DE10035192C1 - Kapazitiver Wegaufnehmer für stromsparende Messgeräte - Google Patents
Kapazitiver Wegaufnehmer für stromsparende MessgeräteInfo
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Abstract
Ein Wegmesssystem weist einen in Form eines Differentialkondensators ausgebildeten kapazitiven Messwertaufnehmer, dessen Teilkondensatoren von der zu bestimmenden Position abhängige Kapazitäten aufweisen, und eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung des gesuchten Wegs auf, die bspw. einen Sigma/Delta-Demodulator aufweist. Die Teilkondensatoren werden periodisch mit Binärsignalen angesteuert, wobei die Ansteuersignale des einen Teilkondensators zu denjenigen des anderen Teilkondensators phasenversetzt gesendet werden. Die Verarbeitungseinrichtung bestimmt, welche Ansteuersignale zur Auswertung herangezogen werden sollen. Eine Schaltereinheit lässt innerhalb von mit den Flanken der Ansteuersignale synchronisierten Zeitfenstern die zugehörigen Empfangssignale zu der Verarbeitungseinrichtung durch und blendet alle anderen Signale aus. Das Wegmesssystem ermöglicht geringe Interpolationsfehler bei großen Auflösungen und langen Interpolationsperioden. DOLLAR A Das Wegmessystem kann durch zwei im Wesentlichen voneinander unabhängige, parallel arbeitende Relativ-Messsysteme zu einem Absolut-Wegmesssystem erweitert werden, das die Absolut-Position allein aus den aktuellen Messwerten ermittelt. Der Messbereich kann durch Erweiterung des Wegmesssystems um weitere Relativ-Messsysteme nahezu beliebig vergrößert werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein kapazitives Wegmesssystem
und insbesondere ein kapazitives Längenmesssystem, mit dem
eine Position oder ein Verschiebeweg elektronisch erfasst
und angezeigt werden kann.
Aus der EP 0 442 898 B1 ist ein Wegmesssystem be
kannt, das einen kapazitiven Messwertaufnehmer, der als
Differentialkondensator ausgebildet ist, sowie einen
Sigma/Delta-Wandler verwendet, der aus einem Integrator
und einem Komparator besteht. Der Differentialkondensator
weist zwei nebeneinander angeordnete Sendeelektroden und
eine gemeinsame Empfangselektrode auf, die im geringen
Abstand von den Sendeelektroden, in Bezug auf diese Sen
deelektroden verschiebbar auf einem Maßstab angeordnet
ist. Je nach Verschiebeposition überdeckt die Empfangs
elektrode die einzelnen Sendeelektroden unterschiedlich
stark, was zu Veränderungen der Kapazitäten der Teilkon
densatoren des Differentialkondensators führt. Diese sind
ein Maß für den zu messenden Verschiebeweg.
Zur Bestimmung des Verhältnisses der Teilkapazitäten
werden die einzelnen Sendeelektroden des Differentialkon
densators taktweise mit Ladungspaketen vorbestimmter Größe
jedoch unterschiedlicher Polarität gespeist. Es wird ein
positives Ladungspaket zu der einen Sendeelektrode gesen
det, wenn die über die Empfangselektrode zu dem Integrator
übertragene und dort integrierte gesamte Ladungsmenge ne
gativ ist, oder ein negatives Ladungspaket zu der anderen
Sendeelektrode, wenn die Gesamtladung positiv ist. Die
Anzahl der jeweils gesendeten Pakete wird mit zugehörigen
Interpolationszählern erfasst, deren Verhältnis zueinander
das gesuchte Verhältnis der Teilkapazitäten wiedergibt.
Zum Messen größerer Längen werden mehrere Sendeelek
troden in einer Reihe angeordnet. Wird bei der Verschie
bung der durch ein Paar von Sendeelektroden festgelegte
Messbereich verlassen, wird zu dem nächsten Paar gewech
selt. Die Anzahl und die Richtung der Wechselvorgänge wer
den mitgezählt und gemeinsam mit den Interpolationszählern
zur Bestimmung der zurückgelegten Wegstrecke verwendet.
Das bekannte Wegmesssystem hat sich in der Praxis
bewährt. Allerdings werden Störsignale, die von der An
steuerung der Sendeelektroden, der Anzeige und von sons
tigen Störquellen herrühren, mit integriert. Sie führen zu
Nichtlinearitäten, die sich in Messungenauigkeiten äußern.
Außerdem muss eine Speisequelle vorgesehen sein, die zu
den ausgewählten Zeitpunkten Ladungspakete bestimmter Po
larität an den entsprechenden Teilkondensator senden kann.
Aus der DE 197 53 682 A1 ist ein Wegmesssystem be
kannt, zu dem ein kapazitiver Messwertaufnehmer, der als
Differentialkondensator ausgebildet ist, sowie eine An
steuereinheit gehören, die voneinander phasenverschobene
periodische binäre Ansteuersignale erzeugt, mit denen die
Teilkondensatoren des Differentialkondensators jeweils
gespeist werden. Der Differentialkondensator ist über eine
Impedanz-Umwandlungsschaltung an eine Verarbeitungsein
richtung angeschlossen, die zur Ermittlung des zu messen
den Weges zwei Abtast-/Halteglieder sowie einen differen
tiellen Verstärker aufweist. Der Verarbeitungseinrichtung
ist eine Schaltereinheit zugeordnet, die Zeitfenster de
finiert, in denen die Ausgangssignale der Impedanz-Umwand
lungsschaltung jeweils abgetastet und gehalten werden. Die
Zeitfenster werden jeweils während der zugehörigen positi
ven Ansteuersignale der Ansteuereinrichtung für eine Dauer
eingeblendet, die wesentlich kürzer ist als die Dauer der
Ansteuersignale.
Davon ausgehend ist Aufgabe der Erfindung, ein ins
besondere für batteriebetriebene Handgeräte geeignetes
Wegmesssystem zu schaffen, das bei möglichst großer Auflö
sung eine möglichst hohe Messgenauigkeit sicherstellt.
Darüber hinaus sollte das Wegmesssystem mit einer einfa
chen Energieversorgung auskommen können.
Diese Aufgabe wird mit einem Wegmesssystem mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Wegmesssystem weist einen oder
mehrere kapazitive Messwertaufnehmer auf, die als Diffe
rentialkondensatoren ausgebildet sind. Die kapazitive Weg
messung lässt sich äußerst stromsparend realisieren. Die
verwendeten Kapazitäten liegen im pF-Bereich, wodurch die
übertragenen Ladungsmengen und die resultierenden Ströme
sehr gering sind. Zu jedem Messwertaufnehmer gehören we
nigstens 2, bspw. 16, Sendeelektroden, die vorzugsweise
eine Reihe mit einer konstanten Teilung bilden, sowie eine
oder vorzugsweise mehrere, bspw. 64, ebenfalls in Reihe
angeordnete Gegenelektroden. Diese sind auf einer Maßver
körperung, einem Maßstab oder Band den jeweiligen Sendee
lektroden gegenüber und in geringem, gleichmäßigem Abstand
von diesen angeordnet. Die Maßverkörperung ist in Bezug
auf die Sendelektroden relativverstellbar, insbesondere
verschiebbar gelagert. Es werden somit wenigstens zwei
Teilkondensatoren gebildet, wobei sich die Kapazität we
nigstens eines der Teilkondensatoren wegproportional än
dert. Eine Ansteuerungseinrichtung wird dazu verwendet,
ausgewählte Sendeelektroden zur Erzeugung von Messsignalen
einzeln oder gruppenweise zu vorbestimmten Zeitpunkten mit
einem Binärsignal zu speisen. Die Ansteuersignale der bei
den Teilkondensatoren weisen gegeneinander einen festge
legten Phasenversatz auf, so dass sich die resultierenden
Messsignale zeitlich möglichst nicht überlappen. Bei einer
Ansteuerung mit Spannungsimpulsen sind die Messsignale im
Wesentlichen die übertragenen Stromstöße, die eine La
dungsmenge (ein Ladungspaket) ergeben. Wenn Stromsignale
oder Ladungspakete als Ansteuersignale dienen, werden hin
gegen Spannungen gemessen. Zweckmäßigerweise ist eine
Schaltereinheit mit Schaltern vorgesehen, die für eine
vorbestimmte Dauer geschlossen werden, um Zeitfenster zu
definieren, in denen ausgewählte Flanken der Ansteuersig
nale liegen. Innerhalb der Zeitfenster werden die zugehö
rigen Messsignale zu einer Verarbeitungseinrichtung durch
gelassen, die diese auswertet und daraus die Teilkapazitä
ten des Differentialkondensators bestimmt. Aus den Teil
kapazitäten ermittelt die Verarbeitungseinrichtung den zu
messenden Weg.
Bei der Erfindung kann die Energieversorgung sehr
einfach ausgebildet sein. Die Ansteuersignale, die zu dem
einen Teilkondensator gesendet werden, können die gleiche
Kurvenform aufweisen wie die Ansteuersignale des anderen
Teilkondensators. Sie können sogar gleiche Polarität auf
weisen und gleiche Werte annehmen, so dass sich bspw. po
sitive oder negative Rechtecksignale als Ansteuersignale
besonders eignen. Einfache Batteriezellen können genügen.
Der Phasenversatz und das Zeitfenster sind vorzugs
weise derart festgelegt, dass innerhalb eines Zeitfensters
nur eine ausgewählte Signalflanke beobachtet wird. Wenn
der Phasenversatz 90° beträgt, wird zwischen den Flanken
der Ansteuersignale der beiden Teilkondensatoren ein äqui
distanter Abstand von einem Viertel der Taktperiode erhalten.
Das Zeitfenster ist kleiner als die Impulsdauer eines
Ansteuersignals. Es ist vorteilhaft, wenn das Zeitfenster
im Wesentlichen nur den entsprechenden Flankenwechsel um
fasst, also nur einen Bruchteil der gesamten Signalperiode
darstellt. Störsignale beeinflussen folglich nicht während
der gesamten Signaldauer die Auswertung, sondern nur kurz
zeitig, während der Flankenwechsel, bei denen der Stör
abstand jedoch groß ist. Dies verbessert die Linearität
des Messsystems und ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit.
Die Verarbeitungseinrichtung kann einen kapazitiven
Sigma/Delta-Wandler enthalten, der im Wesentlichen durch
einen Integrator mit einem nachgeschalteten Komparator
gebildet ist. Der Integrator integriert die von dem Diffe
rentialkondensator empfangene Ladung. Der Komparator lie
fert ein dem Vorzeichen dieser Ladung entsprechendes Aus
gangssignal, das die nächst auszuwertende Signalflanke
bestimmt. Werden bspw. beide Teilkondensatoren mit positi
ven Rechtecksignalen angesteuert, wird in Abhängigkeit von
dem Komparatorausgang entweder die aufsteigende Flanke des
Ansteuersignals des einen Teilkondensators oder die um
eine halbe Periode versetzte abfallende Flanke des zu dem
anderen Teilkondensator gesendeten Ansteuersignals ausge
wählt. Bei Ansteuersignalen mit unterschiedlicher Polari
tät werden stets entweder die vorderen oder die hinteren
Flanken der Ansteuersignale ausgewertet.
Das Zeitfenster sollte ausreichend groß sein, damit
die empfangenen Ladungspakete in einem Integrationskonden
sator des Integrators unter Berücksichtigung des Innen
widerstandes der den Integrationskondensator speisenden
Quelle nahezu vollständig integriert werden. Es ist vor
zugsweise größer als die Summe aus der Anstiegszeit der
Ansteuersignale und der zehnfachen Zeitkonstante τ = RiC,
wenn Ri den Innenwiderstand der verwendeten Spannungsquelle
und C die maximal mögliche Messkapazität kennzeichnet.
Andererseits sollte das Zeitfenster möglichst klein sein,
also im Wesentlichen nur die Signalflanken erfassen und
mit diesen möglichst genau synchronisiert sein, um den
Einfluss von Nichtlinearitäten und Störsignalen weitgehend
zu begrenzen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die
Schaltereinheit es auch, an den Teilkondensatoren eines
Differentialkondensators definierte Spannungsverhältnisse
zu schaffen. Die Teilkondensatoren werden vor dem Senden
eines Ansteuersignals gegensätzlich zueinander polari
siert, ohne dass die integrierte Gesamtladung verändert
wird. Auf diese Weise wird die für eine hohe Messgenau
igkeit erforderliche Linearität des Messsystems sicher
gestellt.
Das Messsystem arbeitet synchron, d. h. die Sende- und
Messsignale werden vom gleichen Taktgeber gesteuert. Stör
signale werden somit weitgehend unterdrückt. Der Einfluss
von tieffrequenten Störungen, die bspw. von der Ansteue
rung der Anzeigeeinheit, z. B. einer Flüssigkristallanzeige
(LCD), oder von auf dem Maßstab induzierten Störsignalen
herrühren können, kann weiter reduziert werden, wenn die
Sende- und Messsignale periodisch, nach einer Anzahl von
Taktzyklen, vorzugsweise nach jedem Taktzyklus invertiert
werden. Zur Realisierung kann bspw. bei der Auswertung
periodisch von der einen zu der anderen Flanke der Mess
signale umgeschaltet werden.
Die Teilung der Gegenelektroden ist proportional zu
derjenigen der Sendeelektrodenreihen. Die in Verschiebe
richtung gemessene Breite der Gegenelektroden entspricht
vorteilhafterweise einem ganzzahligen Vielfachen der Brei
te der Sendeelektroden. Dies ermöglicht große Überde
ckungsbereiche mit entsprechend großen Teil- oder Mess
kapazitäten, eine einfache Auswertung und lange Gegenelek
trodenreihen mit entsprechend großen Messbereichen. Außer
dem kann jede zweite Gegenelektrode auf Masse gelegt wer
den, weil mehrere nebeneinander liegende Sendeelektroden
paare einer aktiven Gegenelektrode zugeordnet werden kön
nen. Dadurch können noch größere Maßstabsinkremente, d. h.
Interpolationsperioden, und somit noch größere absolute
Messwege erreicht werden. Es ist aber auch möglich, le
diglich wenige Gegenelektroden und mehrere Sendeelektroden
vorzusehen.
Der Abgriff der auf die Gegenelektroden übertragenen
Signale kann über Schleifkontakte oder berührungslos, z. B.
über eine kapazitiv mit der Gegenelektrode gekoppelte Emp
fangselektrode erfolgen. Die Empfangselektrode kann mit
der Sendeelektrodenreihe auf einem gemeinsamen Sensorkopf,
bspw. parallel zu dieser angeordnet sein. Zur Verhinderung
eines Übersprechens ist sie geeignet, bspw. durch einen
geerdeten Schirm von den Sendeelektroden isoliert. Verbin
dungsleitungen müssen nur zu dem Sensorkopf geführt wer
den. Bewegte Kontakte können entfallen.
Die Bestimmung der Teilkapazitäten erfolgt durch In
terpolation. Hierzu weist die Verarbeitungseinheit eine
Zählereinheit mit zwei Zählern auf, die je nach gewünsch
ter Auflösung eine Tiefe von 8 bis bspw. 16 Bits, vorzugs
weise 8, 10 oder 12 Bits, haben können. Es werden ein oder
mehrere Impulse an jeden Teilkondensator gesendet und die
sich ergebenden Ladungen integriert. Wenn ein Messsignal
von einem der Teilkondensatoren ausgewertet wird, wird der
zugeordnete Zähler inkrementiert. Derjenige Zähler, der
zuerst seinen Maximalwert erreicht, wird als Denominator
für die Berechnung des Interpolationswertes verwendet. Der
andere Zähler bestimmt den Interpolationswert.
Die Zähler dienen weiter dazu, das anzusteuernde Paar
von Sendeelektroden zu bestimmen, das von der Gegenelek
trode ausreichend überdeckt ist. Geringe Interpolations
fehler werden erhalten, wenn der Überdeckungsgrad stets in
einem vorgegebenen Bereich, bspw. zwischen 1 : 2 und 2 : 1,
liegt. Ein Verlassen dieses Bereichs kann dadurch erkannt
werden, dass einer der Zähler mehrmals in Folge inkremen
tiert wird.
Die Sendeelektroden können zu Gruppen mit mehreren,
bspw. 6 Elektroden zusammengefasst werden, die eine ent
sprechende Anzahl von Ansteuermöglichkeiten bieten. In
nerhalb des durch die Gruppe festgelegten Bereiches werden
das geeignete Elektrodenpaar angesteuert und die Zähler
stände bestimmt. Die Aneinanderreihung von Sendeelektroden
ermöglicht eine Vergrößerung der Maßstabsinkremente.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist das Wegmesssystem als Absolut-Wegmesssystem
ausgebildet, das also zu jedem Zeitpunkt allein ausgehend
von den aktuell erfassten Werten die gesuchte Absolutposi
tion liefert. Ein ständiges Mitlesen während der Verstel
lung ist ebensowenig erforderlich wie eine Nullpunktein
stellung nach jedem Einschalten. Die Aktivdauer kann stark
reduziert werden, und das Messsystem kann mit niedrigen
Taktraten arbeiten und sehr stromsparend ausgelegt sein.
Dies macht es für batteriebetriebene Messgeräte besonders
geeignet. Außerdem kann die Fehleranfälligkeit weiter re
duziert werden, weil das Messsystem den Nullpunkt nicht
aufgrund zu hoher Verfahrgeschwindigkeit oder wegen Ver
schmutzungen verliert.
Das erfindungsgemäße Abolut-Wegmesssystem weist we
nigstens zwei als Differentialkondensatoren ausgebildete
kapazitive Messwertaufnehmer auf, die zwei Messsysteme mit
unterschiedlichen Teilungen bilden. In beiden Messsystemen
werden die Verhältnisse der Teilkapazitäten des jeweiligen
Differentialkondensators zueinander bestimmt. Daraus lässt
sich die Absolutposition ermitteln.
In einer vorteilhaften, flächensparende Anordnung
wird nur eine einzige Empfangselektrode verwendet, die
zwischen den Sendeelektrodenreihen des Absolut-Wegmess
systems, parallel zu diesen angeordnet ist. Die Gegenelek
troden sind zu einer einzigen Reihe elementweise mitein
ander verbunden. Die Sendeelektrodenreihen können auch
zeitlich alternierend einmal als Sender und nachfolgend
als Empfänger für die andere Sendeelektrodenreihe verwen
det werden. Dies erlaubt größtmögliche Flächenbereiche der
Kondensatorplatten auf einer gegebenen Fläche des Sensor
kopfs und damit gute kapazitive Kopplung.
Einem jeden kapazitiven Messwertaufnehmer kann eine
gesonderte Verarbeitungseinheit zugeordnet sein, um eine
möglichst synchrone Auswertung vorzunehmen. Der Sigma/Del
ta-Wandler kann aber von beiden Messwertaufnehmern gemein
sam benutzt werden, wenn für jeden ein eigener zuschaltba
rer Integrationskondensator vorgesehen wird. Die erhalte
nen Relativpositionen werden von einer Verknüpfungseinheit
zur Bestimmung der Absolutposition verwendet. Es sind auch
Anwendungen möglich, bei denen eine gemeinsame Verarbei
tungseinheit die Auswertung der Messsignale beider Diffe
rentialkondensatoren seriell vornimmt. Um Synchronität
sicherzustellen, können den einzelnen Differentialkonden
satoren Ladungszwischenspeicher zugeordnet werden, die mit
einem oder mehreren Ladungsimpulsen möglichst synchron
geladen werden und deren Ausgangsspannungen nacheinander
und langsam ausgewertet werden können.
Das erfindungsgemäße Wegmesssystem ermöglicht die
Erfassung relativ großer Messwege bei hohen Auflösungen
und geringen Interpolationsfehlern. Erforderlichenfalls
kann der Messbereich nahezu beliebig erweitert werden.
Eine einfache Möglichkeit besteht darin, die Breite einer
Gegenelektrodenreihe quer zu der Verschieberichtung ab
schnittsweise zu reduzieren. Die Breite der anderen Gegen
elektrodenreihe kann gleich bleiben oder sogar abschnitts
weise vergrößert sein. Auf jeden Fall ergeben sich in je
dem Abschnitt spezifische Kapazitätsverhältnisse zwischen
den Sendeelektrodenreihen und den Gegenelektrodenreihen.
Die zur Auswertung benötigten Schalter, Kondensatoren
und Operationsverstärker sind technisch vorteilhaft und
kostengünstig in MOS-Standardtechniken realisierbar. Die
Zähl-, Vergleichs- und sonstigen Operationen können vor
teilhafterweise auf einem entsprechend programmierten Mi
krokontroller oder Prozessor durchgeführt werden, obwohl
auch eine schaltungstechnische Realisierung möglich ist.
Die bisherigen Ausführungen betrafen insbesondere ein
Längenmesssystem. Das Wegmesssystem ist aber auch zur Win
kelmessung geeignet. Zu diesem Zweck können die Sendeelek
troden auf der Außenseite einer kreisförmigen Scheibe aus
gebildet und die Gegenelektroden auf der Innenseite einer
ringförmigen Maßverkörperung, in geringem Abstand von der
Scheibe und um ihre Mittelachse drehbar angeordnet sein.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungs
formen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der
Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung. In der
Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wegmesssystem in schema
tisierter, perspektivische Darstellung,
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Wegmesssys
tems nach Fig. 1 unter Veranschaulichung der einzelnen
Funktionseinheiten,
Fig. 3 eine Maßverkörperung für das Wegmesssystem
nach Fig. 1, in schematisierter Darstellung, in Draufsicht
und in einem anderen Maßstab,
Fig. 4 eine erste Anordnung der Sendeelektroden für
das Wegmesssystem nach Fig. 1, in schematisierter Darstel
lung, in Draufsicht,
Fig. 5 eine weitere Anordnung der Sendeelektroden, in
schematisierter Draufsicht,
Fig. 6a bis 6d verschiedene Konfigurationen von Elek
troden des Wegmesssystems nach Fig. 1 und unterschiedliche
Ansteuermöglichkeiten, in schematisierter Draufsicht,
Fig. 7 einen Teil einer in dem Wegmesssystem nach
Fig. 1 verwendbaren Verarbeitungseinheit mit einem
Sigma/Delta-Wandler, als schematisches Blockschaltbild,
Fig. 8 Signale zur Ansteuerung der Sendeelektroden
eines Differentialkondensators und das Ausgangssignal des
Integrators des Sigma/Delta-Wandlers nach Fig. 6, als
schematisches Diagramm,
Fig. 9 einen Ausschnitt einer abgewandelten Form ei
ner in dem Wegmesssystem nach Fig. 1 verwendbaren Verar
beitungseinheit, als schematisches Schaltbild,
Fig. 10 einen Teil einer weiteren Ausführungsform
einer Verarbeitungseinheit als schematisches Schaltbild,
Fig. 11 ein drittes Messsystem zur Messwegverlänge
rung, in schematisierter Draufsicht, zur Veranschaulichung
des Prinzips, und
Fig. 12 ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Verdeut
lichung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen
Absolut-Wegmesssystems mit zwei Relativ-Messsystemen und
Fig. 13 ein vereinfachtes Flußdiagramm zur Ver
anschaulichung der Bestimmung der gesuchten Position.
In Fig. 1 ist schematisch ein Wegmesssystem 1, ver
anschaulicht, das Teil eines Längenmessgeräts ist und ei
nen Sensorkopf 2 sowie eine Maßverkörperung 3, bspw. einen
Maßstab, aufweist. Die Maßverkörperung 3 führt im vorlie
genden Beispiel durch den Sensorkopf 2 hindurch und ist in
Bezug auf diesen in der Verschieberichtung V verschiebbar
gelagert. Das Wegmesssystem 1 kann z. B. Teil einer Schieb
lehre sein. In dem Sensorkopf 2 sind aus Fig. 1 nicht er
sichtliche Messwertaufnehmer angeordnet, die an eine An
steuerungseinheit 4 und eine Verarbeitungseinheit 5 ange
schlossen sind. Diese Einheiten 4, 5 können in oder an dem
Sensorkopf 2 oder in einer gegebenenfalls gesonderten An
zeigeeinheit 6 zum Anzeigen der gemessenen Länge vorgese
hen sein. Elemente zum Ein- und Ausschalten oder sonstigen
Bedienen des Messsystems 1 sind in Fig. 1 nicht veran
schaulicht.
Der prinzipielle Aufbau des Wegmesssystems 1 ergibt
sich insbesondere aus Fig. 2. Das Wegmesssystem 1 ist im
vorliegenden Beispiel ein Absolut-Wegmesssystem, das die
aktuelle Position unmittelbar und allein aus den momenta
nen Messwerten bestimmt. Es weist hierzu einen ersten ka
pazitiven Messwertaufnehmer 7a sowie einen zweiten kapazi
tiven Messwertaufnehmer 7b auf, der in Fig. 2 durch ein
Ersatzschaltbild angedeutet ist. Die Messwertaufnehmer 7a,
7b sind jeweils durch eine Reihe 8a, 8b von als Sendeelek
troden dienenden Kapazitätsbelägen, durch zugehörige Rei
hen 9a, 9b von Gegenelektroden sowie eine Empfangselek
trode 10a, 10b gebildet. Wenn lediglich ein kapazitiver
Messwertaufnehmer 7a bzw. 7b vorgesehen ist, wird ein
Relativ-Messsystem gebildet, das die Position auf inkre
mentelle Weise bestimmt. Die Beschreibungen gelten aber
entsprechend.
Die Sendelektrodenreihen 8a, 8b sind vorzugsweise auf
einer gemeinsamen Fläche 11 des Sensorkopfs 2, in der Ver
schieberichtung V parallel zueinander angeordnet, wie dies
in Fig. 4 veranschaulicht ist. Jede Reihe 8a, 8b enthält
mehrere, bspw. 2 bis 16, rechteckförmige Sendeelektroden
12a, 12b. Die Sendeelektroden 12a sind in Richtung V
schmäler als die Sendeelektroden 12b. Quer dazu sind deren
Ausmaße vorzugsweise gleich. Die Sendeelektroden sind über
Versorgungsleitungen 13a, 13b an die Ansteuerungseinheit 4
angeschlossen, von der sie Ansteuersignale empfangen.
Die Reihen 9a, 9b mit mehreren Gegenelektroden 14a,
14b sind auf einer Seite der Maßverkörperung 3 angeordnet,
die der Fläche 11 des Sensorkopfs 2 zugewandt ist. Zwi
schen den Sendeelektroden 12a, 12b und den Gegenelektroden
14a, 14b ist ein im Vergleich zu deren Breite geringer
Spalt oder Abstand 15 festgelegt. Das Teilungsverhältnis
der Reihen 9a, 9b entspricht demjenigen der Sendeelektro
denreihen 8a, 8b, die Breite der Gegenelektroden 14a, 14b
ist aber um ein Vielfaches größer als diejenige der Sen
deelektroden 12a, 12b. Außerdem ist die Anzahl der Gegen
elektroden 14a, 14b, die die maximale Messlänge definiert,
wesentlich größer als die der Sendeelektroden 12a, 12b.
Die von den Sendeelektroden 12a, 12b auf die Gegen
elektroden 14a, 14b übertragenen Signale werden kapazitiv
auf die Empfangselektroden 10a, 10b zurückgekoppelt. Vor
teilhafterweise können dadurch bewegte Kontakte vermieden
werden. In dem Beispiel gemäß Fig. 4 ist eine einzige Emp
fangselektrode 10 vorgesehen, die zwischen den Sendeelek
trodenreihen 8a, 8b, parallel zu diesen und über deren
gesamte Länge verläuft. Die Gegenelektroden 14a, 14b sind
in Querrichtung jeweils paarweise miteinander verbunden
oder durch Kondensatorbeläge 14 gebildet, die die Form
zweier aneinander stoßender, etwas gegeneinander versetz
ter Rechtecke aufweisen. Die Struktur der Gegenelektroden
14 ist insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich.
Die Ansteuerungseinheit 4 weist im Wesentlichen einen
Taktgeber 16 und eine Versorgungseinheit 17 auf, die aus
gehend von den Taktimpulsen des Taktgebers 16 die Ansteu
ersignale generiert. Die Taktrate liegt vorzugsweise in
dem Bereich zwischen 10 kHz und 300 kHz.
Die Ansteuerung der Sendeelektroden 12a, 12b wird
anhand der Fig. 6a bis 6d erläutert. In Fig. 6a ist sche
matisch ein Paar Sendeelektroden 12, das eine Sendeelek
trodenreihe 8a bzw. 8b darstellen soll, sowie eine reprä
sentative Gegenelektrode 14 veranschaulicht. Die Empfangs
elektrode ist hier nicht veranschaulicht. Die Gegenelek
trode 14 hat im Vergleich zu den Sendeelektroden 12 die
doppelte Breite. In der in Fig. 6a gezeigten ersten Posi
tion P1 überdeckt die Gegenelektrode 14 die linke Sendee
lektrode 12 vollständig und bildet mit dieser einen Teil
kondensator C1 eines Differentialkondensators 18. Die in
Fig. 6a rechte Sendeelektrode 12 wird nur etwa zur Hälfte
überdeckt, wodurch ein Teilkondensator C2 gebildet wird.
Das Kapazitätsverhältnis C1/C2 beträgt 2 : 1. Beim Verfahren
der Gegenelektrode 14 wird zunächst die Teilkapazität C2
wegproportional vergrößert bis beide Sendeelektroden 12a,
12b vollständig überdeckt sind. Eine weitere Verschiebung
bewirkt eine Verminderung der Teilkapazität C1 bei gleich
bleibender Teilkapazität C2. In der in Fig. 6a gezeigten
zweiten Position P2 beträgt das Kapazitätsverhältnis C1/C2
in etwa 1 : 2. Das Paar von Sendeelektroden 12 wird von der
Versorgungseinheit 17 periodisch angesteuert.
Sind, wie bspw. in Fig. 6b veranschaulicht, mehrere
Sendeelektroden 12 in einer Reihe angeordnet und wird die
Gegenelektrode 14 weiter in Richtung V verschoben, ist es
wegen der erforderlichen Messgenauigkeit vorteilhaft, zum
nächsten Paar von Sendeelektroden zu wechseln. Dann werden
die in der Mitte liegenden mit C1 und C2 bezeichneten Sen
deelektroden 12 angesteuert. Die Kennzeichnung "0" bedeu
tet, dass diese Sendeelektroden entweder kein Signal oder
Ladungspakete mit alternierendem Vorzeichen empfangen, so
dass sich die zugehörigen Ladungen insgesamt ausgleichen.
Jedesmal wenn sich das Kapazitätsverhältnis C1/C2 durch
Positionsänderung aus dem Bereich 2 : 1 bis 1 : 2 bewegt, wird
zum nächsten Sendeelektrodenpaar weitergeschaltet. Es wäre
auch möglich, einen Bereich zwischen 0 : 1 und 1 : 0 zu wählen
und stets zum übernächsten Elektrodenpaar zu wechseln. Die
erste Vorgabe ergibt jedoch kürzere Wandlungszeiten und
geringere Interpolationsfehler.
Bei einer Gruppe von sechs Sendeelektroden 12 kann
die Gegenelektrode 14 so breit wie drei Sendeelektroden 12
ausgeführt sein. Jeweils eine und die übernächste Sendee
lektrode 12 bilden das aktive Elektrodenpaar. In Fig. 6c
oben ist dies durch die erste Ansteuermöglichkeit veran
schaulicht. Fig. 6c unten zeigt die letzte Ansteuermög
lichkeit, bei der die in Verschieberichtung V zweite Sen
deelektrode 12 mit einem Element 14 der Gegenelektroden
reihe 9 den Teilkondensator C2 und die letzte Sendeelek
trode 12 mit dem übernächsten Element der Gegenelektroden
reihe 9 den Teilkondensator C1 bildet. Die dazwischenlie
gende, strichpunktiert angedeutete Gegenelektrode 14 wird
bei der Messung nicht benötigt. Im Allgemeinen wird des
halb jedes zweite Element der Gegenelektrodenreihe 9a, 9b
auf Masse gelegt oder entfernt. Eine Gruppe von 6 Sendeelektroden
ergibt einen Messweg von insgesamt sechs Elek
trodenbreiten, in der Praxis also ungefähr 5 mm.
Auf diese Weise können auch größere Gruppen und somit
weitere Messwege gebildet werden, wobei die Anzahl der
zwischen den Teilkondensatoren C1 und C2 liegenden nicht
angesteuerten Sendeelektroden 12 entsprechend erhöht wird.
Außerdem können mehrere solche Gruppen aneinandergereiht
und Sendeelektroden bestimmter Ordnungszahl aller Gruppen
gemeinsam angesteuert werden, wie dies bspw. aus Fig. 6c
unten hervorgeht. Alle gleichzeitig angesteuerten Sendee
lektroden definieren dann die entsprechende Teilkapazität
C1 bzw. C2 des Differentialkondensators 18.
Wenn 8 oder mehr Sendeelektroden eine Gruppe bilden,
können auch zwei oder mehrere nebeneinanderliegende Sen
deelektroden 12 zusammengefasst und gemeinsam angesteuert
werden (Fig. 6d). Es gibt vielfältige Möglichkeiten der
Anordnung und Ansteuerung der Sendeelektroden 12a, 12b.
Wie bereits angedeutet, wird das gesuchte Kapazitäts
verhältnis C1/C2 mittels einer Interpolationsmethode be
stimmt, wozu die Verarbeitungseinheit 5 vorgesehen ist. Zu
der Verarbeitungseinheit 5 gehört eine Sigma/Delta-Wand
lungseinheit 21, eine Schaltereinheit 22, eine Zählerein
heit 23 sowie eine Auswertelogik oder -einheit 24.
Der in Fig. 7 veranschaulichte Sigma/Delta-Wandler 21
ist eine Analogschaltung, die im Wesentlichen aus einem
Integrator 26, dessen Eingang über einen Schalter S1 der
Schaltereinheit 22 mit der Empfangelektrode 10 verbunden
ist, sowie einem an dem Ausgang des Integrators 26 ange
schlossenen Komparator 27 besteht. Der Integrator ist in
der gewohnten Weise durch einen Operationsverstärker 28
und einen Integrationskondensator C3 gebildet, der in dem
Rückkopplungspfad des Integrators 26 angeordnet ist. Der
Eingang und der Ausgang des Integrators 26 sind über Kon
densatoren C4, C5 jeweils an Masse angeschlossen, die im
Vergleich zu dem Integrationskondensator C3 nur geringe
Kapazitäten haben und zur Entstörung der durch die Schal
tereinheit 22 verursachten Ladungen dienen.
Die Schaltereinheit 22 weist zwei weitere Schalter S2
und S3 auf. Der Schalter S3 ist in der Rückkopplungslei
tung des Integrators 26 in Reihe zu dem Integrationskon
densator C3 angeordnet. Der Schalter S2 ist parallel dazu
geschaltet und ermöglicht ein Kurzschließen des Eingangs
mit dem Ausgang des Integrators 26.
Der Ausgang des Komparators 27 ist über eine Kipp
stufe 29, insbesondere ein D-Flipflop, mit der Zählerein
heit 23 und ggfs. der Auswerteeinheit 24 verbunden. Die
Zählereinheit 23 weist pro kapazitiven Meßwertaufnehmer
7a, 7b zwei Zähler auf, die die Anzahl der über die ein
zelnen Teilkondensatoren C1, C2 übertragenen und inte
grierten Stromstöße bzw. Ladungspakete n1, n2 zählen, so
wie einen Zähler z, der die ermittelte Paar-Kombination
der Sendeelektroden 12a, 12b innerhalb der Gruppe angibt.
Die Zähler n1, n2 bestimmen die Auflösung, die fast belie
big groß wählbar ist. Im Allgemeinen ist für Echtzeitan
wendungen mit geringer Verarbeitungszeit und hoher Genau
igkeit eine Auflösung zwischen 256 (8 Bit) bis 4096 (12 Bit)
geeignet.
Die Funktionsweise des insoweit beschriebenen Weg
messsystem wird anhand Fig. 8 im Zusammenhang mit Fig. 13
beschrieben, in der das Ablaufprogramm zur Positionsbestimmung
veranschaulicht ist. Das erfindungsgemäße Weg
messsystem funktioniert wie folgt:
Sofern ein Relativ-Messsystem verwendet wird, muss
dieses vor der Messung in die Ausgangsposition verfahren
werden, um definierte Anfangsbedingungen zu erhalten. Das
Wegmesssystem 1 wird eingeschaltet, und die Zähler n1, n2
und z werden initialisiert. Danach kann die Maßverkörpe
rung 3 in Bezug auf den Sensorkopf 2 in die zu bestimmende
Position verschoben werden. Bei der Ausführungsform als
Absolut-Wegmesssystem kann die Maßverkörperung 3 verfahren
werden, bevor das Wegmesssystems 1 eingeschaltet und die
Zähler n1, n2, z initialisiert werden.
Danach wird ein erstes Paar von Sendelektroden 12a
der Reihe 9a angesteuert (Block 41 in Fig. 13), das die
entsprechenden Teilkondensatoren C1, C2 des Differential
kondensators 18 bildet. Wie aus Fig. 8 insbesondere her
vorgeht, werden die Teilkondensatoren C1, C2 mit periodi
schen, positiven Rechteckimpulsen angesteuert, wobei die
Ansteuersignale des Teilkondensators C2 (C2-Signale) den
jenigen des Teilkondensators C1 (C1-Signale) mit einem
Phasenversatz von 90° nacheilen. Die Ansteuersignale er
zeugen auf der Empfangsseite Stromstöße oder Ladungspakete
unterschiedlicher Polarität, die im Wesentlichen mit den
Flankenwechseln zusammenfallen und die zu dem Integrator
durchgelassen und dort integriert werden, wenn die Schal
ter S1 und S3 geschlossen sind. Wie in Fig. 8 veranschau
licht, werden die Schalter S1 und S3 im möglichst nachfol
genden Takt bspw. bei der aufsteigenden Flanke des C1-Sig
nals geschlossen, wenn der Komparatorausgang, also die in
dem Integrationskondensator C3 integrierte gesamte La
dungsmenge negativ ist oder während der abfallenden Flanke
des C2-Signals, wenn die Gesamtladung, also der Komparatorausgang
positiv ist (Block 42 in Fig. 13). Es wird also
ein entsprechendes positives oder negatives Ladungspaket
empfangen und aufsummiert (Blöcke 43a, b in Fig. 13).
Die Schalter S1, S3 bleiben nur für eine vorbestimmte
Dauer T geschlossen, um Zeitfenster 33 zu definieren (Fig.
8), in denen ausgewählte Flanken der Ansteuersignale lie
gen. Der Phasenversatz, das Zeitfenster 33 und seine Dauer
T sind derart festgelegt, dass innerhalb eines Zeitfens
ters 33 nur eine ausgewählte Signalflanke liegt und das
Zeitfenster 33 im Wesentlichen nur den Flankenwechsel um
fasst. Je kleiner das Zeitfenster 33 ist und je genauer es
mit den Signalflanken der Ansteuersignale synchronisiert
ist, desto stärker kann der Einfluss von statischen Stö
rungen und von Störsignalen herrührenden Unlinearitäten
reduziert werden. Höherfrequente Störungen, z. B. von außen
über die Maßverkörperung 3 eingebrachte elektrostatische
Entladungen oder sich im Dielektrikum der Maßstabsabdec
kung aufgrund von mechanischen Erschütterungen bewegende
Ladungen, können wirksam unterdrückt werden. Die Festle
gung des Zeitfensters 33 hat also für die Messgenauigkeit
oder sogar für die Funktionalität des Wegmesssystems
grundlegende Bedeutung.
Mit den Zählern n1 und n2 wird die Anzahl der ausge
werteten C1- bzw. C2-Signale gezählt (Blöcke 43a, b in Fig.
13). Bevor das jeweils nächste Signal gesendet wird, kön
nen die Schalter S1 und S2 geschlossen und S3 geöffnet
werden. Da der Eingang des Integrators 26 sich auf virtu
eller Masse befindet, kann ein Ladungsstrom abfließen, und
die Teilkondensatoren C1 und C2 werden im gegensätzlichen
Sinne polarisiert, ohne dass sich die Ladung des Integra
tionskondensators C3 verändert. Diese Maßnahme verbessert
die Linearität des Wegmesssystems 1.
Liegt das angesteuerte Paar von Sendelektroden 12a
außerhalb des bevorzugten Bereichs von bspw. 1 : 2 bis 2 : 1
wird das entsprechende nächste Paar angesteuert. Ein er
forderlicher Wechsel des Sendeelektroden-Paars wird bspw.
dadurch detektiert, dass mehrmals hintereinander Ladungs
pakete desselben Teilkondensators C1 bzw. C2 integriert
werden. Hierzu werden, wie Fig. 13 veranschaulicht, zu
sätzlichen Zähler 21 und 22 verwendet, die die Anzahl
nacheinander integrierter Ladungspakete zählen (Blöcke
43a, b in Fig. 13). Erreicht einer der Zähler 21 oder 22
den Wert 4 (oder 3), muss zum nächsten Elektrodenpaar ge
wechselt werden (Blöcke 44a, b in Fig. 13). In diesem Fall
werden der Zähler z inkrementiert bzw. dekrementiert, die
Zähler n1 und n2 zurückgesetzt und der Integrationskonden
sator C3 entleert (Schalter S2, S3 geschlossen), vgl. Blö
cke 45a, b in Fig. 13.
Erreicht einer der Zähler n1, n2 einen durch die ge
wünschte Auflösung festgelegten Wert (Blöcke 46a, b in Fig.
13), so entspricht der Wert des anderen Zählers n1 bzw.
n2, der den Endwert nicht erreicht, dem Interpolationswert
innerhalb des Elektrodenpaares. Damit ist das Kapazitäts
verhältnis C1/C2 in dem zu dem Messaufnehmer 7a gehörenden
Bezugssystem bestimmt. Bei einem Relativ-Messsystem kann
aus den Zählerständen n1, n2 und z die genaue Position der
Maßverkörperung 3 wie folgt bestimmt werden (Block 47 in
Fig. 13):
Position = n1 - n2 + z × Auflösung.
Sofern ein Absolut-Messsystem 1 und nur eine einzige
Verarbeitungseinrichtung 5 vorgesehen ist, wird der Mess
zyklus nachfolgend mit dem Messwertaufnehmer 7b wiederholt
und auch hierzu das Kapazitätsverhältnis C1/C2, also die
Zähler n1, n2 und z bestimmt. Sind die Kapazitätsverhält
nisse C1/C2, d. h. die zugehörigen Zähler n1, n2 und z,
beider Relativ-Messsysteme bestimmt, ermittelt eine Ver
knüpfungseinheit 30 daraus die Absolutposition. Dies ist
in Fig. 12 vereinfacht veranschaulicht. Zur Bestimmung der
Absolutposition kann die Verknüpfungseinheit 30 bspw. den
eineindeutige Zusammenhang zwischen der Differenz der Ka
pazitätsverhältnisse C1/C2 der beiden Relativ-Messsysteme
und der Verschiebung nutzen.
Die bei serieller Verarbeitung der Messwerte insbe
sondere bei hohen Verfahrengeschwindigkeiten störenden
Laufzeitverschiebungen können vermieden werden, wenn für
jedes Relativ-Messsystem eine eigene Verarbeitungseinheit
5 vorgesehen wird. Dann kann die Wandlung nahezu synchron
erfolgen. Vorteilhafterweise genügt ein einziger
Sigma/Delta-Wandler 21, wenn der Integrator 26, wie in
Fig. 7 gezeigt, mit einem weiteren, über einen Schalter
S3b zuschaltbaren Integrationskondensator C3b versehen
wird. Zwischen den Integrationskondensatoren C3 bzw. C3b
wird bei der Messung ständig hin und her geschaltet, um
synchron zu wandeln. Vor jeder Integration können die
Schalter S1 und S2 geschlossen sowie S3 und S3b geöffnet
werden, um eine gegebenenfalls noch in den Zuleitungen
vorhandene Ladung abzuleiten, so dass nur die zu dem glei
chen Messwertaufnehmer 7a bzw. 7b gehörende Ladung in den
zugehörigen Integrationskondensator C3 bzw. C3b gelangt.
In den Fig. 5 und 9 bis 11 sind weitere vorteilhafte
Modifizierungen der Erfindung veranschaulicht. Soweit
Übereinstimmungen mit dem vorstehend beschriebenen Weg
messsystem in Bau und/oder Funktion bestehen, wird unter
Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende
Beschreibung verwiesen.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Verarbeitungs
einheit 5 mit einem Sigma/Delta-Wandler 21, dem vier La
dungszwischenspeicher 31a, 32a, 31b, 32b vorgeschaltet
sind. Die Ladungszwischenspeicher 31a, 32a sind den Teil
kondensatoren C1 bzw. C2 des ersten Messwertaufnehmers 7a
und die Ladungsspeicher 31b, 31b denen des zweiten Mess
wertaufnehmers 7b zugeordnet. Die Ladungsspeicher 31a,
32a, 31b, 32b sind untereinder gleich, als herkömmliche
Abtast-Halte-Glieder (Sample & Hold - Glieder) mit jeweils
einem Operationsverstärker 32 und einem zugehörigen Lade
kondensator C6 ausgebildet. Die Ladekondensatoren C6 wer
den möglichst synchron mit 1 bis 4, oder sogar bis zu etwa
16 Ladungsimpulsen des zugeordneten Teilkondensators C1
bzw. C2 geladen. Die hierbei verwendeten Schalter S4 und
S5 sind im Wesentlichen kurze Zeit vor bis kurz nach der
entsprechenden Signalflanke geschlossen, um zu verhindern,
dass Störsignale während der gesamten Impulsdauer inte
griert werden. Zusätzliche Schalter S6 dienen der Entla
dung der Kondensatoren C6 sowie der Polarisierung der
Teilkondensatoren C1 und C2 vor dem Empfang eines Ladungs
impulses. Über einen Schalter S7 am Ausgang eines jeden
Ladungsspeichers 31a, 32a, 31b, 32b und einen gemeinsamen
Koppelkondensator C7 kann eine Verbindung zu der Auswerte
einheit 24 geschaffen werden. Sind die Ladungsspeicher
31a, 32a, 31b, 32b aufgeladen, so ist deren Ausgangsspan
nung proportional zu der Größe des jeweiligen Teilkonden
sators C1 bzw. C2 eines zugeordneten Messwertaufnehmers.
Diese Spannungen können folglich nachträglich und langsam
ausgewertet werden. Vorteilhafterweise wird dadurch eine
gute synchrone Positionserfassung mit nur einer Verarbei
tungseinheit 5 ermöglicht.
Zur Erhöhung des Störabstands können die Sende- und
Messsignale periodisch, bspw. bei jedem zweiten Zyklus
invertiert werden. Dadurch wird die Energie tieffrequenter
Störungen, wie sie bspw. von der Ansteuerung der Anzeige
einheit 6 herrühren oder infolge mechanischer Erschütte
rung durch im Dielektrikum der Maßstabsabdeckung enthalte
ne elektrische Ladungen verursacht werden können, in dem
Integrator 26 weitgehend annuliert. Eine Inversion der
Ansteuersignale kann durch die Versorgungseinheit 17,
bspw. unter Verwendung eines Exklusiv-Oder-Gatters, reali
siert werden. Es kann auch nach jedem zweiten Taktzyklus
ein Flankenwechsel bei der Auswertung vorgenommen werden.
Eine zur Demodulation geeignete Integratorschaltung ist in
Fig. 10 veranschaulicht. In dieser sind an den Verbin
dungspunkt des Schalters S2 mit dem Integrationskondensa
tor C3 ein zusätzlicher Schalter S8 und an den Verbin
dungspunkt des Schalters S3 mit dem Integrationskondensa
tor C3 ein weiterer Schalter S9 angeschlossen, die jeweils
mit dem Ausgang des Integrators 26 verbunden sind. Der
Integrationskondensator C3 wird bei geschlossenen Schal
tern S3 und S8 in dem bisherigen Sinne aufgeladen. Bei
invertierten Sende- bzw. Messsignalen werden stattdessen
die Schalter S2 und S9 geschlossen, um den Integrations
kondensator C3 umzudrehen, d. h. im umgekehrten Sinne auf
zuladen. Der Betrag der integrierten Gesamtladung wird
also stets richtig verändert. Selbstverständlich muss bei
dieser Maßnahme der Komparatorausgang periodisch mit in
vertiert werden.
Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte Ausbildung der kapazi
tiven Messwertaufnehmer 7a, 7b, wobei die Struktur der
Gegenelektroden 14a, 14b der in Fig. 3 gleichen kann. Wie
Fig. 5 veranschaulicht, kann auf eine Empfangselektrode 10
verzichtet werden, wenn die Sendeelektroden 12a und 12b
zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umgeschaltet werden
können. Die Elektroden 12a werden als Empfangselektroden
verwendet, wenn die Sendeelektroden 12b im Sendemodus sind
und umgekehrt. Auf diese Weise können auf einer gegebenen
Fläche des Sensorkopfs 2 größtmögliche Elektrodenflächen
bei zwei parallelen Relativ-Messsystemen geschaffen wer
den, was ein gutes Verhältnis zwischen Nutz- und Störsig
nalen sowie geringe Interpolationsfehler ergibt. Die An
forderungen hinsichtlich des Eigenrauschens in der Aus
werteelektronik und die Anfälligkeit auf störende elektri
sche Fremdsignale nehmen dadurch ab.
Wenn die Sendeelektrodenreihen 8a, 8b aus 1 bis meh
reren Gruppen von bspw. 6 Sendeelektroden mit einem Mess
weg von ungefähr 5 mm bestehen (vgl. Fig. 6c) und sich die
Periodenlängen der Maßverkörperung 3 um 1/64 unterschei
den, beträgt der maximaler Messweg ca. 320 mm. Durch eine
in der Fig. 11 veranschaulichte Variante der Maßverkörpe
rung 3 können die beiden insofern beschriebenen parallelen
Relativ-Messsysteme um ein weiteres Messsystem erweitert
und die Messweite kann nahezu beliebig vergrößert werden.
Wie in Fig. 11 prinziphaft gezeigt, ist die Breite
der einen Reihe 9a mit Gegenelektroden 14a quer zur Ver
schieberichtung V abschnittsweise verringert. Die Breite
der anderen Reihe 9b bleibt unverändert. In der Stellung
gern. Fig. 11 kommt es lediglich zu einer Teilüberdeckung
der Sendeelektroden 12a durch die Gegenelektroden 14a. In
dem Abschnitt links von der in Fig. 11 erkennbaren Stufe
34 werden die Sendeelektroden 12a vollständig überdeckt.
Es können mehrere solche Abschnitte vorgesehen werden. Bei
zwei bis vier Abschnitten wird der Messbereich auf über
500 mm bzw. Im erweitert. Die Abstufungen werden vorzugs
weise vor der ersten Inbetriebnahme in der Verarbeitungs
einheit 5 gespeichert. Ebenso werden die Kapazitätswerte
C1, C2 oder deren Verhältnis C1/C2 abgespeichert, die bei
vollständiger Überdeckung, bspw. im ersten Abschnitt er
halten werden, wenn alle Sendeelektroden 12a bzw. 12b par
allel angesteuert werden.
Bei einer Messung wird zunächst die Position in der
oben beschrieben Weise ermittelt. Anschließend werden
nacheinander alle Sendeelektroden 12a bzw. 12b angesteuert
und die jeweiligen Teilkapazitäten bzw. deren Verhältnisse
bestimmt, wobei hierzu eine kleinere Auflösung, bspw. zwi
schen 4 Bit (16) und 8 Bit (256) genügt. Durch Vergleich
der ermittelten Werte mit den gespeicherten wird der akti
ve Abschnitt und daraus die Absolutposition bestimmt. Al
ternativ können lediglich die bei der vorherigen Messung
der Position anhand der ersten beiden Messsysteme verwen
deten Sendeelektroden, die in der Verschieberichtung über
deren gesamte Breite überdeckt werden, für die dritte Mes
sung herangezogen werden.
Ein Wegmesssystem 1 weist einen in Form eines Diffe
rentialkondensators 18 ausgebildeten kapazitiven Messwert
aufnehmer 7a, 7b, dessen Teilkondensatoren C1, C2 von der
zu bestimmenden Position abhängige Kapazitäten aufweisen,
und eine Verarbeitungseinrichtung 5 zur Bestimmung des
gesuchten Wegs auf, die bspw. einen Sigma/Delta-Demodula
tor aufweist. Die Teilkondensatoren C1, C2 werden peri
odisch mit Binärsignalen angesteuert, wobei die Ansteuer
signale des einen Teilkondensators C1 zu denjenigen des
anderen Teilkondensators C2 phasenversetzt gesendet wer
den. Die Verarbeitungseinrichtung 5 bestimmt, welche An
steuersignale zur Auswertung herangezogen werden sollen.
Eine Schaltereinheit 22 lässt innerhalb von mit den Flan
ken der Ansteuersignale synchronisierten Zeitfenstern die
zugehörigen Empfangssignale zu der Verarbeitungseinrich
tung 5 durch und blendet alle anderen Signale aus. Das
Wegmesssystem 1 ermöglicht geringe Interpolationsfehler
bei großen Auflösungen und langen Interpolationsperioden.
Das Wegmesssystem 1 kann durch zwei im Wesentlichen
voneinander unabhängige, parallel arbeitende Relativ-Mess
systeme zu einem Absolut-Wegmesssystem erweitert werden,
das die Absolut-Position allein aus den aktuellen Mess
werten ermittelt. Der Messbereich kann durch Erweiterung
des Wegmesssystems 1 um weitere Relativ-Messsysteme nahezu
beliebig vergrößert werden.
Claims (29)
1. Kapazitives Wegmesssystem (1) insbesondere für
Längenmessgeräte,
mit wenigstens einem kapazitiven Messwertaufnehmer (7a, 7b), der als Differentialkondensator (18) ausgebildet ist und zu dem wenigstens zwei Sendeelektroden (12a, 12b) und eine oder mehrere Gegenelektroden (14a, 14b) gehören, die den jeweiligen Sendeelektroden (12a, 12b) gegenüber, von diesen beabstandet und in Bezug auf diese relativver stellbar angeordnet sind, so dass wenigstens zwei Teil kondensatoren (C1, C2) gebildet sind, wobei sich die Kapa zität wenigstens eines Teilkondensators (C1, C2) wegpro portional ändert,
mit einer Ansteuerungseinheit (4), die dazu einge richtet ist, ausgewählte Sendeelektroden (12a, 12b), die die Teilkondensatoren (C1, C2) des Differentialkondensa tors (18) bilden, zur Erzeugung von Messsignalen zu vorbe stimmten Zeitpunkten mit binären Ansteuersignalen zu spei sen, die aufsteigende und abfallende Flanken aufweisen, wobei die Ansteuersignale der beiden Teilkondensatoren (C1, C2) gegeneinander einen festgelegten Phasenversatz aufweisen,
mit einer Verarbeitungseinrichtung (5), die die Mess signale zur Bestimmung der Teilkapazitäten (C1, C2) des Differentialkondensators (18) auswertet, um daraus den zu messenden Weg zu ermitteln, und
mit einer Schaltereinheit (22), die dazu eingerichtet ist, Zeitfenster zu definieren, in denen ausgewählte Flan ken der Ansteuersignale liegen, so dass die zugehörigen Messsignale durchgelassen werden, um von der Verarbei tungseinrichtung (5) ausgewertet zu werden.
mit wenigstens einem kapazitiven Messwertaufnehmer (7a, 7b), der als Differentialkondensator (18) ausgebildet ist und zu dem wenigstens zwei Sendeelektroden (12a, 12b) und eine oder mehrere Gegenelektroden (14a, 14b) gehören, die den jeweiligen Sendeelektroden (12a, 12b) gegenüber, von diesen beabstandet und in Bezug auf diese relativver stellbar angeordnet sind, so dass wenigstens zwei Teil kondensatoren (C1, C2) gebildet sind, wobei sich die Kapa zität wenigstens eines Teilkondensators (C1, C2) wegpro portional ändert,
mit einer Ansteuerungseinheit (4), die dazu einge richtet ist, ausgewählte Sendeelektroden (12a, 12b), die die Teilkondensatoren (C1, C2) des Differentialkondensa tors (18) bilden, zur Erzeugung von Messsignalen zu vorbe stimmten Zeitpunkten mit binären Ansteuersignalen zu spei sen, die aufsteigende und abfallende Flanken aufweisen, wobei die Ansteuersignale der beiden Teilkondensatoren (C1, C2) gegeneinander einen festgelegten Phasenversatz aufweisen,
mit einer Verarbeitungseinrichtung (5), die die Mess signale zur Bestimmung der Teilkapazitäten (C1, C2) des Differentialkondensators (18) auswertet, um daraus den zu messenden Weg zu ermitteln, und
mit einer Schaltereinheit (22), die dazu eingerichtet ist, Zeitfenster zu definieren, in denen ausgewählte Flan ken der Ansteuersignale liegen, so dass die zugehörigen Messsignale durchgelassen werden, um von der Verarbei tungseinrichtung (5) ausgewertet zu werden.
2. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Ansteuersignale im Wesentlichen Recht
ecksignale sind und dass der Phasenversatz zwischen den
Ansteuersignalen so groß ist, dass innerhalb eines Zeit
fensters nur eine ausgewählte Signalflanke beobachtet
wird.
3. Wegmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Phasenversatz im Wesentlichen 90°
beträgt.
4. Wegmesssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ansteuersignale des einen Teil
kondensators (C1, C2) die gleiche Kurvenform und die glei
che Polarität haben wie die Ansteuersignale des anderen
Teilkondensators.
5. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (5) einen
Sigma/Delta-Wandler (21) aufweist, zu dem ein Integrator
(26), der die über den Differentialkondensator (18) über
tragene Ladung integriert, sowie ein Komparator (27) gehö
ren, der das Vorzeichen der gesamten integrierten Ladungs
menge ausgibt.
6. Wegmesssystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Schaltereinheit (22) in Abhängigkeit
von dem Ausgang des Komparators (27) ein Messsignal von
dem einen oder dem anderen Teilkondensator (C1, C2) des
Differentialkondensators (18) durchlässt.
7. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Zeitfenster kleiner ist als die Impuls
dauer eines Ansteuersignals.
8. Wegmesssystem nach Anspruch 5 und 7, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Zeitfenster ausreichend groß bemes
sen ist, um die empfangenen Ladungspakete in einem Inte
grationskondensator (C3) des Integrators (26) unter Be
rücksichtigung des Innenwiderstandes der den Integrations
kondensator (C3) speisenden Quelle nahezu vollständig zu
integrieren.
9. Wegmesssystem nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Zeitfenster größer als die Summe aus
der Anstiegszeit und der zehnfachen Zeitkonstante (τ) ge
wählt ist, die als Produkt aus dem Innenwiderstand der
verwendeten Spannungsquelle und der maximalen Teilkapazi
tät (C1, C2) definiert ist.
10. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Schaltereinheit (22) vor dem Senden
eines jeden Ansteuersignals definierte Spannungsverhält
nisse an den Teilkondensatoren (C1, C2) schafft.
11. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Schaltereinheit (22) Schalter (S8, S9)
zur Eliminierung tieffrequenter Störungen während der Aus
wertung aufweist.
12. Wegmesssystem nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, dass zur Eliminierung der Störungen bei der Aus
wertung periodische Flankenwechsel vorgenommen werden.
13. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass mehrere in wenigstens einer Reihe (8a, 8b)
angeordnete Sendeelektroden (12a, 12b) vorgesehen sind.
14. Wegmesssystem nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Breite der Gegenelektroden (14a, 14b),
gemessen in einer Verschieberichtung (V), einem ganzzah
ligen Vielfachen der Breite der Sendeelektroden (12a, 12b)
entspricht und dass vorzugsweise eine aus mehreren Gegen
elektroden (14a, 14b) gebildete Reihe (9a, 9b) in der Ver
schieberichtung (V) ein Vielfaches der Länge der Sendee
lektrodenreihe (8a, 8b) aufweist.
15. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass jede zweite Gegenelektrode (14a, 14b) auf
Masse liegt oder entfernt worden ist.
16. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Abgriff der Messsignale berührungslos
erfolgt.
17. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass zur Messung mehrere Einzelimpulse an jeden
Teilkondensator (C1, C2) gesendet werden und dass die sich
ergebenden Ladungspakete aufsummiert werden, wobei die
Bestimmung der Teilkapazitäten (C1, C2) durch Interpolati
on erfolgt.
18. Wegmesssystem nach Anspruch 17, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (5) eine Zähler
einheit (23) aufweist, die zwei Zähler (n1, n2) zum Auf
summieren der Anzahl der über die jeweiligen Teilkondensa
toren (C1, C2) übertragenen und integrierten Ladungspakete
enthält.
19. Wegmesssystem nach Anspruch 18, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Ansteuerungseinheit (4) ausgehend von
den Zählerständen (n1, n2) das anzusteuernde Paar von Sen
deelektroden (12a, 12b) bestimmt, damit das Verhältnis der
Teilkapazitäten (C1, C2) zueinander in einem vorgegebenen
Bereich, vorzugsweise innerhalb von 1 : 2 bis 2 : 1, liegt.
20. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Sendeelektroden (12a, 12b) zu Gruppen
mit einer Anzahl von Elektroden, vorzugsweise 6 Elektro
den, zusammengefasst werden, die eine entsprechende Anzahl
von Ansteuermöglichkeiten bieten.
21. Wegmesssystem nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegmesssystem
(1) als Absolut-Wegmesssystem ausgebildet ist, das wenigs
tens zwei als Differentialkondensatoren (18) ausgebildete
kapazitive Messwertaufnehmer (7a, 7b) aufweist, zu denen
Sendeelektrodenreihen (8a, 8b), die jeweils eine konstan
te, voneinander verschiedene Teilung aufweisen, sowie zu
geordnete Gegenelektronenreihen (9a, 9b) gehören, wobei die
Verarbeitungseinrichtung (5) aus den Verhältnissen der
Teilkapazitäten (C1, C2) der einzelnen Differentialkonden
satoren (18) einen Absolutwert für den zu messenden
Absolut-Weg bestimmt.
22. Wegmesssystem nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Sendeelektrodenreihen (8a, 8b) in einer
gemeinsamen Ebene, parallel zueinander verlaufen und dass
die Gegenelektroden (14a, 14b) auf einer gemeinsamen, den
Sendeelektroden (12a, 12b) zugewandten Fläche einer Maß
verkörperung (3) angeordnet sind.
23. Wegmesssystem nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, dass lediglich eine Empfangselektrode (10) vor
gesehen ist, die zwischen den Sendeelektrodenreihen (8a,
8b) angeordnet ist und parallel zu diesen verläuft und
dass die einzelnen Elemente der Gegenelektroden (14a, 14b)
miteinander verbunden sind.
24. Wegmesssystem nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, dass bei zweireihiger Sendeelektrodenanordnung
die Reihen (8a, 8b) der Sendeelektroden abwechselnd als
Empfangselektroden geschaltet sind.
25. Wegmesssystem nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, dass jedem Differentialkondensator (18) eine
gesonderte Verarbeitungseinheit (5) zur Bestimmung der
jeweiligen Relativverstellungen zugeordnet ist und dass
eine Verknüpfungseinheit (30) zur Bestimmung der Absolut
position aus den beiden Relativpositionen vorgesehen ist.
26. Wegmesssystem nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, dass den beiden Differentialkondensatoren (18)
eine gemeinsame Wandlungseinheit (21) zugeordnet ist, wo
bei die beiden Systeme einen eigenen zuschaltbaren Inte
grationskondensator (C3, C3b) aufweisen.
27. Wegmesssystem nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, dass für die Differentialkondensatoren (18) La
dungszwischenspeicher (31a, 31b, 32a, 32b) vorgesehen
sind, die mit einem oder mehreren Ladungsimpulsen mög
lichst synchron geladen werden und deren Ausgangsspannun
gen später von einer gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung
(5) seriell ausgewertet werden.
28. Wegmesssystem nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, dass zur Erweiterung des Messbereichs ein weite
res Messsystem vorgesehen ist.
29. Wegmesssystem nach Anspruch 28, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Breite einer Reihe (9a, 9b) mit Gegen
elektroden (14, 14a, 14b) quer zu einer Verschieberichtung
(V) abschnittsweise reduziert ist, während die Breite der
anderen Gegenelektrodenreihe gleich bleibt oder ab
schnittsweise vergrößert ist, so dass in jedem Abschnitt
spezifische Kapazitätsverhältnisse zwischen den Sendeelek
trodenreihen (8a, 8b) und den Gegenelektrodenreihen (9a,
9b) gegeben sind.
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CNB018021174A CN1196915C (zh) | 2000-07-20 | 2001-07-18 | 用于节电测量仪器的电容式位移接收器 |
US10/088,641 US6700391B2 (en) | 2000-07-20 | 2001-07-18 | Capacitive displacement sensor |
PCT/DE2001/002625 WO2002008697A1 (de) | 2000-07-20 | 2001-07-18 | Kapazitiver wegaufnehmer |
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---|---|---|---|
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WO (1) | WO2002008697A1 (de) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6741199B2 (en) | 2001-12-06 | 2004-05-25 | Anton Rodi | Arrangement and process for interpolating a measured signal |
DE102004006672B3 (de) * | 2004-02-11 | 2005-08-18 | Carl Mahr Holding Gmbh | Feinmessgerät zur Abstandsvermessung |
WO2007116090A1 (en) * | 2006-04-12 | 2007-10-18 | Novo Nordisk A/S | Absolute position determination of movably mounted member in medication delivery device |
US7922096B2 (en) | 2000-08-10 | 2011-04-12 | Novo Nordisk A/S | Support for a cartridge for transferring an electronically readable item of information from the cartridge to an electronic circuit |
US8049519B2 (en) | 2006-04-26 | 2011-11-01 | Novo Nordisk A/S | Contact free absolute position determination of a moving element in a medication delivery device |
US8197449B2 (en) | 2005-05-10 | 2012-06-12 | Novo Nordisk A/S | Injection device comprising an optical sensor |
US8348904B2 (en) | 2007-03-21 | 2013-01-08 | Novo Nordisk A/S | Medical delivery system having container recognition and container for use with the medical delivery system |
US8608079B2 (en) | 2006-03-20 | 2013-12-17 | Novo Nordisk A/S | Contact free reading of cartridge identification codes |
US8638108B2 (en) | 2005-09-22 | 2014-01-28 | Novo Nordisk A/S | Device and method for contact free absolute position determination |
US9950117B2 (en) | 2009-02-13 | 2018-04-24 | Novo Nordisk A/S | Medical device and cartridge |
Families Citing this family (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050224899A1 (en) * | 2002-02-06 | 2005-10-13 | Ramsey Craig C | Wireless substrate-like sensor |
US6747462B2 (en) * | 2002-03-18 | 2004-06-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method and system for determining position of a body |
US6873277B1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-03-29 | Rosemount, Inc. | Multi-phase measurement system with synchronized sigma delta converters |
US7116091B2 (en) * | 2004-03-04 | 2006-10-03 | Zircon Corporation | Ratiometric stud sensing |
US7148703B2 (en) * | 2004-05-14 | 2006-12-12 | Zircon Corporation | Auto-deep scan for capacitive sensing |
US7049828B1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-05-23 | Delphi Technologies, Inc. | Capacitive sensor for determining linear or angular position |
US7893697B2 (en) * | 2006-02-21 | 2011-02-22 | Cyberoptics Semiconductor, Inc. | Capacitive distance sensing in semiconductor processing tools |
US7804306B2 (en) * | 2006-02-21 | 2010-09-28 | CyterOptics Semiconductor, Inc. | Capacitive distance sensing in semiconductor processing tools |
WO2008042199A2 (en) | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Cyberoptics Semiconductor, Inc. | Particles sensor integrated with substrate |
US20080246493A1 (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-09 | Gardner Delrae H | Semiconductor Processing System With Integrated Showerhead Distance Measuring Device |
US20090015268A1 (en) * | 2007-07-13 | 2009-01-15 | Gardner Delrae H | Device and method for compensating a capacitive sensor measurement for variations caused by environmental conditions in a semiconductor processing environment |
JP5171395B2 (ja) * | 2007-07-31 | 2013-03-27 | 京セラ株式会社 | ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置 |
CN100487361C (zh) * | 2007-09-06 | 2009-05-13 | 浙江大学 | 基于电容测量原理的平面电容传感器 |
US7570066B2 (en) * | 2007-11-01 | 2009-08-04 | Seagate Technology Llc | Simultaneous detection of in-plane and out-of-plane position displacement with capacitive sensors |
EP2078981A1 (de) | 2008-01-10 | 2009-07-15 | Dialog Imaging Systems GmbH | Linsenpositionierungssystem |
JP5153457B2 (ja) * | 2008-05-29 | 2013-02-27 | 京セラ株式会社 | ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置 |
TWI363290B (en) * | 2008-10-29 | 2012-05-01 | Myson Century Inc | Signal conversion control circuit for touch screen and method thereof |
ES2673294T3 (es) | 2008-11-06 | 2018-06-21 | Novo Nordisk A/S | Dispositivo de administración de fármacos asistido electrónicamente |
CN101949682B (zh) * | 2010-08-14 | 2012-10-24 | 桂林广陆数字测控股份有限公司 | 绝对位置测量容栅位移测量方法、传感器及其运行方法 |
CN102221323B (zh) * | 2011-06-03 | 2012-08-15 | 浙江大学 | 一种基于平面电容的六自由度位移测量方法 |
US9019480B2 (en) * | 2013-02-26 | 2015-04-28 | Jds Uniphase Corporation | Time-of-flight (TOF) system, sensor pixel, and method |
US10383699B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-08-20 | Sri International | Hyperdexterous surgical system |
EP2799891A1 (de) * | 2013-05-03 | 2014-11-05 | Sensirion AG | Sensorschaltungsanordnung |
CN104088871B (zh) * | 2014-06-27 | 2016-03-02 | 华南理工大学 | 一种精密定位驱动端预紧装置 |
US9864455B2 (en) | 2015-05-29 | 2018-01-09 | Synaptics Incorporated | Matched filter for a first order sigma delta capacitance measurement system and a method to determine the same |
DE102015008485A1 (de) * | 2015-07-01 | 2017-01-05 | Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Messen eines Kapazitätswertes |
DE102017204871A1 (de) * | 2017-04-19 | 2018-10-25 | Robert Bosch Gmbh | Energiesparendes Positionsbestimmungsverfahren |
DE102019118693A1 (de) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 | Ewellix AB | Positionssensorik, Verfahren zur Positionsermittlung und Linearaktuator |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0442898B1 (de) * | 1988-09-14 | 1993-06-02 | Investments S.A. Barnwell | Verfahren und vorrichtung zur kapazitätsmessung und kapazitive verschiebungsmessung |
DE19753682A1 (de) * | 1997-05-16 | 1998-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | Schnittstellenschaltung für einen kapazitiven Sensor |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE411392B (sv) * | 1977-12-09 | 1979-12-17 | Inst Mikrovagsteknik Vid Tekni | Metanordning for kapacitiv bestemning av det inbordes leget hos tva relativt varandra rorliga delar |
CH651136A5 (de) * | 1980-11-21 | 1985-08-30 | Hans Ulrich Meyer | Kapazitives laengen- und winkelmessverfahren. |
US4878012A (en) * | 1988-06-10 | 1989-10-31 | Rosemount Inc. | Charge balanced feedback transmitter |
JP2561040B2 (ja) * | 1994-11-28 | 1996-12-04 | 日本電気株式会社 | 容量型センサの容量変化検出回路およびその検出方法 |
-
2000
- 2000-07-20 DE DE10035192A patent/DE10035192C1/de not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-07-18 CN CNB018021174A patent/CN1196915C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-07-18 US US10/088,641 patent/US6700391B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-07-18 WO PCT/DE2001/002625 patent/WO2002008697A1/de active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0442898B1 (de) * | 1988-09-14 | 1993-06-02 | Investments S.A. Barnwell | Verfahren und vorrichtung zur kapazitätsmessung und kapazitive verschiebungsmessung |
DE19753682A1 (de) * | 1997-05-16 | 1998-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | Schnittstellenschaltung für einen kapazitiven Sensor |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7922096B2 (en) | 2000-08-10 | 2011-04-12 | Novo Nordisk A/S | Support for a cartridge for transferring an electronically readable item of information from the cartridge to an electronic circuit |
US6741199B2 (en) | 2001-12-06 | 2004-05-25 | Anton Rodi | Arrangement and process for interpolating a measured signal |
DE10160835B4 (de) * | 2001-12-06 | 2011-02-17 | Anton Rodi | Anordnung zur Interpolation eines Messsignals |
DE102004006672B3 (de) * | 2004-02-11 | 2005-08-18 | Carl Mahr Holding Gmbh | Feinmessgerät zur Abstandsvermessung |
US7111413B2 (en) | 2004-02-11 | 2006-09-26 | Carl Mahr Holding Gmbh | Precision distance-measuring instrument |
US8771238B2 (en) | 2005-05-10 | 2014-07-08 | Novo Nordisk A/S | Injection device comprising an optical sensor |
US8197449B2 (en) | 2005-05-10 | 2012-06-12 | Novo Nordisk A/S | Injection device comprising an optical sensor |
US9522238B2 (en) | 2005-05-10 | 2016-12-20 | Novo Nordisk A/S | Injection device comprising an optical sensor |
US8638108B2 (en) | 2005-09-22 | 2014-01-28 | Novo Nordisk A/S | Device and method for contact free absolute position determination |
US8608079B2 (en) | 2006-03-20 | 2013-12-17 | Novo Nordisk A/S | Contact free reading of cartridge identification codes |
CN101421913B (zh) * | 2006-04-12 | 2012-07-18 | 诺沃-诺迪斯克有限公司 | 药品传输设备中的可移动安装元件的绝对位置的确定 |
WO2007116090A1 (en) * | 2006-04-12 | 2007-10-18 | Novo Nordisk A/S | Absolute position determination of movably mounted member in medication delivery device |
US8994382B2 (en) | 2006-04-12 | 2015-03-31 | Novo Nordisk A/S | Absolute position determination of movably mounted member in medication delivery device |
US8049519B2 (en) | 2006-04-26 | 2011-11-01 | Novo Nordisk A/S | Contact free absolute position determination of a moving element in a medication delivery device |
US8348904B2 (en) | 2007-03-21 | 2013-01-08 | Novo Nordisk A/S | Medical delivery system having container recognition and container for use with the medical delivery system |
US9950117B2 (en) | 2009-02-13 | 2018-04-24 | Novo Nordisk A/S | Medical device and cartridge |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1386187A (zh) | 2002-12-18 |
US6700391B2 (en) | 2004-03-02 |
CN1196915C (zh) | 2005-04-13 |
WO2002008697A1 (de) | 2002-01-31 |
US20020135384A1 (en) | 2002-09-26 |
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