CN106574908B - 用于借助传感器单元确定至少一个物理参数的方法 - Google Patents

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Abstract

在用于确定至少一个物理参数的方法中，提供了通过至少一个周期激励(1.4)激励的传感器单元，其中传感器单元具有至少一个检测区域(10)，在检测区域中，在传感器单元周围的环境中的参数的变化导致来自传感器单元的输出信号(1.7)。将传感器单元连接为使得如果在检测区域中的参数没有变化，那么在传感器单元的输出端处的输出信号(1.7)是零信号或接近零的信号，而如果在检测区域中的参数发生变化，输出信号(1.7)为不等于零并且具有特定振幅和相位的信号。在闭环控制电路中，即使在检测区域中的参数存在变化的情况下，使用控制信号将接收路径中的非零信号调节到零，以实现调节的状态。评估控制信号以便确定物理参数。来自传感器单元的输出信号(1.7)基本上减小到激励(1.4)的基波，并且借助于至少一个脉冲宽度调制将输出信号(1.7)控制为在整个相位空间为零。提供了温度稳定的全数字测量系统，由于至少一个脉冲宽度调制自身产生具有可变脉冲宽度和可能的可变相位的校正信号，然后将其相加到来自传感器单元的输出信号(1.7)，并且从而将输出信号控制为在整个相位空间中为零，其中校正信号的脉冲宽度和/或校正信号的相位通过输出信号(1.7)与零的偏差确定。

Description

用于借助传感器单元确定至少一个物理参数的方法
相关申请的交叉引用
本发明涉及并且要求于2014年5月23日提交的德国专利申请10 2014 007 491.9和2014年7月22日提交的德国专利申请10 2014 010 671.3的优先权，在此通过引用明确地将其公开内容的全部结合至本申请的主题中。
技术领域
本发明涉及用于借助传感器单元确定至少一个物理参数的方法。
背景技术
借助传感器单元确定至少一个物理参数的大多数各种方法在现有技术中是已知的。这些测量方法通常具有共同点：对温度的依赖性，这在下面参考感应测量系统进行解释，但是这些陈述也可以应用于任何其它期望的测量原理，诸如特别是电容或电阻测量系统，或实际上是光学或化学测量系统，只要物理测量值被转换为电气值。
长期以来已知的是用于检测具有感应效应的物体的感应方法。产品的实例从工业近程传感器延伸到位置编码器直到宝藏检测装置。这些传感器通常设置有线圈系统，在该线圈系统中，周期性地辐射电磁场，并且测量具有感应效应的物体(目标)对场的影响。
优选地，使用这样的感应系统，即，该感应系统中的发送线圈和接收线圈被磁性地去耦合。在没有目标的情况下，辐射的磁场在接收线圈中没有影响。靠近发射场的金属物体改变磁力线或感应涡流。随着涡流衰减，在物体中产生场，并且该场可进而被接收线圈接收。接收的电流自然非常小，并且必须被放大以进一步评估。根据传感器系统采用的形式，该放大可为大于1000的因子。这里在实践中发生的问题是温度对接收路径中的对等(analogue，类似)芯片的影响。
因此，诸如DE-A 10 2012 019 329的现有技术形成本申请所基于的现有技术的基础，其因此还公开了其中甚至在存在来自金属的影响时，接收的信号被控制为零的系统。为了该目的，例如，在接收线圈中产生的接收信号被控制以利用以对等方式(例如以周期性触发电压的形式)产生的补偿值而基本上为零。传感器单元的输出信号基本上减小到激励的基波，并且如果需要，借助于脉冲宽度调制将输出信号控制为在整个相位空间中为零。然而，不评估输出信号，而是评估控制信号，以便从中确定在检测区域中的变化，例如物体的接近。使用的对等信号不是最佳点，借助于该对等信号，线圈系统的接收信号被完全或部分地补偿为零。生成以对等方式控制的信号需要其自身相对温度敏感的半导体部件，结果是需要大量复杂性以实现与温度无关的精确测量。
德国专利申请DE 10 2013 226 887(其较早但公开较晚)公开了这样的事实：在接收路径中确定的信号同时包含关于线圈系统的检测区域中的目标的形状和/或组成或目标的表面积的大小的信息。这里，目标的运动或位置由形状的变化和/或组成的变化确定，与从目标到线圈系统的距离无关。如果通过矢量分析处理该信息，则可以以差分的方式推导出所期望的另外的信息。为了该目的，在闭环控制电路中进行连续控制，使得接收的信号总是被控制为给出零值。因此，在发送/接收线圈系统的检测区域中的目标总是导致控制信号的改变。因此，作为与目标相关的信息项的与补偿条件的偏差在控制信号中是固有的。如果使用具有在测量方向上可变的形状或组成的目标，并且如果一旦已经适当地考虑了控制变量，其与补偿的输出条件的偏差被应用于四象限图，可建立虚矢量与坐标系的水平轴所成的角度是目标在测量方向上的移动的测量，而虚矢量的大小是目标在测量方向的法线上的距离的测量。因此，目标在测量方向上的位置可与目标在测量方向的法线上的距离分开推断，或根据目标，可推断目标的组成和形状。
US 5,729,143A公开了一种感应金属检测器，在该感应金属检测器中，在校准阶段并且使用脉冲宽度和相位调制，抵消不期望的接收信号。使用以这种方式执行的调整，然后连续地执行测量，其中评估用于测量的接收线圈的输出信号。在根据US 4,030,026A的金属检测器的情况下，也进行相当程序，以便从测量中排除矿物土壤或其它背景条件。
发明内容
以该现有技术作为出发点，本发明的目的是提供热稳定的全数字测量系统。
该目的通过用于借助包括以下的传感器单元确定至少一个物理参数的方法实现。
所述传感器单元通过至少一个周期激励来激励，其中传感器单元具有至少一个检测区域，在所述检测区域中，所述传感器单元周围环境中的参数的变化导致来自所述传感器单元的输出信号，其中，所述传感器单元被连接为使得如果在所述检测区域中的参数没有发生变化，那么在所述传感器单元的输出端处的所述输出信号是零信号或接近零的信号，而在所述检测区域中的参数变化的情况下，所述输出信号为不等于零并且具有特定振幅和相位的信号，其中，在闭环控制电路中，即使在所述检测区域中的所述参数发生变化，通过接收路径中的控制信号将不等于零的所述信号补偿为给出零值，从而实现补偿条件的目的，其中，评估所述控制信号以确定所述物理参数，其中，所述传感器单元的所述输出信号基本上减小到所述激励的基波，并且借助于至少一个脉冲宽度调制控制所述输出信号以在整个相位空间中给出零值，其特征在于，所述至少一个脉冲宽度调制自身在每种情况下产生具有可变脉冲宽度和适当时的可变相位的校正信号，并且将所述校正信号与所述传感器单元的所述输出信号相加，并且因此控制所述输出信号以在所述整个相位空间中给出零值，其中，所述校正信号的脉冲宽度和/或所述校正信号的相位通过所述输出信号与零的偏差确定。
本发明由以下考虑产生，这在下面通过感应近程传感器的实例进行解释，尽管该方法也可用于任何其它期望的测量原理，诸如特别是电容或电阻式测量系统，或实际上是光学和化学测量系统，只要物理测量值被转换为电气值。
通常，由这种类型传感器传送的电气值非常小，使得在可评估这些信号之前执行放大或相应的信号处理。虽然微处理器中的当今的A/D转换器已经非常灵敏以便将模拟信号转换成数字信号，但在一些传感器中，发生的值的变化如此小，但仍然必须被检测到，即使是这种类型的A/D转换器也在能力之外。本发明的出发点是可以通过一个尽可能小但完全数字产生的信号来补偿这种小信号从而给出零值的事实。该“零信号”然后可被放大到任何期望的水平并且被提供到微处理器的A/D转换器。如果该零信号通过闭环控制保持恒定为零，那么温度相关的影响和由此引起的系统中的放大的变化不再对控制值具有任何影响。还有利的是，脉冲宽度调制(PWM)的纯数字信号仅需要例如借助于电阻器被动地被分成非常小的值，以便在整个相位空间中在信号产生的位置(在这种情况下接收线圈)处数字地补偿信号。数字信号通常不是温度敏感(temperature-critical)的，因为它们只由零和一组成。
对于感应传感器的示例性情况，包括多个PWM段的纯数字信号直接在接收线圈的信号产生的位置处添加到该接收线圈的信号。这里，尽管产生谐波谱，但是这可通过将接收信号的谐波含量与基波分离来抑制。在最简单的情况下，这通过在接收线圈系统中的基波上建立谐振来完成。
脉冲宽度调制可在离散步骤中数字地改变，并且不受温度的任何影响(一般来说，时钟频率由石英产生，这里可以假定为稳定的)。根据脉冲宽度，这周期性地将可变能量含量提供到接收路径中的信号。为了实现接收线圈的输出信号的最佳消除，能量必须以量(PWM的长度)变化并且关于每个相的正确时间点变化的方式提供，或者必须在彼此分离的两个固定时间点处的相(例如，在0°和180°和在90°和270°)提供能量，在每种情况下相对于彼此反向。在所有情况下，仅需要纯数字地产生的信号以连续地控制接收线圈的输出信号以赋予它为零值。所有随后的放大器级仅用于决定接收线圈是否不等于零，并且因此也可被认为是数字系统。
在实践中，使用的放大可以如此高，使得只有放大器噪声仍然施加在接收路径中的放大器的输出两端，并且作为脉冲宽度调制的评估基础，该噪声仅数字评估为统计上的高发生率和低发生率。与模拟的温度依赖性测量相反，其中测量的信号取决于振幅，用该测量原理，测量值从无歧义的，与温度无关的数字信息项获得。该数字信息项被进一步数字处理，并且从这些值计算用于脉冲宽度调制的控制变量。
在这里也可在数字信号处理中应用当前的控制工程方法，诸如PID控制算法。
以这种方式获得的数字校正信号的值因此整体上表示目标对发送/接收线圈系统的感应影响。
优选地，当经过多个(例如四个)脉冲宽度调制的组合使用例如400kHz的相对高的激励频率时，产生三态校正信号，其控制目标的感应影响以例如在相位空间中的四个点处给出零。这四个点在相位空间中彼此偏移90°。如果以低频率，例如小于10kHz进行操作，那么也可选择更多的点，因为在这种情况下，处理器具有足够的处理时间来计算相位空间中的多个点。
根据从属权利要求和下面给出的优选实施例的描述，其它优点是显而易见的。
附图说明
下面参照在附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明。在附图中：
图1示出关于信号处理的示意图；
图2示出在控制来自传感器单元的接收信号以给出零的过程中的信号分布图，
图3示出根据较早的专利申请DE 10 2013 226 887的系统部件的示意性框图电路图，
图4示出当使用根据图3的传感器单元评估测量值时的程序的流程图，
图5示出目标以及关联的发送/接收线圈系统作为传感器单元的三维侧视图，
图6a、图6b示出根据图5的图示的平面图，其中目标沿n轴移动，以及其中目标沿着测量轴m移动，以及
图7、图8示出控制信号的偏差的四象限图。
具体实施方式
现在参照附图通过实例更详细地解释本发明。然而，示例性实施例仅仅是实例，其不旨在将本发明构思限制为特定的布置。在详细描述本发明之前，应当指出，本发明不限于装置的各个组成部分和相应的方法步骤，因为这些组成部分和方法可变化。这里使用的术语仅旨在描述特定实施例，而不是限制性地使用。此外，除非整个上下文明确地另有说明，否则在说明书或权利要求书中使用单数或不定冠词时，这也指多个这些元件。
为了帮助理解，在本申请的上下文中，首先参照图3到图8解释基础测量方法，如在较早的专利申请DE 10 2013 226 887中，通过引用将其公开内容明确地结合于本申请的主题内。这里，以下通过感应近程传感器的实例解释本发明，但是该方法也可用于任何其它期望的测量原理，诸如特别是电容或电阻测量系统，或实际上是光学和化学测量系统，只要物理测量值被转换为电气值。因此，在图3中，需要的全部是通过相应不同地操作的传感器单元来替换发送/接收线圈系统1.1。
在感应近程传感器中，为了确定至少一个目标1.2的至少一个物理参数的目的-例如检测目标的位置或材料类型-这在图5、图6a和图6b中示出，根据图3，提供至少一个发送/接收线圈系统1.1作为传感器单元。根据图5，发送/接收线圈系统1.1产生检测区域10。发送驱动器1.3以例如200kHz的发射频率将周期激励1.4传送到发送/接收线圈系统1.1的发送线圈。传送到发送/接收线圈系统的激励信号可以例如为矩形信号或正弦信号。发送/接收线圈系统具有几何形状和/或被校准，使得当在检测区域10中没有目标时，通过周期激励1.4发出的接收信号为零或近似为零。在图3的示例性实施例中，在检测区域10中的目标产生感应效应并且因此在接收路径中作为发送/接收线圈系统1.1的输出信号1.7的信号不等于零，该信号具有特定的振幅和相位。
发送和接收线圈的构造原则上可为例如如在德国专利申请DE 10 2012 001 202A1中那样。这里，线圈的正常环形绕组基本上构造成蜿蜒形状。其中，发送线圈与接收线圈略微偏移一旋转角度。
关于振幅和相位，以及关于具有发送线圈和接收线圈的发送/接收线圈系统的具体构造，读者参考WO 2012/104086A1中的解释，但其使用模拟闭环控制操作。总而言之，该文件清楚地表明，激励1.4具有作为发射时钟信号的结果的周期时钟频率，其结果是在检测区域10中的目标1.2导致输出或接收信号具有振幅和相位。在适当评估之后，该信号被传递(下面将描述)到微控制器1.10，该微控制器1.10驱动在闭环控制电路中的控制驱动器1.5，使得控制信号1.6被传送到接收路径，从而接收路径中的信号被补偿并变为零或近似为零。接收路径中的信号可在解调之前由放大器13.4放大到几乎任何期望的程度，因为原则上只有与补偿条件的偏差存在于信号中。信号准备和测量值的解释以及控制由微控制器1.10实施。
借助于其控制信号1.6，控制驱动器1.5总是确保在接收路径中(例如通过目标1.2)触发的不等于零的信号被补偿为零。控制信号因此精确地复制目标1.2对发送/接收线圈系统的电磁效应。这里，与补偿条件的偏差Δx、Δy作为关于目标的感应检测的信息项，并且在控制信号1.6中是固有的。然后可因此评估信息项。
根据图5、图6a图6b，为了该目的，使用作用于感应签名(inductive signature)的测量变量-也就是说以例如偏差Δx和Δy出现在四象限图中的方式作用于其上-目标1.2的形状在测量方向m上变化。图5、图6a、图6b涉及在特定测量方向m上或与其相反的方向上成锥形的目标1.2。代替目标的成锥形，也可以想到对感应签名具有影响的其它形状和不同类(不均匀，inhomogeneous)的组成或材料组合。例如，目标也可在测量方向m上逐步改变其形状。还可设想，目标1.2的组成在测量方向m上改变，因为例如使用不同类的组成。导体迹线和/或振荡电路也可用作目标。唯一重要的标准是，作为传感器单元的发送/接收线圈系统1.1具有检测区域10并且被连接为使得在检测区域中没有金属的影响下，在发送/接收线圈系统1.1的输出处，输出信号1.7为零信号。如果在检测区域10中存在目标1.2，那么输出信号为不等于零并且具有特定振幅和相位的信号。
控制信号的偏差Δx、Δy被应用于四象限表示中的x，y坐标系，其中x，y坐标系的原点2.7对应于发送/接收线圈系统1.1的补偿条件，其中控制信号为零或被校准为零。在控制信号的偏差Δx和偏差Δy的该四象限表示中，从原点2.7通向测量点2.5的虚矢量2.6与x，y坐标系的x轴所成的角度是目标1.2在测量方向m上的移动的度量。虚矢量2.6的大小是目标1.2在垂直于测量方向m上的距离的度量。这里的显著点是，传感器单元的控制值而不是检测到的输出信号(诸如不等于零的信号)用于在四象限表示的背景下评估。
在该示例性实施例中，在运动传感器的背景下，通过确定目标在m轴上的位置和距m轴的距离来确定特定目标的位置或情况，特定目标的形状和/或组成是已知的，例如根据图5。然而，也可利用传感器单元作为近程传感器操作，也就是说没有已知的目标，而是物体位于传感器的检测区域10中或例如移动到传感器的检测区域10中。在这种情况下，虚矢量的大小为目标与传感器单元的距离的测量，并且虚矢量2.6与x，y坐标系的x轴所成的角度是材料的签名，也就是说材料的特性反映在该签名中，使得例如可以由此确定物体的尺寸和/或性质或材料。使用的一个领域例如也是在不能从外部接触的材料中识别铁上的锈，例如混凝土内的钢筋。
在电容性实施例的情况下，在存在已知目标的情况下并且在检测区域中物体的存在或运动的情况下的电场的变化也导致控制值的变化，这可以以类似于上述在矢量分析的情况下的方式评估。用于电容性测量的一个领域例如是对混凝土或样板内的水分的识别。
然而，在其它测量方法的情况下，该程序也类似。假设已经应用了用于补偿检测区域中的变化的控制值，而不是在四象限表示中的传感器单元的输出信号，这些控制值导致用于这些改变的特征签名以及允许物体识别和区分的位置信息。
参照根据图4的流程图解释方法顺序。一旦系统已经启动，在步骤100，首先执行校准，并且根据步骤101合适时执行补偿。为此，在步骤102输入模数转换器1.9的值。根据测量值，在步骤103执行关于是否需要补偿的检查。因此，微控制器1.10在步骤104指定用于控制驱动器1.5的值，以便补偿系统中的任何公差。对于发送时钟信号的两个阶段进行该程序，直到A/D转换的值达到预定值，例如A/D转换器的动态范围的中心。通常，该程序仅持续几毫秒。此后，补偿线圈系统的公差和任何环境影响。如果然后在步骤105中的结果是需要校准，那么在步骤106存储A/D转换的测量值，并且从那时起用作系统的校准零点。
现在，实际测量开始，也就是说，测量目标1.2对感应系统的影响。根据步骤108，该影响产生与校准的零点的偏差Δx和Δy。根据这些偏差，可根据步骤109确定感应签名，也就是说目标1.2在测量方向m上的感应效应的度量，以及根据步骤110的目标1.2距垂直于测量方向m的补偿条件的距离的度量。根据步骤111，这些值可在值的表格中交叉引用，以便例如识别材料的组成。然而，它们也可用于确定目标1.2在测量方向上的位置、形状和距离。以此方式确定的值可根据步骤112显示。当没有已知目标时，作为替代，也可如上所述确定目标的接近及其签名，而不管测量方法如何。该方法连续运行，也就是说在步骤112之后，系统跳回到步骤102。该连续控制优选地仅在系统停止服务时结束。
返回图5，示出了具有楔形、锥形目标和发送/接收线圈系统1.1的结构。在本申请中应用坐标系m、n、n，使得以发送/接收线圈系统1.1作为起始点，m轴定义该系统的位置在测量轴上的变化，而n轴中之一上的位置变化是垂直于该测量轴延伸的目标的位置的变化。沿着n轴中之一的移动因此改变目标1.2距发送/接收线圈系统的距离。两个n轴因此垂直于m轴。图5示出这种类型的系统的三维侧视图；图6a、图6b示出平面图。在图6a中以虚线所示的目标1.2至区域中的移动因此为沿着n轴的移动，并且示出例如相对于发送/接收线圈系统1.1的位移，横过m轴位移。相比之下，根据图6b的移动是在m轴方向上的运动，其优选地为测量方向。
目标1.2在附图中仅示意性地示出。在一定限度内，对于在测量方向m轴上的测量，测量系统独立于与n轴相关的公差。
图7和图8示出应用到四象限表示的信号。测量值曲线2.1到2.4通过使楔形目标沿m轴、具有距m轴的四个不同距离通过检测区域10而产生。可以看出，随着距离变小，从测量值曲线2.1到测量值曲线2.4的位置的曲线远离原点2.7运动。曲线2.1因此示出了具有从目标到传感器的大距离的信号分布，并且曲线2.4示出了具有从目标到传感器的小距离的信号分布。同时，可以看出，曲线被缩放。如果目标1.2在测量方向m上位移，而在垂直于测量方向m的方向上(诸如在n轴的方向上)没有移动，虚矢量2.6的方向或x轴与从原点2.7到测量点2.5的虚矢量2.6之间的角度改变。因此，矢量的方向仅代表目标1.2在测量方向m上的移动的测量。实际上，这意味着例如具有大约50mm的长度和从7mm到2mm的锥形的目标产生矢量从与x轴成21.5°到46.2°的角度的变化。
如果存在垂直于测量方向m并且因此在n方向上的运动，而没有沿着m轴的位移，则从原点2.7到测量点2.5的虚矢量2.6的大小改变。矢量的大小描述了目标距线圈系统的距离。然而，描述感应符号(inductive signature)的矢量的方向保持相同。因此，量值的大小仅表示目标的位置，也就是说从目标到线圈系统的距离。
在图7中示出的信号分布仅为示例性的。在不同材料或形状的目标的情况下，也可在其它象限中或用不同的目标特定信号分布产生信号。因此，例如图8示出了应用到第三象限。
为了从这些图示中识别目标1.2相对于线圈系统的位置和距离，解释根据图4确定的控制信号的偏差Δx、Δy，使得在步骤108，矢量Bv的大小由与校准零点的偏差的均方根产生，也就是说：
值的该大小对应于目标1.2距线圈系统的距离。目标在m轴上的位置由虚矢量2.6的方向产生：
Si表示感应签名并且对应于m轴上的位置。值Bv和Si可在其他的应用中用作数值。使用针对相应应用生成的特殊算法，或为其生成的值的表格，表格中存储振幅和感应签名的标准值，根据应用，可根据步骤111推断不同的测量变量。使用目标时可能的测量变量例如为以下：
-目标在m轴上的位置以及距m轴的距离
-目标的组成和距离
-目标的形状和距离
第一测量变量(Si)由虚矢量2.6的方向或其与x轴的角度确定，并且第二测量变量(Bv)由该矢量的大小确定。
当没有目标时，以及在检测范围中存在物体和/或在物体移动的情况下-无论相关的物理参数如何-虚矢量2.6的方向或其与x轴的角度导致测量变量以用于物体的签名，特别是物体的尺寸和材料的特性或性质，而与传感器单元的距离可由该矢量的大小确定。
图2示出了当确定用于补偿由发送/接收线圈系统1.1中的激励1.4产生的并且受目标1.2的存在影响的传感器单元的输出信号1.7的校正信号时的信号分布。该输出信号1.7例如通过滤波器基本上减小到激励1.4的基波。借助于至少一个脉冲宽度调制，产生具有可变脉冲宽度和适当时的可变相位的相应校正信号7.5、7.6，并且与发送/接收线圈系统1.1的输出信号1.7相加，并且以这种方式将在整个相位空间中的输出信号控制为零或近似为零。
该方法可仅用一个脉冲宽度调制来操作，在该脉冲宽度调制中，脉冲宽度和时间点为可变的。然而，优选地，提供多个脉冲宽度调制，其产生作为单独信号的校正信号分量，校正信号分量的和形成校正信号，其中每个脉冲宽度调制关于相位点对称地确定校正信号的脉冲宽度，也就是说，单独的信号在时间的两个方向上从确定点延伸，并且不在仅仅一个时间方向上从点进行长度延伸。因此脉冲宽度调制自身被用作信号，其中用多个脉冲宽度调制，相对于彼此偏移的单独的信号通过在微处理器8外部彼此相加而给出实际的脉冲宽度调制，其形成脉冲宽度和适当时单独的校正信号分量的相位。在图2中，信号分布7.1、7.2表示第一脉冲宽度调制，脉冲宽度受脉冲根据箭头7，8彼此相对偏移的事实的影响。信号分布7.3、7.4形成另外的脉冲宽度调制，其中脉冲宽度受脉冲根据箭头7，9彼此相对偏移的事实的影响。通过分别将信号分布7.1和7.2以及信号分布7.3和7.4相加，也如图1所示，产生校正信号7.5和7.6，其相加以给出求和信号C，该求和信号C补偿传感器单元的输出信号以给出信号分布7.7。
图2示出校正信号7.5和7.6(确切地说校正信号分量)被生成为三态信号。校正信号7.5和7.6及给出求和信号C的它们的组合产生多状态信号。校正信号分量在0°和180°和/或在90°和270°处产生，在每种情况下反向。如图7、图8所示，在多个脉冲宽度调制的情况下，在相位点0°和180°处的脉冲宽度独立于90°和270°处的相位点来确定。此外，在0°、90°、180°和270°处的相位点独立于激励信号1.4的相位来选择。
为了实施该方法，在相位空间中彼此偏移90°的至少两个扫描时间点处扫描输出信号1.7。优选地，校正信号至少由傅里叶分析的第一系数和第二系数形成。
在特定时间点处的校正信号的输入引起输出信号1.7在另一个时间点具有最大变化。为了从校正信号获得最佳效果，在与最大变化相关联的特定时间点处执行扫描以用于控制该校正信号。通常，因此在通过相加校正信号7.5和7.6而获得的求和信号C作为控制信号1.6与输出信号1.7之间具有时间偏移。
如图2，如果提供至少四个扫描时间点，那么偏移180°的两个扫描时间点的值相对于彼此被控制以给出零差。
为了消除温度对电子部件的影响，接收路径中不等于零的信号直接在其产生的位置被补偿为零，也就是说在传感器单元处或在这种情况下在发送/接收线圈系统1.1处。
没有目标的校正信号分量的值用作测量的零点或用作矢量分析的零点，如在引言介绍中所述。这意指控制信号与补偿条件的至少一个偏差Δx、Δy在控制信号1.6中是固有的，作为关于感应效应的信息项，诸如目标1.2的类型和/或相对于发送/接收线圈系统(1.1)的位置。
图1示出了根据该方法操作的系统的控制回路。控制信号1.6被确定为如下：在数字评估中，将在0°和180°确定的第一脉冲宽度调制的信号7.1、7.2相加以提供校正信号7.5。在90°和270°确定的第二脉冲宽度调制的信号7.3、7.4相加以提供校正信号7.6。校正信号7.5和7.6的和导致求和信号C，其直接作用在传感器单元处的系统上，也就是说，在这种情况下为发送/接收线圈系统1.1。如果在线圈系统中出现输出信号的偏差，例如由于接近金属，那么它们通过放大器13.4放大，提供到微处理器8作为输出信号1.7，并且然后通过脉冲宽度调制再次补偿。
求和电阻器可为分压器的一部分，以便将提供到接收线圈的信号分压为相应小的值。然而，实际上，例如330kΩ的单个高值电阻器直接在传感器单元处作为接收线圈已证明是有利的，在这种情况下，求和电阻器于是具有例如10kΩ的值。可使用任何其它类型的分压来减少引入的能量。
因此，将其提取到任何期望的传感器单元，借助于由至少一个周期激励1.4激励的传感器单元来确定至少一个物理参数。传感器单元具有至少一个检测区域10，其中在传感器单元周围的环境中的参数的变化导致来自传感器单元的输出信号1.7。连接所述传感器单元，使得如果在检测区域10中的参数没有变化，那么在传感器单元的输出端的所述输出信号1.7是零信号或近似为零的信号，而在检测区域10中的参数变化的情况下，输出信号1.7为不等于零并且具有特定振幅和相位的信号。在闭环控制电路中，即使在检测区域10中的参数有变化，通过接收路径中的控制信号1.6将不等于零的信号补偿以给出零值，以实现补偿条件的目的。传感器单元的输出信号1.7基本上减小到激励1.4的基波。至少一个脉冲宽度调制在每种情况下产生可变脉冲宽度和适当的可变相位的校正信号，并且将其与传感器单元的输出信号1.7相加，并且因此控制输出信号以在整个相位空间中给出零。校正信号的脉冲宽度和/或校正信号的相位通过所述输出信号1.7与零的偏差确定。
不言而喻，本说明书可进行最宽可能的各种修改、改变和调整，这种修改、改变和调整在与所附权利要求的等同的范围内。
参考标号列表
1.1 发送/接收线圈系统
1.2 目标
1.3 发送驱动器
1.4 激励信号
1.5 控制驱动器
1.6 控制信号
1.7 输出信号/接收信号
1.8 解调
1.9 模数转换器
1.10 微控制器
2.1 信号曲线
2.2 信号曲线
2.3 信号曲线
2.4 信号曲线
2.5 测量点
2.6 矢量
2.7 坐标系的原点
7.1、7.2、7.3、7.4 信号分布
7.5、7.6 校正信号
7.7 信号分布
7.8、7.9 箭头
10 检测区域
100-112 方法步骤
m-m 测量方向
n 测量方向的法线方向
C 校正
Δx，Δy 控制信号的偏差

Claims (16)

1.一种用于借助传感器单元确定至少一个物理参数的方法，所述传感器单元通过至少一个周期激励(1.4)来激励，其中所述传感器单元具有至少一个检测区域(10)，在所述检测区域(10)中，所述传感器单元周围环境中的参数的变化导致来自所述传感器单元的输出信号(1.7)，
其中，所述传感器单元被连接为使得如果在所述检测区域(10)中的参数没有发生变化，那么在所述传感器单元的输出端处的所述输出信号(1.7)是零信号或接近零的信号，而在所述检测区域(10)中的参数变化的情况下，所述输出信号(1.7)为不等于零并且具有特定振幅和相位的信号，
其中，在闭环控制电路中，即使在所述检测区域(10)中的所述参数发生变化，通过接收路径中的控制信号(1.6)将不等于零的所述信号补偿为给出零值，从而实现补偿条件的目的，
其中，评估所述控制信号(1.6)以确定所述物理参数，
其中，所述传感器单元的所述输出信号(1.7)基本上减小到所述激励(1.4)的基波，并且借助于至少一个脉冲宽度调制控制所述输出信号(1.7)以在整个相位空间中给出零值，
其特征在于，所述至少一个脉冲宽度调制自身在每种情况下产生具有可变脉冲宽度和适当时的可变相位的校正信号，并且将所述校正信号与所述传感器单元的所述输出信号(1.7)相加，并且因此控制所述输出信号以在所述整个相位空间中给出零值，
其中，所述校正信号的脉冲宽度和/或所述校正信号的相位通过所述输出信号(1.7)与零的偏差确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲宽度调制关于相位点对称地确定所述校正信号的脉冲宽度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供多个相互偏移的脉冲宽度调制，所述多个相互偏移的脉冲宽度调制产生作为单独信号的校正信号分量，所述校正信号分量的和形成所述校正信号，其中每个脉冲宽度调制关于相位点对称地确定所述校正信号的脉冲宽度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述校正信号分量在0°和180°和/或在90°和270°处产生，在每种情况下相反。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在相位点0°和180°处的脉冲宽度独立于相位点90°和270°来确定。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在0°、90°、180°和270°的相位点独立于所述激励(1.4)的相位来选择。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在相位空间中彼此偏移90°的至少两个扫描时间点处扫描所述输出信号(1.7)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在具有可检测的时间偏移的特定时间点处的所述校正信号的输入引起所述输出信号(1.7)的变化，其中，进一步检测所述输出信号的变化达到最大值的时间点，并且其特征在于，扫描时间点出现在在所述输出信号的变化达到最大值的时间点之前的一时间偏移处，以控制所述校正信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在至少四个扫描时间点的情况下，相对于彼此偏移180°的两个扫描时间点的值被控制以相对于彼此给出零差。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过多个脉冲宽度调制，相对于彼此偏移的单独的信号通过在微处理器(8)外部彼此相加而给出实际的脉冲宽度调制。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述微处理器(8)产生单独的校正信号分量的脉冲宽度和相位。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收路径中不等于零的所述信号直接在所述传感器单元的传感器头部处被补偿为零。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正信号至少由傅里叶分析的第一系数和第二系数形成。
14.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将没有目标的校正信号分量的值用作矢量分析的零点。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述检测区域(10)中的参数变化的情况下，因此如果所述输出信号(1.7)为不等于零的信号，作为关于所述物理参数或性质的信息，所述控制信号与所述补偿条件的至少一个偏差(Δx，Δy)在所述控制信号(1.6)中是固有的。
16.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，为了对具有电感效应并且具有物理参数的至少一个目标(1.2)进行感应检测，通过所述周期激励(1.4)激励作为传感器单元的发送/接收线圈系统(1.1)，
其中，所述发送/接收线圈系统(1.1)具有至少两个线圈和检测区域(10)，
其中，所述发送/接收线圈系统(1.1)被连接为使得在所述发送/接收线圈系统(1.1)的输出端不存在金属的影响下，所述输出信号(1.7)为零信号或接近零的信号，而如果在所述检测区域(10)中存在目标(1.2)，那么所述输出信号(1.7)为不等于零并且具有特定振幅和相位的信号，
其中，在闭环控制电路中，即使在所述检测区域(10)中的目标(1.2)发生变化，通过所述接收路径中的控制信号(1.6)补偿不等于零的所述信号以给出零值，从而实现补偿条件的目的，
其中，评估所述控制信号(1.6)以便检测所述目标(1.2)。
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