DE102009001684A1

DE102009001684A1 - Method for calibrating evaluation circuit for determining resonant frequency of electrical resonant circuit, involves interrupting feedback branch of evaluation circuit

Info

Publication number: DE102009001684A1
Application number: DE200910001684
Authority: DE
Inventors: Reinhard Nopper; Remigius Niekrawietz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2010-09-23
Also published as: JP5777288B2; JP2010223962A

Abstract

The method involves interrupting the feedback branch (260) of an evaluation circuit (200), and feeding an alternating current voltage to an input of a trans-conductance operational amplifier (210). An amplifying factor of the trans-conductance operational amplifier is adjusted to a value, which is so selected that the output voltage has minimal amplitude. The feedback branch of the evaluation circuit is closed. An independent claim is also included for an evaluation circuit with an alternating current voltage source.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Auswerteschaltung gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Auswerteschaltung gemäß Patentanspruch 6.The The invention relates to a method for calibrating an evaluation circuit according to claim 1 and an evaluation circuit according to claim 6.

Es ist bekannt, zum Detektieren physikalischer Messgrößen wie Druck, Kraft, Feuchtigkeit und Temperatur LC-Schwingkreise zu verwenden, deren Resonanzfrequenz sich in Abhängigkeit der jeweiligen Messgröße ändert. Derartige passive Sensor-Schwingkreise benötigen keine eigene Spannungsversorgung und erlauben ein kontaktloses Auslesen. Die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von der physikalischen Messgröße kann beispielsweise durch eine Verwendung kapazitiver, induktiver oder resistiver elektronischer Bauelemente im LC-Schwingkreis hergestellt werden, deren elektrische Kapazität, elektrische Induktivität oder deren elektrischer Widerstand sich unter dem Einfluss der physikalischen Messgröße ändert. Derartige Sensoren wurden beispielsweise durch J. C. Butler und andere ( John C. Butler, Anthony J. Vigliotti, Fred W. Verdi and Shawn M. Walsh: Wireless, passive, resonant-circuit, inductively coupled, inductive strain sensor. Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 102, Issues 1–2, pp. 61-66, 2002 ) und durch P. J. Chen und andere ( Po-Jui Chen, Damien C. Rodger, Saloomeh Saati, Mark S. Humayun, and Yu-Chong Tai: Implantable Parylene-Based Wireless Intraocular Pressure Sensor. 21 st IEEE Int. Conf. On MEMS 2008, pp. 58–61, 2008 ) beschrieben.It is known to use for detecting physical quantities such as pressure, force, humidity and temperature LC resonant circuits whose resonant frequency changes depending on the respective measured variable. Such passive sensor resonant circuits do not require their own power supply and allow a contactless reading. The dependence of the resonance frequency on the physical measured quantity can be produced, for example, by using capacitive, inductive or resistive electronic components in the LC resonant circuit whose electrical capacitance, electrical inductance or electrical resistance changes under the influence of the physical measured variable. Such sensors have been described, for example, by JC Butler and others ( John C. Butler, Anthony J. Vigliotti, Fred W. Verdi and Shawn M. Walsh: Wireless, passive, resonant-circuit, inductively coupled, inductive strain sensor. Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 102, Issues 1-2, pp. 61-66, 2002 ) and by PJ Chen and others ( Po-Jui Chen, Damien C. Rodger, Saloomeh Saati, Mark S. Humayun, and Yu-Chong Tai: Implantable Parylene-Based Wireless Intraocular Pressure Sensor. 21st IEEE Int. Conf. On MEMS 2008, pp. 58-61, 2008 ).

Zum Auslesen solcher LC-Schwingkreise muss die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises ermittelt werden. Aus Änderungen dieser Resonanzfrequenz kann dann auf Änderungen der zugeordneten physikalischen Messgröße zurückgeschlossen werden. Es ist bekannt, die Resonanzfrequenz von LC-Schwingkreisen mittels Dipmetern zu bestimmen. Solche Dipmeter weisen einen durchstimmbaren Oszillator und eine von außen zugängliche Spule auf. Die Spule wird dem auszulesenen LC-Schwingkreis angenähert, um eine induktive Kopplung herzustellen. Die Frequenz des die Spule antreibenden Oszillators wird über einen vorgegebenen Wertebereich variiert. Stimmt die Schwingfrequenz des Dipmeters mit der Resonanzfrequenz des Sensor-Schwingkreises überein, so absorbiert der Sensor-Schwingkreis Schwingungsenergie des Oszillators des Dipmeters, was zu einem messbaren Abfall der Schwingungsenergie des Oszillators des Dipmeters führt und auf diese Weise eine Bestimmung der Resonanzfrequenz des LC-Sensor-Schwingkreises ermöglicht. Ein Nachteil solcher Dipmeter besteht im erforderlichen Durchfahren des Frequenzbereichs, das die maximal mögliche Messgeschwindigkeit beschränkt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Spule des Dipermeters lediglich schwach induktiv an den LC-Schwingkreis angekoppelt werden darf, da es sonst zu einer Verfälschung der Eigenfrequenz des LC-Schwingkreises kommt.To the Readout of such LC resonant circuits must be the resonant frequency of the LC resonant circuit can be determined. From changes to this Resonance frequency can then be assigned to changes in the be deduced physical quantity. It is known, the resonant frequency of LC resonant circuits by means To determine dipmeters. Such dipmeters have a tunable Oscillator and an externally accessible coil on. The coil is approximated to the read-out LC resonant circuit, to make an inductive coupling. The frequency of the coil driving oscillator is varied over a predetermined range of values. The oscillation frequency of the dipmeter matches the resonance frequency of the sensor resonant circuit, the sensor resonant circuit absorbs vibrational energy of the oscillator of the dipmeter, resulting in a measurable drop in the Vibration energy of the oscillator of the dipmeter leads and in this way a determination of the resonant frequency of the LC sensor resonant circuit allows. A disadvantage of such Dipmeter is the necessary driving through the frequency range, which is the maximum possible measuring speed limited. Another disadvantage is that the Coil of the dipmeter only weakly inductive to the LC resonant circuit may be coupled, otherwise it is a falsification the natural frequency of the LC resonant circuit comes.

M. Notwak und andere ( M. Notwak, N. Delorme, F. Conseil, G. Jacquemod: A novel architecture for remote interrogation of wireless battery-free capacitive sensors. 13th IEEE Conf. an Electronics, Circuits and Systems 2006, pp. 1236–1239, 2006 ) haben die Verwendung einer Oszillatorschaltung, die den induktiv gekoppelten LC-Sensorschwingkreis als frequenzbestimmendes Resonatorelement in der Rückkopplung eines Verstärkers nutzt, vorgeschlagen. Ein Vorteil dieser Schaltung besteht in der direkten Umsetzung der Messgröße in eine Frequenz einer elektrischen Schwingung. Die Frequenz kann anschließend mithilfe einer bekannten Referenzschwingung, beispielsweise eines Quarzoszillators, einfach und präzise bestimmt werden. Allerdings setzt ein solches Auswertesystem eine starke induktive Kopplung zwischen dem Auswertesystem und dem LC-Schwingkreis voraus. Bei zu schwacher induktiver Kopplung wird die effektive Impedanz des Rückkopplungszweiges durch den Frequenzgang der Auswertespule dominiert, so dass sich keine Oszillation einstellt. Notwak et al. haben daher die Verwendung einer aktiven Kompensationsschaltung vorgeschlagen, die den Frequenzgang der Auswertespule kompensiert. Für eine korrekte Funktion der Schaltung ist eine präzise Dimensionierung der Kompensationsschaltung notwendig. Dies hat zur Folge, dass Fertigungsschwankungen und lebensdauer- und temperaturbedingte Parameterveränderungen die Funktionalität der Schaltung erheblich beeinträchtigen.M. Notwak and others ( M. Notwak, N. Delorme, F. Conseil, G. Jacquemod: A novel architecture for remote interrogation of wireless battery-free capacitive sensors. 13th IEEE Conf. to Electronics, Circuits and Systems 2006, pp. 1236-1239, 2006 ) have proposed the use of an oscillator circuit which uses the inductively coupled LC sensor resonant circuit as the frequency-determining resonator element in the feedback of an amplifier. An advantage of this circuit is the direct conversion of the measured variable into a frequency of an electrical oscillation. The frequency can then be easily and precisely determined using a known reference vibration, such as a quartz oscillator. However, such an evaluation system requires a strong inductive coupling between the evaluation system and the LC resonant circuit. If the inductive coupling is too weak, the effective impedance of the feedback branch is dominated by the frequency response of the evaluation coil, so that no oscillation occurs. Notwak et al. have therefore proposed the use of an active compensation circuit which compensates for the frequency response of the evaluation coil. For a correct function of the circuit, a precise dimensioning of the compensation circuit is necessary. As a result, manufacturing variations and lifetime and temperature-related parameter changes significantly affect the functionality of the circuit.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kalibrieren einer Auswerteschaltung anzugeben. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Auswerteschaltung zum Bestimmen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Auswerteschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.task The present invention is a method for calibrating specify an evaluation circuit. This task is solved by a method having the features of claim 1. Next It is an object of the present invention to provide an improved evaluation circuit for determining a resonant frequency of an electrical resonant circuit provide. This task is performed by an evaluation circuit solved with the features of claim 6. Preferred developments are indicated in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren einer Auswerteschaltung zum Bestimmen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises betrifft eine Auswerteschaltung mit einer Auswertespule, einem Transkonduktanzverstärker und einer Kompensationsschaltung. Dabei ist die Auswertespule induktiv an den elektrischen Schwingkreis ankoppelbar, ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers über einen Rückkopplungszweig mit einem Eingang des Transkonduktanzverstärkers verbunden, die Auswertespule im Rückkopplungszweig des Transkonduktanzverstärkers angeordnet und die Kompensationsschaltung parallel zu Transkonduktanzverstärker und Auswertespule angeordnet. Das Verfahren umfasst Schritte zum Unterbrechen des Rückkopplungszweigs der Auswerteschaltung, zum Anlegen einer Wechselspannung an den Eingang des Transkonduktranzverstärkers, zum Ermitteln einer am Ausgang des Spannungsverstärkers anliegenden Ausgangsspannung, zum Einstellen eines Verstärkungsfaktors des Transkonduktanzverstärkers auf einen Wert, der so gewählt wird, dass die am Ausgang des Spannungsverstärkers anliegende Ausgangsspannung eine minimale Amplitude aufweist, und zum Schließen des Rückkopplungszweigs der Auswerteschaltung. Vorteilhafterweise erlaubt es dieses Verfahren, auf eine aufwendige Kalibrierung der Kompensationsschaltung vor der Inbetriebnahme der Auswerteschaltung zu verzichten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine hinreichende Stabilität des Auswertesystems in Hinblick auf temperatur- und lebensdauerbedingte Veränderungen von Bauteilwerten gewährleistet wird.An inventive method for calibrating an evaluation circuit for determining a resonant frequency of an electrical resonant circuit relates to an evaluation circuit having an evaluation coil, a transconductance amplifier and a compensation circuit. In this case, the evaluation coil can be inductively coupled to the electrical resonant circuit, an output of the transconductance amplifier via a feedback branch with an input of the transconductance amplifier ver tied, the Auswertespule arranged in the feedback branch of the transconductance amplifier and the compensation circuit arranged in parallel to transconductance amplifier and Auswertespule. The method comprises steps of interrupting the feedback branch of the evaluation circuit, applying an AC voltage to the input of the transconductance amplifier, detecting an output voltage applied to the output of the voltage amplifier, adjusting a gain of the transconductance amplifier to a value chosen to be that at the output the voltage amplifier output voltage has a minimum amplitude, and to close the feedback branch of the evaluation circuit. Advantageously, this method makes it possible to dispense with a complex calibration of the compensation circuit prior to the commissioning of the evaluation circuit. Another advantage is that a sufficient stability of the evaluation system is ensured in terms of temperature and life-related changes in component values.

Bevorzugt wird der Verstärkungsfaktor des Transkonduktanzverstärkers mit einer Regelschleife so eingestellt, dass die am Ausgang des Spannungsverstärkers anliegende Ausgangsspannung einen Betrag unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, insbesondere einen minimalen Betrag aufweist. Vorteilhafterweise lässt sich die Einstellung des Verstärkungsfaktors durch Verwendung einer Regelschleife automatisieren. Außerdem erhöht die Verwendung einer Regelschleife die Störunanfälligkeit des vorgeschlagenen Verfahrens.Prefers becomes the amplification factor of the transconductance amplifier with a control loop adjusted so that at the output of the Voltage amplifier applied output voltage an amount below a predetermined threshold, in particular a minimum Amount. Advantageously, the setting can be of the gain factor by using a control loop. In addition, the use of a control loop increases the susceptibility to interference of the proposed method.

In einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst die Auswerteschaltung außerdem einen Spannungsverstärker, der seriell zur Auswertespule im Rückkopplungszweig des Transkonduktanzverstärkers angeordnet ist, wobei das Verfahren weiter einen nach vorgenannten Schritten auszuführenden Schritt zum Einstellen eines Verstärkungsfaktors des Spannungsverstärkers auf einen Wert aufweist, wobei der Wert so gewählt wird, dass sich in der Auswerteschaltung eine Oszillation mit zeitlich konstanter Amplitude einstellt. Vorteilhafterweise wird durch diesen Verfahrensschritt sichergestellt, dass die Auswerteschaltung das Barkhausen-Kriterium erfüllt, welches besagt, dass die Schleifenverstärkung der offenen Oszillatorschleife bei der Sensorresonanzfrequenz gleich eins sein muss. Dadurch ist sichergestellt, dass sich in der Auswerteschaltung eine stabile Oszillation auf der Sensorresonanzfrequenz einstellt.In a development of the method comprises the evaluation circuit also a voltage amplifier, the serial to the evaluation coil in the feedback branch of the transconductance amplifier is arranged, wherein the method further one of the above Steps to set a gain factor of the voltage amplifier to a value, wherein the value is chosen so that in the evaluation circuit sets an oscillation with temporally constant amplitude. advantageously, is ensured by this step, that the evaluation circuit meets the Barkhausen criterion, which states that the loop gain of the open oscillator loop must be equal to one at the sensor resonance frequency. This is ensures that in the evaluation circuit a stable oscillation at the sensor resonance frequency.

Bevorzugt wird der Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärkers mit einer Regelschleife so eingestellt, dass sich in der Auswerteschaltung eines Oszillation mit zeitlich konstanter Amplitude einstellt. Die Verwendung einer Regelschleife bietet den Vorteil, dass sich die Einstellung des Verstärkungsfaktors automatisieren lässt und sich unempfindlich gegenüber Störeinflüssen verhält.Prefers becomes the gain of the voltage amplifier with a control loop adjusted so that in the evaluation circuit set an oscillation with temporally constant amplitude. The Using a control loop has the advantage that the Automatically adjust the gain setting and insensitive to interference behaves.

Zweckmäßigerweise weicht die Frequenz der Wechselspannung mindestens um das dreifache der Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises geteilt durch die Güte des elektrischen Schwingkreises von der Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises ab. Dies hat den Vorteil, dass der Einfluss des elektrischen Schwingkreises auf den Frequenzgang des Transkonduktranzverstärkers dann vernachlässigt werden kann.Conveniently, deviates the frequency of the AC voltage at least three times Resonant frequency of the electrical resonant circuit divided by the Quality of the electrical resonant circuit from the resonant frequency of the electrical resonant circuit. This has the advantage that the Influence of the electrical resonant circuit on the frequency response of the Transconductance amplifier then neglected can be.

Eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung zum Bestimmen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises weist eine Auswertespule, einen Transkonduktanzverstärker, eine Kompensationsschaltung und einen Spannungsverstärker auf. Dabei ist die Auswertespule induktiv an den elektrischen Schwingkreis ankoppelbar, ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers über einen Rückkopplungszweig mit einem Eingang des Transkonduktanzverstärkers verbunden, die Auswertespule im Rückkopplungszweig des Transkonduktanzverstärkers angeordnet, die Kompensationsschaltung parallel zu Transkonduktanzverstärker und Auswertespule angeordnet, der Spannungsverstärker seriell zur Auswertespule im Rückkopplungszweig des Transkonduktanzverstärkers angeordnet, im Rückkopplungszweig des Transkonduktanzverstärkers ein Schalter zum Auftrennen des Rückkopplungszweigs vorgesehen, der Eingang des Transkonduktanzverstärkers mit einer Wechselspannungsquelle verbindbar und der Ausgang des Spannungsverstärkers mit einem Spannungsmessgerät verbindbar. Vorteilhafterweise gestattet diese Auswerteschaltung eine Kalibrierung zur Kompensation von alterungsbedingten und temperaturabhängigen Effekten.A Inventive evaluation circuit for determining a resonant frequency of an electrical resonant circuit has a Evaluation coil, a transconductance amplifier, a compensation circuit and a voltage amplifier. Here is the evaluation coil inductively coupled to the electrical resonant circuit, an output of the transconductance amplifier via a feedback branch connected to an input of the transconductance amplifier, the evaluation coil in the feedback branch of the transconductance amplifier arranged, the compensation circuit in parallel with transconductance amplifier and evaluation coil arranged, the voltage amplifier serially to the evaluation coil in the feedback branch of the transconductance amplifier arranged in the feedback branch of the transconductance amplifier a switch is provided for disconnecting the feedback branch, the input of the transconductance amplifier with an AC voltage source connectable and the output of the voltage amplifier with a Voltage measuring device can be connected. Advantageously allowed This evaluation circuit is a calibration to compensate for aging and temperature-dependent effects.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Auswerteschaltung sind das Spannungsmessgerät und der Transkonduktanzverstärker mit einer Regelungseinrichtung verbindbar, die dazu ausgebildet ist, einen Verstärkungsfaktor des Transkonduktanzverstärkers so einzustellen, dass eine durch das Spannungsmessgerät detektierte Ausgangsspannung eine Amplitude unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, insbesondere eine minimale Amplitude aufweist. Ein Vorteil einer solchen Regelungseinrichtung besteht darin, dass sie ein automatisches und störunempfindliches Einstellen des Verstärkungsfaktors des Transkonduktanzverstärkers ermöglicht.In a preferred embodiment of the evaluation circuit are the voltmeter and the transconductance amplifier connectable to a control device, which is designed to is a gain of the transconductance amplifier so adjust that one through the voltmeter detected output voltage has an amplitude below a predetermined threshold, in particular has a minimum amplitude. An advantage of one Such control device is that it is an automatic and interference-insensitive setting of the amplification factor of the transconductance amplifier.

Zweckmäßigerweise weist die Kompensationsschaltung einen negierten Frequenzgang einer Spule mit ohmschem Wicklungswiderstand auf. Vorteilhafterweise kompensiert die Kompensationsschaltung dann den Frequenzgang der Auswertespule und bewirkt, dass die effektive Lastimpedanz des Transkonduktanzverstärkers bei der Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises eine Phasennullstelle und ein Betragsmaximum aufweist.Expediently, the compensation circuit has a negated frequency response of a coil with an ohmic winding resistance. Advantageously, the compensation circuit then compensates the frequency response of the Auswertespu and causes the effective load impedance of the transconductance amplifier at the resonant frequency of the resonant circuit to have a zero phase and an absolute maximum.

Gemäß einer Ausführungsform der Auswerteschaltung weist die Kompensationsschaltung einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nicht-invertierenden Eingang und einem mit einem Ausgang der Kompensationsschaltung verbundenen Ausgang, einen zwischen einem Eingang der Kompensationsschaltung und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordneten Kompensationswiderstand, einen dem Kompensationswiderstand parallel geschalteten Kompensationskondensator und einen zwischen dem Aus gang der Kompensationsschaltung und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordneten Gegenkoppelwiderstand auf.According to one Embodiment of the evaluation circuit has the compensation circuit an operational amplifier with an inverting input, a non-inverting input and one with an output of Compensation circuit connected output, one between one Input of the compensation circuit and the inverting input the operational amplifier arranged compensation resistor, a compensation capacitor connected in parallel with the compensation resistor and one between the output of the compensation circuit and the arranged inverting input of the operational amplifier Counter coupling resistor on.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Auswerteschaltung weist die Kompensationsschaltung einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nicht-invertierenden Eingang und einem mit einem Ausgang der Kompensationsschaltung verbundenen Ausgang und einen zwischen einem Eingang der Kompensationsschaltung und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordneten Kompensationswiderstand auf, wobei zwischen dem Ausgang der Kompensationsschaltung und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers seriell angeordnet ein Gegenkoppelwiderstand und eine Gegenkoppelspule vorgesehen sind.According to one another embodiment of the evaluation circuit has the Compensation circuit an operational amplifier with a inverting input, a non-inverting input and a connected to an output of the compensation circuit output and one between an input of the compensation circuit and arranged the inverting input of the operational amplifier Compensation resistor, wherein between the output of the compensation circuit and the inverting input of the operational amplifier serially arranged a negative feedback resistor and a negative feedback coil are provided.

Zweckmäßigerweise sind in der Auswerteschaltung schaltungstechnische Mittel vorgesehen, eine Amplitude einer Oszillation in der Auswerteschaltung zu ermitteln.Conveniently, are provided in the evaluation circuit circuitry, a Determine the amplitude of an oscillation in the evaluation circuit.

Bevorzugt weist die Auswerteschaltung auch einen digitalen Zähler zum Ermitteln einer Frequenz einer Oszillation in der Auswerteschaltung auf.Prefers the evaluation circuit also has a digital counter for determining a frequency of an oscillation in the evaluation circuit on.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:The The invention will now be more apparent from the accompanying drawings explained. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines elektrischen Schwingkreises; 1 a schematic view of an electrical resonant circuit;

2 eine schematische Darstellung einer Auswerteschaltung; 2 a schematic representation of an evaluation circuit;

3 ein Blockschaltbild einer Kompensationsschaltung und 3 a block diagram of a compensation circuit and

4 eine schematische Darstellung einer Auswerteschaltung während eines Kalibrierungsvorgangs. 4 a schematic representation of an evaluation circuit during a calibration process.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild eines Schwingkreises 100. Der Schwingkreis 100 ist zur Verwendung als passiver Sensor für phy sikalische Messgrößen wie Druck, Kraft, Feuchtigkeit oder Temperatur geeignet und wird im Folgenden auch als LC- oder Sensor-Schwingkreis bezeichnet. 1 shows a schematic representation of a block diagram of a resonant circuit 100 , The resonant circuit 100 is suitable for use as a passive sensor for physical variables such as pressure, force, humidity or temperature and is also referred to below as LC or sensor resonant circuit.

Der Schwingkreis 100 umfasst eine Sensorinduktivität 110, eine Sensorkapazität 120 und einen Sensorwiderstand 130, die seriell im Schwingkreis 100 angeordnet sind. Bei der Sensorinduktivität 110 kann es sich um eine Spule handeln. Bei der Sensorkapazität 120 kann es sich um einen Kondensator handeln. Beim Sensorwiderstand 130 kann es sich beispielsweise um den elektrischen Widerstand der Spule, die die Sensorinduktivität 110 bildet, und um den Widerstand der die Bauteile 110, 120, 130 verbindenden Leitungen handeln. Die Sensorinduktivität 110 und/oder die Sensorkapazität 120 können sich in Abhängigkeit von einer äußeren physikalischen Messgröße ändern. Beispielsweise kann es sich bei der Sensorkapazität 120 um einen Kondensator handeln, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit eines äußeren Drucks ändert.The resonant circuit 100 includes a sensor inductance 110 , a sensor capacity 120 and a sensor resistance 130 , which are serial in the resonant circuit 100 are arranged. At the sensor inductance 110 it can be a coil. In the sensor capacity 120 it can be a capacitor. At the sensor resistance 130 For example, it may be the electrical resistance of the coil, which is the sensor inductance 110 forms, and the resistance of the components 110 . 120 . 130 acting connecting lines. The sensor inductance 110 and / or the sensor capacity 120 can change depending on an external physical quantity. For example, it may be in the sensor capacity 120 to act a capacitor whose capacity changes in response to an external pressure.

Der Schwingkreis 100 weist eine Resonanzfrequenz f0 auf, die von den Größen der Sensorinduktivität 110 und der Sensorkapazität 120 abhängt. Die Resonanzfrequenz f0 wird auch als Eigenfrequenz bezeichnet. Falls die Sensorinduktivität 110 und/oder die Sensorkapazität 120 von einer äußeren physikalischen Messgröße abhängig sind, so ist auch die Resonanzfrequenz f0 von der äußeren physikalischen Messgröße abhängig.The resonant circuit 100 has a resonant frequency f0 that depends on the magnitudes of the sensor inductance 110 and the sensor capacity 120 depends. The resonance frequency f0 is also called the natural frequency. If the sensor inductance 110 and / or the sensor capacity 120 are dependent on an external physical quantity, so the resonance frequency f0 of the external physical quantity is dependent.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Auswerteschaltung 200, die zum Ermitteln der Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises 100 geeignet ist. Die Auswerteschaltung 200 umfasst einen Transkonduktanzverstärker 210, eine Auswertespule 220, eine Kompensationsschaltung 230 und einen Spannungsverstärker 240. Beim Transkonduktanzverstärker 210 kann es sich um eine spannungsgesteuerte Stromquelle handeln. Ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers 210 ist über einen Rückkopplungszweig 260 mit einem Eingang des Transkonduktanzverstärkers 210 verbunden. Die Auswertespule 220 und der Spannungsverstärker 240 sind seriell hintereinander im Rückkopplungszweig 260 angeordnet. Die Kompensationsschaltung 230 ist dem Transkonduktanzverstärker 210 und der Auswertespule 220 parallel geschaltet. Der Eingang der Kompensationsschaltung 230 ist somit mit dem Ausgang des Spannungsverstärkers 240 verbunden, während der Ausgang der Kompensationsschaltung 230 mit einem Additionspunkt 250 verbunden ist, der im Rückkopplungszweig 260 zwischen der Auswertespule 220 und dem Spannungsverstärker 240 liegt. 2 shows a schematic block diagram of an evaluation circuit 200 for determining the resonant frequency f0 of the resonant circuit 100 suitable is. The evaluation circuit 200 includes a transconductance amplifier 210 , an evaluation coil 220 , a compensation circuit 230 and a voltage amplifier 240 , At the transconductance amplifier 210 it can be a voltage-controlled current source. An output of the transconductance amplifier 210 is via a feedback branch 260 with an input of the transconductance amplifier 210 connected. The evaluation coil 220 and the voltage amplifier 240 are serially one behind the other in the feedback branch 260 arranged. The compensation circuit 230 is the transconductance amplifier 210 and the evaluation coil 220 connected in parallel. The input of the compensation circuit 230 is thus connected to the output of the voltage amplifier 240 connected while the output of the compensation circuit 230 with an addition point 250 connected in the feedback branch 260 between the ejector tespule 220 and the voltage amplifier 240 lies.

Die Auswertespule 220 kann induktiv bzw. transformatorisch an die Sensorinduktivität 110 des Sensor-Schwingkreises 100 gekoppelt werden. Dazu werden die Sensorinduktivität 110 und die Auswertespule 220 einander derart angenähert, dass sich die Sensorinduktivität 110 im Nahfeld eines durch die Auswertespule 220 erzeugten elektromagnetischen Feldes befindet. Die Auswerteschaltung 200 bildet dann eine Oszillatorschaltung, die den transformatorisch gekoppelten Sensor-Schwingkreis 100 als frequenzbestimmendes Resonatorelement in der Rückkopplung 260 des Transkonduktanzverstärkers 210 nutzt. Ein Vorteil dieser Schaltung besteht in der direkten Umsetzung der durch den Sensor-Schwingkreis 100 detektierten physikalischen Messgröße in eine Frequenz einer Schwingung in der Auswerteschaltung 200. Diese Frequenz kann anschließend mithilfe einer bekannten Referenzschwingung einfach und präzise bestimmt werden, um die Messgröße zu ermitteln.The evaluation coil 220 can inductively or transformerically to the sensor inductance 110 of the sensor resonant circuit 100 be coupled. These are the sensor inductance 110 and the evaluation coil 220 approximated each other so that the sensor inductance 110 in the near field one through the evaluation coil 220 generated electromagnetic field is located. The evaluation circuit 200 then forms an oscillator circuit, the transformer-coupled sensor resonant circuit 100 as a frequency-determining resonator element in the feedback 260 of the transconductance amplifier 210 uses. An advantage of this circuit is the direct implementation of the through the sensor resonant circuit 100 detected physical quantity in a frequency of a vibration in the evaluation circuit 200 , This frequency can then be easily and precisely determined using a known reference vibration to determine the measurand.

Durch die induktive Kopplung der Auswertespule 220 an die Sensorinduktivität 110 ergibt sich eine effektive Impedanz des Rückkopplungszweiges 260, deren Größe von der Sensorinduktivität 110, der Sensorkapazität 120 und dem Sensorwiderstand 130 abhängt. Bei lediglich schwacher induktiver Kopplung zwischen der Auswertespule 220 und der Sensorinduktivität 110 wird die effektive Impedanz des Rückkoppelzweiges 260 jedoch alleine durch den Frequenzgang der Auswertespule 220 dominiert. In diesem Fall eilt die Eingangsspannung des Transkonduktanzverstärkers 210 dem Ausgangsstrom des Transkonduktanzverstärkers 210 für alle Frequenzen um beinahe 90° voraus, so dass sich in der Auswerteschaltung 200 keine Oszillation ausbildet. Damit sich in der Auswerteschaltung 200 eine Oszillation mit der Eigenfrequenz f0 des Sensor-Schwingkreises 100 einstellt, muss die effektive Impedanz des Rückkopplungszweiges 260 bei der Resonanzfrequenz f0 eine Phase von 0° aufweisen. Deshalb weist die Auswerteschaltung 200 die Kompensationsschaltung 230 auf, die den Frequenzgang der Auswertespule 220 kompensiert, so dass die effektive Lastimpedanz des Transkonduktanzverstärkers 210 bei der Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreise 100 eine Phasennullstelle und ein Betragsmaximum aufweist. Die effektive Lastimpedanz des Transkonduktanzverstärkers 210 entspricht dann qualitativ dem Frequenzgang eines LC-Parallelschwingkreises. Als Kompensationsschaltung 230 eignet sich prinzipiell jede Schaltung, die einen inversen Frequenzgang einer Spule aufweist. Beispielsweise kann die Kompensationsschaltung 230 als negativer Impendanzkonverter aufgebaut sein.Due to the inductive coupling of the evaluation coil 220 to the sensor inductance 110 results in an effective impedance of the feedback branch 260 whose size depends on the sensor inductance 110 , the sensor capacity 120 and the sensor resistance 130 depends. With only weak inductive coupling between the evaluation coil 220 and the sensor inductance 110 becomes the effective impedance of the feedback branch 260 but only by the frequency response of the evaluation coil 220 dominated. In this case, the input voltage of the transconductance amplifier leads 210 the output current of the transconductance amplifier 210 for all frequencies by almost 90 ° ahead, so that in the evaluation circuit 200 no oscillation is formed. So that in the evaluation circuit 200 an oscillation with the natural frequency f0 of the sensor resonant circuit 100 must set the effective impedance of the feedback branch 260 at the resonance frequency f0 have a phase of 0 °. Therefore, the evaluation circuit 200 the compensation circuit 230 on, the frequency response of the evaluation coil 220 compensates, so that the effective load impedance of the transconductance amplifier 210 at the resonant frequency f0 of the resonant circuits 100 has a phase zero and a maximum amount. The effective load impedance of the transconductance amplifier 210 then qualitatively corresponds to the frequency response of an LC parallel resonant circuit. As a compensation circuit 230 In principle, any circuit that has an inverse frequency response of a coil is suitable. For example, the compensation circuit 230 be constructed as a negative Impendanzkonverter.

In 3 ist eine mögliche Ausführungsform einer Kompensationsschaltung 230 schematisch dargestellt. Die Kompensationsschaltung 230 der 3 weist einen Operationsverstärker 300 mit einem invertierenden Eingang 310 und einem nicht-invertierenden Eingang 320 auf. Ein Ausgang des Operationsverstärkers 300 ist mit einem Ausgang 370 der Kompensationsschaltung 230 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 300 ist außerdem über einen Gegenkoppelwiderstand 350 mit dem invertierenden Eingang 310 des Operationsverstärkers 300 verbunden. Der nicht-invertierende Eingang 320 des Operationsverstärkers 300 ist mit einem Masseanschluss verbunden. Der invertierende Eingang 310 des Operationsverstärkers 300 ist über einen Kompensationswiderstand 330 mit einem Eingang 360 der Kompensationsschaltung 230 verbunden. Dem Kompensationswiderstand 330 ist ein Kompensationskondensator 340 parallel geschaltet.In 3 is a possible embodiment of a compensation circuit 230 shown schematically. The compensation circuit 230 of the 3 has an operational amplifier 300 with an inverting input 310 and a non-inverting input 320 on. An output of the operational amplifier 300 is with an exit 370 the compensation circuit 230 connected. The output of the operational amplifier 300 is also via a negative feedback resistor 350 with the inverting input 310 of the operational amplifier 300 connected. The non-inverting input 320 of the operational amplifier 300 is connected to a ground connection. The inverting input 310 of the operational amplifier 300 is via a compensation resistor 330 with an entrance 360 the compensation circuit 230 connected. The compensation resistor 330 is a compensation capacitor 340 connected in parallel.

In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform weist die Kompensationsschaltung 230 einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nicht-invertierenden Eingang und einem mit einem Ausgang der Kompensationsschaltung 230 verbundenen Ausgang auf. Weiter ist in dieser Ausführungsform ein zwischen einem Eingang der Kompensationsschaltung 230 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordneter Kompensationswiderstand vorgesehen. Außerdem sind zwischen dem Ausgang der Kompensationsschaltung 230 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers seriell angeordnet ein Gegenkoppelwiderstand und eine Gegenkoppelspule vorgesehen.In an alternative, not shown embodiment, the compensation circuit 230 an operational amplifier having an inverting input, a non-inverting input and an output of the compensation circuit 230 connected output. Further, in this embodiment, between an input of the compensation circuit 230 and the inverting input of the operational amplifier arranged compensation resistor. In addition, between the output of the compensation circuit 230 and the inverting input of the operational amplifier arranged in series, a negative feedback resistor and a negative feedback coil provided.

Die Kompensationsschaltung 230 hat die Aufgabe, den Frequenzgang der Auswertespule 220 zu kompensieren. Hierfür ist allerdings eine präzise Dimensionierung der Kompensationsschaltung 230 notwendig. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der Kompensationsschaltung 230 ist beispielsweise eine präzise Dimensionierung des Kompensationswiderstandes 330, des Kompensationskondensators 340 und des Gegenkoppelwiderstands 350 notwendig, wobei die genannten Bauteile in Abhängigkeit der elektrischen Kennwerte der Auswer tespule 220 bemessen werden müssen. Falls die Kompensationsschaltung 230 nicht ausreichend genau dimensioniert ist, weist das gekoppelte System aus Auswerteschaltung 200 und Schwingkreis 100 entweder eine zusätzliche Serienresonanzfrequenz auf, wobei sich die Frequenz der Parallelresonanz ändert oder sogar vollständig verschwindet. Die genaue Dimensionierung der Kompensationsschaltung 230 wird durch Fertigungsschwankungen und Lebensdauer- und Temperaturabhängigkeiten der in der Auswerteschaltung 200 verwendeten Bauteile erschwert. Es wurde jedoch erkannt, dass die Kompensationsschaltung 230 auch durch eine Veränderung eines Verstärkungsfaktors G des Transkonduktanzverstärkers 210 kalibriert werden kann. Dies wird nachfolgend erläutert.The compensation circuit 230 has the task of the frequency response of the evaluation coil 220 to compensate. However, this is a precise dimensioning of the compensation circuit 230 necessary. At the in 3 illustrated embodiment of the compensation circuit 230 is for example a precise dimensioning of the compensation resistor 330 , the compensation capacitor 340 and the negative feedback resistance 350 necessary, said components depending on the electrical characteristics of the Auswer tulent 220 must be measured. If the compensation circuit 230 is not sufficiently accurate dimensioned, the coupled system of evaluation circuit 200 and resonant circuit 100 either an additional series resonant frequency, wherein the frequency of the parallel resonance changes or even completely disappears. The exact dimensioning of the compensation circuit 230 is due to manufacturing fluctuations and life and temperature dependencies in the evaluation circuit 200 used components difficult. However, it was recognized that the compensation circuit 230 also by a change of an amplification factor G of the transconductance amplifier 210 can be calibrated. this will explained below.

Eine Analyse der frequenzabhängigen Impedanz der Auswertespule 220 mit angekoppelten Sensor-Schwingkreis 100 ergibt, dass die in 3 dargestellte Ausführungsform der Kompensationsschaltung 230 dann optimal angepasst ist, wenn der Quotient von Gegenkoppelwiderstand 350 und Kompensationswiderstand 330 gleich dem Produkt des Verstärkungsfaktors G des Transkonduktanzverstärkers 210 und dem Wicklungswiderstand der Auswertespule 220 ist. Außerdem muss das Produkt aus Gegenkoppelwiderstand 350 und der Kapazität des Kompensationskondensators 240 gleich dem Produkt des Verstärkungsfaktors G des Transkonduktanzverstärkers 210 und der Induktivität der Auswertespule 220 sein. Für eine korrekte Funktion der Kompensationsschaltung 230 ist besonders die Erfüllung der zweitgenannten Bedingung wichtig. Der Verstärkungsfaktor G des Transkonduktanzverstärkers 210 muss also auf den Wert des Gegenkoppelwiderstands 350 mal der Kapazität des Kompensationskondensators 340 geteilt durch die Induktivität der Auswertespule 220 eingestellt werden. Ein Verfahren zum Auffinden eines geeigneten Werts des Verstärkungsfaktors G wird unten anhand der 4 erläutert.An analysis of the frequency-dependent impedance of the evaluation coil 220 with coupled sensor resonant circuit 100 shows that the in 3 illustrated embodiment of the compensation circuit 230 then optimally adapted when the quotient of negative feedback resistance 350 and compensation resistor 330 equal to the product of the gain G of the transconductance amplifier 210 and the winding resistance of the evaluation coil 220 is. In addition, the product must be made of negative feedback 350 and the capacity of the compensation capacitor 240 equal to the product of the gain G of the transconductance amplifier 210 and the inductance of the evaluation coil 220 be. For a correct function of the compensation circuit 230 Especially the fulfillment of the second condition is important. The amplification factor G of the transconductance amplifier 210 So it must be on the value of the negative feedback resistance 350 times the capacity of the compensation capacitor 340 divided by the inductance of the evaluation coil 220 be set. A method for finding a suitable value of the gain G will be described below with reference to FIG 4 explained.

Zusätzlich zur Kompensation des Frequenzgangs der Auswertespule 220 muss der durch die Auswerteschaltung 200 gebildete Oszillator das sogenannte Barkhausen-Kriterium erfüllen, damit sich eine stabile Oszillation in der Auswerteschaltung 200 einstellen kann. Das Barkhausen-Kriterium besagt, dass die Schleifenverstärkung der offenen Oszillatorschleife bei der Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises 100 den Wert 1 aufweisen muss. Ist die Schleifenverstärkung zu gering, so stellt sich lediglich eine gedämpfte, abklingende Schwingungsamplitude ein, während es bei zu großer Schleifenverstärkung zu einer immer weiter ansteigenden Schwingungsamplitude kommt. Der Spannungsverstärker 240 weist einen veränderlichen Verstärkungsfaktor g auf, und dient dazu, die Schleifenverstärkung der Oszillatorschleife der Auswerteschaltung 200 so einzustellen, dass das Barkhausen-Kriterium erfüllt ist.In addition to the compensation of the frequency response of the evaluation coil 220 must by the evaluation circuit 200 formed oscillator meet the so-called Barkhausen criterion, so that a stable oscillation in the evaluation circuit 200 can adjust. The Barkhausen criterion states that the loop gain of the open oscillator loop at the resonant frequency f0 of the resonant circuit 100 must have the value 1. If the loop gain is too low, then only a damped, decaying oscillation amplitude sets in, while if the loop amplification is too great, an oscillation amplitude which increases further and further increases. The voltage amplifier 240 has a variable amplification factor g, and serves to increase the loop gain of the oscillator loop of the evaluation circuit 200 adjusted so that the Barkhausen criterion is met.

4 zeigt eine Ansicht einer Auswerteschaltung 400 während eines Kalibrieritungsvorgangs. Im Unterschied zur Auswerteschaltung 200 der 2 wurde in 4 der Rückkopplungszweig 260 mittels eines nicht dargestellten Schalters unterbrochen. Dadurch ist in 4, im Unterschied zu 2, der Ausgang des Spannungsverstärkers 240 nicht mit dem Eingang des Transkonduktanzverstärkers 210 verbunden. Statt dessen ist der Ausgang des Spannungsverstärkers 240 mit einem Spannungsmessgerät 410 verbunden, das eine durch den Spannungsverstärker 240 ausgegebene Ausgangsspannung 415 misst. Der Eingang des Transkonduktanzverstärkers 210 ist mit einer Wechselspannungsquelle 420 verbunden, mittels derer eine Wechselspannung 425 an den Eingang des Transkonduktanzverstärkers 210 angelegt werden kann. Die Frequenz der Wechselspannung 425 wird möglichst weit entfernt von der Resonanzfrequenz f0 des Sensor-Schwingkreises 100 gewählt. Als zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn die Frequenz der Wechselspannung 425 mindestens um das dreifache der Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises 100 geteilt durch eine Güte Q des Schwingkreises 100 von der Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises 100 abweicht. Beispielsweise kann die Frequenz der Wechselspannung 425 halb so groß wie die Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises 100 gewählt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass der Einfluss des an die Auswertespule 220 angekoppelten Schwingkreises 100 auf den Frequenzgang der Übertragungsfunktion der offenen Oszillatorschleife der Auswerteschaltung 200 vernachlässigt werden kann. 4 shows a view of an evaluation circuit 400 during a calibration process. In contrast to the evaluation circuit 200 of the 2 was in 4 the feedback branch 260 interrupted by a switch, not shown. This is in 4 , in contrast to 2 , the output of the voltage amplifier 240 not with the input of the transconductance amplifier 210 connected. Instead, the output of the voltage amplifier 240 with a voltmeter 410 connected, the one through the voltage amplifier 240 output voltage output 415 measures. The input of the transconductance amplifier 210 is with an AC source 420 connected, by means of which an AC voltage 425 to the input of the transconductance amplifier 210 can be created. The frequency of the AC voltage 425 is as far away from the resonant frequency f0 of the sensor resonant circuit 100 selected. As has been found to be useful when the frequency of the AC voltage 425 at least three times the resonant frequency f0 of the resonant circuit 100 divided by a quality Q of the resonant circuit 100 from the resonant frequency f0 of the resonant circuit 100 differs. For example, the frequency of the AC voltage 425 half as large as the resonant frequency f0 of the resonant circuit 100 to get voted. This ensures that the influence of the to the evaluation coil 220 coupled resonant circuit 100 on the frequency response of the transfer function of the open oscillator loop of the evaluation circuit 200 can be neglected.

Im nächsten Verfahrensschritt wird der Verstärkungsfaktor G des Transkonduktanzverstärkers 210 so eingestellt, dass die am Ausgang des Spannungsverstärkers 240 gemessene Wechselspannung 425 eine Amplitude unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts oder eine möglichst geringe Amplitude, idealerweise eine verschwindende Amplitude annimmt. Besonders bevorzugt erfolgt die Einstellung des Verstärkungsfaktors G mittels einer Regelschleife. Die Regelschleife regelt den Verstärkungsfaktor G beispielsweise so ein, dass die Amplitude der gemessenen Wechselspannung 425 ein Minimum annimmt, oder die Amplitude innerhalb eines Schwellwertbereichs um ein Minimum liegt. Dies hat den Vorteil, dass kein menschliches Eingreifen erforderlich ist.In the next step, the amplification factor G of the transconductance amplifier 210 set so that the at the output of the voltage amplifier 240 measured AC voltage 425 an amplitude below a predetermined threshold or the lowest possible amplitude, ideally assumes a vanishing amplitude. Particularly preferably, the setting of the amplification factor G by means of a control loop. The control loop regulates the gain G, for example, so that the amplitude of the measured AC voltage 425 assumes a minimum or the amplitude is within a threshold range by a minimum. This has the advantage that no human intervention is required.

Nach erfolgter Einstellung des Verstärkungsfaktors G des Transkonduktanzverstärkers 210 wird die Regelschleife der Auswerteschaltung 200 wieder geschlossen. Zu diesem Zweck werden das Spannungsmessgerät 410 vom Ausgang des Spannungsverstärkers 240 und die Wechselspannungsquelle 420 vom Eingang des Transkonduktanzverstärkers 210 getrennt. Anschließend wird der Ausgang des Spannungsverstärkers 240 wieder mittels des nicht dargestellten Schalters mit dem Eingang des Transkonduktanzverstärkers 210 verbunden.After adjustment of the gain G of the transconductance amplifier 210 becomes the control loop of the evaluation circuit 200 closed again. For this purpose, the voltage measuring device 410 from the output of the voltage amplifier 240 and the AC voltage source 420 from the input of the transconductance amplifier 210 separated. Subsequently, the output of the voltage amplifier 240 again by means of the switch, not shown, with the input of the transconductance amplifier 210 connected.

Der Verstärkungsfaktor G des Transkonduktanzverstärkers 210 und die Kompensationsschaltung 230 sind nun so kalibriert, dass die Kompensationsschaltung 230 den Frequenzgang der Auswertespule 220 kompensiert. Um auch ein Erfüllen des Barkhausen-Kriteriums sicher zu stellen, kann nur noch eine Anpassung des Verstärkungsfaktors g des Spannungsverstärkers 240 erfolgen. Zu diesem Zweck wird der Verstärkungsfaktor g des Spannungsverstärkers 240 so eingestellt, dass sich in der Auswerteschaltung 200 eine Oszillation mit einer zeitlich konstanten Amplitude einstellt. Zu diesem Zweck kann die Auswerteschaltung 200 ein in den Figuren nicht dargestelltes Mittel zur Ermittlung der Amplitude der Oszillation aufweisen. Besonders bevorzugt wird auch die Einstellung des Verstärkungsfaktors g des Spannungsverstärkers 240 mittels einer Regelschleife vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass dann auch zur Einstellung des Verstärkungsfaktors g des Spannungsverstärkers 240 kein menschliches Eingreifen notwendig ist.The amplification factor G of the transconductance amplifier 210 and the compensation circuit 230 are now calibrated so that the compensation circuit 230 the frequency response of the evaluation coil 220 compensated. In order to ensure compliance with the Barkhausen criterion, only an adjustment of the amplification factor g of the voltage amplifier 240 respectively. For this purpose, the gain g of the voltage amplifier 240 adjusted so that in the evaluation 200 sets an oscillation with a time constant amplitude. For this purpose, the evaluation circuit 200 have a means not shown in the figures for determining the amplitude of the oscillation. The setting of the amplification factor g of the voltage amplifier is also particularly preferred 240 made by means of a control loop. This has the advantage that then also for adjusting the gain g of the voltage amplifier 240 no human intervention is necessary.

Die Auswerteschaltung 200 kann auch ein in den Figuren nicht dargestelltes Mittel zum Ermitteln einer Frequenz einer Oszillation in der Auswerteschaltung 200 aufweisen. Das Mittel zum Ermitteln der Frequenz der Oszillation kann beispielsweise ein digitaler Zähler sein. In diesem Fall wird zusätzlich eine Zeit- oder Frequenzreferenz (zum Beispiel ein Schwingquarz) benötigt.The evaluation circuit 200 can also be a means not shown in the figures for determining a frequency of oscillation in the evaluation circuit 200 exhibit. The means for determining the frequency of the oscillation may, for example, be a digital counter. In this case, additionally a time or frequency reference (for example a quartz crystal) is needed.

Die durch die beschriebene Auswerteschaltung 200 ermittelte Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises 100 kann beispielsweise im Bereich einiger Kilohertz bis einiger 10 Megahertz liegen.The evaluation circuit described by the 200 determined resonant frequency f0 of the resonant circuit 100 may for example be in the range of a few kilohertz to a few tens of megahertz.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Notwak et al. [0004]

Claims

Method for calibrating an evaluation circuit ( 200 ) for determining a resonant frequency (f0) of an electrical resonant circuit ( 100 ), wherein the evaluation circuit ( 200 ) an evaluation coil ( 220 ), a transconductance amplifier ( 210 ) and a compensation circuit ( 230 ), wherein the evaluation coil ( 220 ) inductively to the electrical resonant circuit ( 100 ), wherein an output of the transconductance amplifier ( 210 ) via a feedback branch ( 260 ) with an input of the transconductance amplifier ( 210 ), wherein the evaluation coil ( 220 ) in the feedback branch ( 260 ) of the transconductance amplifier ( 210 ), the compensation circuit ( 230 ) in parallel with transconductance amplifiers ( 210 ) and evaluation coil ( 220 ), the method comprising the steps of: - interrupting the feedback branch ( 260 ) of the evaluation circuit ( 200 ); - application of an alternating voltage ( 425 ) to the input of the transconductance amplifier ( 210 ); Determining one at the output of the voltage amplifier ( 240 ) applied output voltage ( 415 ); - setting a gain factor (G) of the transconductance amplifier ( 210 ) to a value that is chosen so that the voltage at the output of the voltage amplifier ( 240 ) applied output voltage ( 415 ) has a minimum amplitude; Closing the feedback branch ( 260 ) of the evaluation circuit ( 200 ).

Method according to Claim 1, in which the amplification factor (G) of the transconductance amplifier (G) 210 ) is adjusted with a control loop so that the voltage amplifiers at the output of the voltage ( 240 ) applied output voltage ( 415 ) has an amount below a predetermined threshold, in particular a minimum amount.

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the evaluation circuit also comprises a voltage amplifier ( 240 ), which is connected in series with the evaluation coil ( 220 ) in the feedback branch ( 260 ) of the transconductance amplifier ( 210 ), the method having the following further method step, which is carried out according to the steps mentioned in the preceding claims: - setting of a gain factor (g) of the voltage amplifier ( 240 ) to a value, wherein the value is selected such that in the evaluation circuit ( 200 ) sets an oscillation with temporally constant amplitude.

Method according to Claim 3, in which the amplification factor (g) of the voltage amplifier ( 240 ) is set with a control loop so that in the evaluation circuit ( 200 ) sets an oscillation with temporally constant amplitude.

Method according to one of the preceding claims, wherein the frequency of the AC voltage ( 425 ) at least three times the resonant frequency (f0) of the electrical oscillating circuit ( 100 divided by the quality (Q) of the electrical oscillating circuit ( 100 ) of the resonant frequency (f0) of the electrical oscillating circuit ( 100 ) deviates.

Evaluation circuit ( 200 ) for determining a resonant frequency (f0) of an electrical resonant circuit ( 100 ), wherein the evaluation circuit ( 200 ) an evaluation coil ( 220 ), a transconductance amplifier ( 210 ), a compensation circuit ( 230 ) and a voltage amplifier ( 240 ), wherein the evaluation coil ( 220 ) inductively to the electrical resonant circuit ( 100 ), wherein an output of the transconductance amplifier ( 210 ) via a feedback branch ( 260 ) with an input of the transconductance amplifier ( 210 ), wherein the evaluation coil ( 220 ) in the feedback branch ( 260 ) of the transconductance amplifier ( 210 ), the compensation circuit ( 230 ) in parallel with transconductance amplifiers ( 210 ) and evaluation coil ( 220 ), the voltage amplifier ( 240 ) serially to the evaluation coil ( 220 ) in the feedback branch ( 260 ) of the transconductance amplifier ( 210 ), characterized in that in the feedback branch ( 260 ) of the transconductance amplifier ( 210 ) a switch for disconnecting the feedback branch ( 260 ), the input of the transconductance amplifier ( 210 ) with an AC voltage source ( 420 ) and the output of the voltage amplifier ( 240 ) with a voltage measuring device ( 410 ) is connectable.

Evaluation circuit ( 200 ) according to claim 6, wherein the tension measuring device ( 410 ) and the transconductance amplifier ( 210 ) are connectable to a control device, which is adapted to a gain factor (G) of the transconductance amplifier ( 210 ) so that one through the voltage measuring device ( 410 ) detected output voltage ( 415 ) has an amplitude below a predetermined threshold, in particular a minimum amplitude.

Evaluation circuit ( 200 ) according to one of claims 6 or 7, wherein the compensation circuit ( 230 ) has a negated frequency response of a coil with ohmic winding resistance.

Evaluation circuit ( 200 ) according to one of claims 6 to 8, wherein the compensation circuit ( 230 ) an operational amplifier ( 300 ) with an inverting input ( 310 ), a non-inverting input ( 320 ) and one with an output ( 370 ) of the compensation circuit ( 230 ), one between an input ( 360 ) of the compensation circuit ( 230 ) and the inverting input ( 310 ) of the operational amplifier ( 300 ) arranged compensation resistor ( 330 ), the compensation resistor ( 330 ) parallel connected Kompen sationskondensator ( 340 ) and one between the output ( 370 ) of the compensation circuit ( 230 ) and the inverting input ( 310 ) of the operational amplifier ( 300 ) arranged counter coupling resistor ( 350 ) having.

Evaluation circuit ( 200 ) according to one of claims 6 to 8, wherein the compensation circuit ( 230 ) an operational amplifier having an inverting input, a non-inverting input and one with an output of the compensation circuit ( 230 ) and one between an input of the compensation circuit ( 230 ) and the inverting input of the operational amplifier arranged compensation resistor, and between the output of the compensation circuit ( 230 ) and the inverting input of the operational amplifier serially arranged a Gegenkoppelwiderstand and a negative feedback coil are provided.

Evaluation circuit ( 200 ) according to one of claims 6 to 10, wherein circuit-technical means are provided, an amplitude of an oscillation in the evaluation circuit ( 200 ) to investigate.

Evaluation circuit ( 200 ) according to one of claims 6 to 11, wherein the evaluation circuit ( 200 ) a digital counter for determining a frequency of an oscillation in the evaluation circuit ( 200 ) having.