichert werden.
• Jedes Zählmittel kann beispielsweise von einem binären Abwärtszähler (bzw. Aufwärtszähler) gebildet sein, der anfänglich mit dem Wert +N&sub1; oder +N&sub2; (bzw. -N&sub1; oder -N&sub2;) geladen wird oder von einem Teiler mit einstellbarem Teilungsverhältnis, der mit dem Wert N&sub1; bzw. N&sub2; geladen wird. Als Beispiel kann man Zähler/Teiler mit 8 Bit vom Typ 74 HC 40103 verwenden, mehrere Schaltkreise können in Serie geschaltet werden zum Realisieren von Zählmitteln mit 16, 24, 32, ... Bit.
• Ausgehend von Zählbeginnzeitpunkten und Zählbeendigungszeitpunkten, definiert durch die Signale Sd,1, Sd,2, Sf,1 bzw. Sf,2, liefert der Logikschaltkreis ein Signal Sm, das repräsentativ ist für die Größe Dm gleich N&sub1;.T&sub1;-N&sub2;.T&sub2;.
• Generell muß der Logikschaltkreis 22 konzipiert sein zum Bestimmen von Dm unabhängig von den Dauern N&sub1;.T&sub1; und N&sub2;.T&sub2; und unabhängig von deren Relativposition in dem Meßintervall, d.h. ob diese einander folgen, einander überlappen oder eines in dem anderen enthalten ist.
• Es ist jedoch möglich, sich immer in dem letzteren Fall zu finden, in dem man zweckmäßig die Werte N&sub1;, N&sub2; wählt sowie die Verschiebung zwischen dem Beginn der Zählung durch jedes Zählmittel.
• Eine Ausführungsform eines solchen Logikschaltkreises ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, und die in diesem Schaltkreis auftretenden Signale sind in dem Chronogramm der Fig. 4 wiedergegeben.
• Der logische Schaltkreis 22 empfängt ein Impulssignal Sd,1 von einem Auslöseschaltkreis 26 (Fig. 2), wobei jeder Impuls den Beginn eines Meßzyklus markiert. Dieses Signal Sd,1 wird direkt zum ersten Zählmittel 18 übertragen, um die Zählung beginnen zu lassen. Genauer gesagt, hat die Anstiegsflanke des Signals Sd,1 zur Folge, daß die Zahl N&sub1; in das erste Zählmittel geladen wird und die Zählung beginnt mit der ersten Anstiegsflanke des Signals S&sub1; nach der Abfallflanke des Signals Sd,1. Diese letzere wird gleichermaßen an den Nullrücksetzeingang einer bistabilen Kippstufe 28 vom D-Typ angelegt. Die letztere empfängt an ihrem Takteingang CL das Signal S&sub1;, ausgegeben vom Treiberschaltkreis 12 (Fig. 2), und an seinem Dateneingang D ein Signal, das permanent auf hohem Pegel liegt. Das Signal , ausgegeben vom Ausgang der Kippstufe 28, bildet das Signal Sd,2 für den Beginn der Zählung des zweiten Zählmittels, wobei die Anstiegsflanke des Signals Sd,2 zur Folge hat, daß die Zahl N&sub2; in das zweite Zählmittel geladen wird und das Zählen beginnt mit der ersten Anstiegsflanke des Signals S&sub2; nach der Abfallflanke des Signals Sd,2.
• Die Kippstufe 28 bildet auf diese Weise ein Synchronisationsmittel, das die Zählung durch das zweite Zählmittel kurz nach dem Beginn des Zählens durch das erste Zählmittel beginnen läßt. Das Zeitintervall Ta zwischen dem Beginn der beiden Zählungen erscheint in Form eines Impulses der Breite Ta in einem Signal C. Dieses wird wird in folgender Weise erzeugt.
• Eine bistabile D-Kippstufe 30 empfängt an ihrem Dateneingang D, Takteingang CL und Nullrücksetzeingang R dauernd ein Signal auf hohem Pegel, das Signal S&sub2; bzw. das Signal . Diese Kippstufe liefert demgemäß an ihrem -Ausgang ein Signal , das auf hohen Pegel geht mit der Anstiegsflanke des Signals und auf hohem Pegel bleibt während einer Dauer Ta, nachdem das Signal auf tiefen Pegel zurückgefallen ist. Man erhält demgemäß einfach das Signal C, indem man mittels eines UND-Gatters 32 das Signal und das Signal A, invers zum Signal , kombiniert.
• In ähnlicher Weise läuft die Dauer Tb zwischen dem Ende der Zählung durch das zweite Zählmittel und das Ende der Zählung durch das erste Zählmittel ab und erscheint in Form eines Impulses der Breite Tb in einem Signal .
• Dieses Signal wird erzeugt durch den Ausgang einer bistabilen D-Kippstufe 34, deren Dateneingang D, Takteingang CL und Nullrücksetzeingang R ein dauernd hochliegendes Signal bzw. das Signal f,1 empfangen, das invers ist zum Zählendesignal, erzeugt vom ersten Zählmittel 18, ist, bwz. das Signal f,2, invers zum Signal der Beendigung der Zählung, ausgegeben vom zweiten Zählmittel 20. Inverter 36, 38 ermöglichen, diese Signale f,1 und f,2 zu erhalten.
• Man versteht, daß diese Ausbildung das Signal auf hohen Pegel gehen läßt am Ende der Zählung durch das zweite Zählmittel und auf niedriges Niveau zurückfallen läßt am Ende der Zählung durch das erste Zählmittel.
• Der Logikschaltkreis 22 umfaßt schließlich ein ODER-Gatter 40, das die Signale C und empfängt und ein Signal Sm erzeugt, das für jeden Meßzyklus zwei Impulse der Längen Ta und Tb aufweist. Das Signal Sm ist demgemäß repräsentativ für die Differenz zwischen der Dauer N&sub1;.T&sub1; und der der Dauer N&sub2;,T&sub2;, da diese Differenz genau gleich ist der Quantität Ta + Tb. Das Signal Sm ist auf diese Weise repräsentativ für die Beschleunigung A, der die Quartzresonatoren 6 und 8 unterworfen sind.
• Wie man in Fig. 2 erkennen kann, wird das Signal Sm in einem Umsetzmittel 42 empfangen, das die Dauer Ta + Tb in eine Zahl Dm umsetzt. Das Umsetzmittel kann vorteilhafterweise als Binärzähler ausgebildet sein, aktiviert durch das Signal Sd,1, und dessen Zählstand fortgeschaltet wird durch ein Taktsignal Sh, abgegeben von einem Taktgeber 44. Als Beispiel kann man einen oder mehrere 8 Bit Zähler vom Typ 74 HC 867 verwenden, um einen Zähler mit 8, 16, 24, 32, ... Bit auszubilden.
• In der beschriebenen Verarbeitungsschaltung beginnt das zweite Zählmittel mit seiner Zählung vor dem ersten Zählmittel und beendet sie davor. In diesem Falle ist die Größe Dm gleich der Summe Ta + Tb; man kann demgemäß einen Einrichtungszähler 42 verwenden. Umgekehrt ist im Falle einer Verarbeitungsschaltung, bei der beispielsweise das zweite Zählmittel mit seiner Zählung vor dem ersten Zählmittel beginnt und danach beendet, die Größe Dm gleich Ta - Tb. Man muß demgemäß einen Zweirichtungszähler (Aufwärts-/Abwärtszähler) verwenden, um während der Dauer Ta aufwärts zu zählen und während der Dauer Tb abwärts zu zählen.
• Der Inhalt des Zählers 42 wird ständig auf einen Datenbus in Richtung eines Speichermittels 46 übertragen, wobei der Endwert Dm des Inhalts des Zählers in diesem Speichermittel bei Empfang eines Signals ST abgelegt wird, das vom Auslöseschaltkreis 26 empfangen wird. Das Signal ST markiert das Ende einer Messung. Es kann abgeleitet werden ausgehend von dem Signal Sf,1. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform des Auslöseschaltkreises 26 dargestellt und in dem Chronogramm der Fig. 6 die in diesem Schaltkreis auftretenden Signale sowie das Signal Sm.
• Der Auslöseschaltkreis 26 umfaßt ein UND-Gatter 48, das das Signal S&sub1; und das Signal f,1 empfängt, erzeugt durch Inversion des Signal Sf,1 in einem Inverter 50, und ein UND-Gatter 52, das die Signale f,1 und das Signal &sub1;, erzeugt durch Inversion des Signals S&sub1; in einem Inverter 54, empfängt.
• Ein Meßintervall Pm endet mit der Abstiegsflanke des Impulses der Breite Tb des Signals Sm. Dieses erscheint auf einer Anstiegsflanke des Signals S&sub1;, das in der beschriebenen Verarbeitungsschaltung das Zeitintervall der Dauer N&sub1;.T&sub1; nach dem Zeitintervall der Dauer N&sub2;.T&sub2; endet.
• Das von dem UND-Gatter 48 abgegebene Signal S&sub1; weist demgemäß einen Impuls der Breite T&sub1;/2 auf bis zum Ende des Meßintervalls Pm. Dieser Impuls lädt den Inhalt des Zählers 42 in das Speichermittel 46.
• Das Signal Sd,1, erzeugt vom UND-Gatter 52, weist einen Impuls der Breite T&sub1;/2 unmittelbar nach dem Impuls des Signals S&sub1; auf. Die Anstiegsflanke des Impulses des Signals Sd,1 markiert den Beginn des folgenden Meßintervalls P'm.
• Der Auslöseschaltkreis 26 gemäß Fig. 5 ermöglicht demgemäß wiederholte Messungen der Beschleunigung. Natürlich könnte die Verarbeitungsschaltung gemäß der Erfindung gleichermaßen mit einem manuellen Auslöseschaltkreis versehen sein, der die Ausführung eines einziges Meßzyklus bei jeder Betätigung steuert.
• Es sei nun zur Fig. 2 zurückgekehrt. Es ist festzuhalten, daß das Umsetzmittel beispielsweise von einem Kondensator gebildet sein könnte, der über einen Unterbrecher mit einer Stromquelle verbunden ist, welch letzterer von dem Signal Sm gesteuert wird, um den Kondensator während der Dauer Ta + Tb zu laden.
• Die Verwendung eines Binärzählers ist jedoch bevorzugt, da die Größe Dm dann ein numerischer Wert ist, was die anschließende Verarbeitung durch einen Mikroprozessor vereinfacht und leichter die Drift (auf Englisch "Offset") des Signals Sm, oder, was damit eingeht, der Größe Dm, zu annullieren. Man muß sich nämlich erinnern, daß für eine Beschleunigung A = 0 die Größe Dm gleich T1,0-N&sub2;.T3,0 ist, welche im allgemeinen abweichend von Null ist.
• Man kann einfach diese Drift annullieren, indem man zu Beginn jedes Meßzyklus den Binärzähler 42 mit dem Wert N&sub0; auflädt gleich -(N&sub1;.T1,0-N&sub2;.T2,0) / Fh, worin Fh die Frequenz des Taktsignals Sh ist. Dieser Wert N&sub0; kann in dem Speichermittel 24 abgelegt werden und auf einem Datenbus zum Binärzähler 42 in Form eines numerischen Signals SN0 übertragen werden. Wie für die Zahlen N&sub1; und N&sub2; kann man unterschiedliche Werte für N&sub0; wählen in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen des Akzelerometers und diese Werte in Form von Tabellen in dem Speichermittel 24 ablegen.
• Es ist festzuhalten, daß man in gleicher Weise die Drift annullieren oder zumindest minimieren könnte, indem man die ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; so wählt, daß sie den Wert der Differenz N&sub1;.T1,0-N&sub2;.T2,0 annullieren oder minimieren.
• Schließlich ist klar, daß die Drift auch ignoriert werden kann, wenn ihr Anteil an der Größe Dm als vernachläßigbar betrachtet wird.
• Die Lösung, die darin besteht, die Drift zu annullieren, indem man den Binärzähler mit dem Wert N&sub0; auflädt, ist bevorzugt gegenüber jener, die darin besteht, die Drift von Anfang an durch entsprechende Wahl der ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; zu unterdrücken, weil die erste Lösung keinerlei Bedingung für die ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; erzwingt. Dies kann ausgenutzt werden, um die Eichung des Akzelerometers zu regeln und/oder um seine Ansprechkurve zu linearisieren.
• Es ist nämlich daran zu erinnern, daß bei dem beschriebenen Akzelerometer die Perioden T&sub1; und T&sub2; gegeben sind durch die Beziehungen
• T&sub1; = T1,0 . (1 + 2.K&sub1;.A)-1/2 (1)
• T&sub2; = T2,0 . (1 - 2.K&sub2;.A)-1/2 (2)
• In allgemeiner Weise sind die Ausdrücke 2.K&sub1;.A und 2.K&sub2;.A klein gegenüber 1, so daß man die folgende Reihenentwicklung der Potenzen von A vornehmen kann.
• Die Elementarberechnung ergibt
• Dm =N&sub1;.T&sub1; - N&sub2;.T&sub2; = D&sub0; - Dl + Dn
• worin
• D&sub0; =N&sub1;.T1,0 - N&sub2;.T2,0
• Dl = (N&sub1;.T1,0.K&sub1; + N&sub2;.T2,0.K&sub2;).A
• Dn =3/2.(N&sub1;.T1,0.(K&sub1;)² - N&sub2;.T2,0.(K&sub2;)²).A² - 5/2.(N&sub1;.T1,0.(K&sub1;)³ + N&sub2;.T2,0.(K&sub2;)³).A³ + ε(A&sup4;) ...
• In diesem Ausdruck repräsentiert D&sub0; die Drift ("offset"), D&sub1; den linearen Anteil und Dn den nichtlinearen Anteil.
• Es wurde bereits weiter oben ausgeführt, wie man den Ausdruck D&sub0; gleich Null machen kann. Man kann demgemäß die Ansprechkurve des Akzelerometers linearisieren, indem man N&sub1; und N&sub2; derart wählt, daß außerdem der Ausdruck Dn annulliert oder zumindest minimiert wird. Generell kann man dies erzielen mit einer sehr guten Annäherung, indem man die ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; derart wählt, daß N&sub1;.T1,0.(K&sub1;)² - N&sub2;.T2,0.(K&sub2;)² so nahe wie möglich bei Null liegt, wodurch Dn sich dann auf einen Term der Ordnung 3 verringert und auf Terme der darüberliegenden Ordnungen, die oft vernachläßigbar sind.
• Man kann außerdem das Akzelerometer derart eichen, daß der Bereich der meßbaren Beschleunigungen dem Maximalinhalt Cmax des Binärzählers 42 entspricht. Mit der Annahme, daß D&sub0; und Dn Null oder vernachläßigbar sind, ist die Bedingung für die ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; für die Realisierung der Eichung, daß die Größe
• (Amax - Amin) ( N&sub1;.T1,0.K&sub1; + N&sub2;.T2,0.K&sub2;) - Cmax/Fn
• worin Amax und Amin die maximale bzw. minimale meßbare Beschleunigung sind, gegen Null geht.
• Die Anmelderin hat ein Akzelerometer gemäß Fig. 2 realisiert. Die Gesamtheit der Elemente der Verarbeitungsschaltung 16 wie der Treiberschaltkreise 12 und 14 bilden einen einzigen integrierten Schaltkreis. Die Hauptkennwerte dieses Akzelerometers sind die folgenden:
• F1,0 = 87 kHz
• F2,0 = 89 kHz
• F&sub1; verringert sich um 0,5% für den Extremwert -Amax der Beschleunigung und F&sub2; erhöht sich um 0,5% für diesen gleichen Wert -Amax. Demgemäß ergibt sich F1,min = 86,565 kHz und F2,max = 89,445 kHz. Für N&sub1; = 86 und N&sub2; = 87 (d.h. einen Meßzyklus von 1 ms) erhält man:
• D&sub0; = N&sub1;.T1,0 - N&sub2;.T2,0 = 10,98 us
• Dmax = N&sub1;/F1,min - N&sub2;/F2,max = 20,81 us
• und entsprechend
• Dmin = N&sub1;/F1,max - N&sub2;/F2,min = 1,15 us für den Wert +Amax
• ΔD = Dmax - D&sub0; = D&sub0; - Dmin = 9,83 us
• Fc = 10 MHz
• Mit diesen Kennwerten wird der Maximalwert der Beschleunigung am Ausgang des Zählers 42 mit einer Genauigkeit von 1% gemessen.
• Es ist festzuhalten, daß die Genauigkeit linear mit dem Wert der Zahlen N&sub1; und N&sub2; zunimmt. Wenn man demgemäß N&sub1; = 860 und N&sub2; = 870 wählt, ist die Dauer eines Meßzyklus 10 ms, und die Genauigkeit beträgt 0,1%.

Claims (13)

1. Schaltung zur Verarbeitung von Signalen, abgegeben von zwei Sensoren, die im Differenzbetrieb eine physikalische Größe (A) messen, wobei einer der Sensoren (6, 12) ein erstes Signal (S&sub1;) mit einer ersten Periode (T&sub1;) und der andere Sensor (8, 14) ein zweites Signal (S&sub2;) mit einer zweiten Periode (T&sub2;) liefern, die Perioden im entgegengesetzten Sinn voneinander variieren als Funktion der physikalischen Größe, gekennzeichnet einerseits dadurch, daß sie umfaßt:

- ein erstes Zählmittel (18) zum Zählen innerhalb einer Meßperiode (Pm), eine vorbestimmte ganze Zahl N&sub1; an Perioden T&sub1; des ersten Signals S&sub1;,

- ein zweites Zählmittel (20) zum Zählen innerhalb der Meßperiode (Pm), eine vorbestimmte ganze Zahl N&sub2; an Perioden T&sub2; des zweiten Signals S&sub2;, und

- eine logische Schaltung (22) zum Liefern eines Signals Sm repräsentativ für die Differenz zwischen der Dauer N&sub1;.T&sub1; und der Dauer N&sub2;.T&sub2;, wobei das Signal repräsentativ ist für den Wert der physikalischen Größe, und andererseits dadurch, daß mindestens eine der ganzen Zahlen N&sub1; oder N&sub2; verschieden von 1 ist.

2. Schaltung zur Verarbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal Sm ein Binärsignal ist, das einen Logikzustand, festgehalten während einer Dauer Tm gleich der Differenz zwischen den Dauern N&sub1;.T&sub1; und N&sub2;.T&sub2;, gehalten wird.

3. Schaltung zur Verarbeitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Umwandlungsmittel (42) umfaßt, das das Signal Sm empfängt und eine Zahl Dm als Funktion der Dauer Tm liefert.

4. Schaltung zur Verarbeitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwandlungsmittel eine Zähleinrichtung (42) ist, die auf einem Taktgebereingang ein Taktsignal Sh und auf einem Zählfreigabeeingang das Signal Sm empfängt.

5. Schaltung zur Verarbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Signal Sm ein Verschiebungssignal repräsentativ für die Differenz zwischen den Dauern N&sub1;.T1,0 und N&sub2;.T2,0 enthält, wo T1,0 und T2,0 die jeweiligen Perioden des ersten und zweiten untätigen Sensors sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Verarbeitung Mittel zum Unterdrücken dieses Verschiebungssignals umfaßt.

6. Schaltung zur Verarbeitung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (42) während jeder Messung mit einer das Verschiebungssignal kompensierenden Zahl N&sub0; vorbelastet wird.

7. Schaltung zur Verarbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; gewählt sind und die Logikschaltung (22) angeordnet ist, damit das zweite Zählmittel seine Zählung nach dem ersten Zählmittel anfängt und seine Zählung vor dem ersten Zählmittel beendet.

8. Schaltung zur Verarbeitung nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (42) ein Zähler in einer Richtung ist.

9. Schaltung zur Verarbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zählmittel Mittel zum Laden und Ändern der Werte der ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; enthalten.

10. Schaltung zur Verarbeitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Speichermittel (24) zum Speichern mindestens eines Wertes für N&sub1; und mindestens eines Wertes für N&sub2; umfaßt.

11. Schaltung zur Verarbeitung nach den Ansprüchen 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermittel (24) außerdem mindestens einen Wert N&sub0; speichert.

12. Schaltung zur Verarbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das Signal Sm sich zusammensetzt zum einen Teil aus einem Signal, das in linearer Weise mit der zu messenden physikalischen Größe variiert, und zum anderen Teil aus einem Signal, das in nicht linearer Weise mit der zu messenden physikalischen Größe variiert, dadurch gekennzeichnet, daß die ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; in der Weise zum Minimieren des anderen Teils des Signals gewählt sind.

13. Schaltung zur Verarbeitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ganzen Zahlen N&sub1; und N&sub2; in der Weise gewählt sind, daß der Bereich der meßbaren Werte der physikalischen Größe mit dem Bereich der Werte korrespondiert, die für den Wert Dm, geliefert durch das Umwandlungsmittel, möglich sind.