DE10056806A1 - Determination and / or evaluation of an analog measurement variable - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird eine Vorrichtung (10, 20) zur Ermittlung und/oder Auswertung einer analogen Messgröße, wie vorzugsweise Temperatur, Kraft, Druck oder Weg. Diese weist ein elektronisches Messelement (30), auf das die Messgröße wirkt und eine Schaltungseinheit (40) auf, die mit dem Messelement (30) zu einer Messschaltung (20) gekoppelt ist, wobei die Messschaltung (20) eine nicht-lineare elektrische Charakteristik aufweist, die in ihrer wesentlichen Charakteristik bekannt ist. Eine Signaleinheit (10) ist vorgesehen zur Beaufschlagung der Messschaltung (20) mit einem Eingangssignal (50), und eine mit der Messschaltung (20) gekoppelten Auswerteeinheit (10) wird zur Auswertung einer Signalantwort (60) auf das Eingangssignal (50) von der Signaleinheit (10) herangezogen. Dabei weist die Auswerteeinheit einen Vergleicher zum Vergleichen der Signalantwort (60) mit einem Schwellwert (U¶th¶), Mittel zur Ermittlung einer Laufzeit zwischen dem Erreichen des Schwellwertes (U¶th¶) und einem hierzu korrespondierenden Zeitpunkt des Eingangssignals, und Mittel zur Ermittlung und/oder Auswertung der analogen Messgröße aus der ermittelten Laufzeit und der im Wesentlichen bekannten elektrischen Charakteristik der Messschaltung (20) auf.A device (10, 20) is described for determining and / or evaluating an analog measured variable, such as preferably temperature, force, pressure or displacement. This has an electronic measuring element (30) on which the measured variable acts and a circuit unit (40) which is coupled to the measuring element (30) to form a measuring circuit (20), the measuring circuit (20) having a non-linear electrical characteristic has, which is known in its essential characteristics. A signal unit (10) is provided for applying an input signal (50) to the measuring circuit (20), and an evaluation unit (10) coupled to the measuring circuit (20) is used to evaluate a signal response (60) to the input signal (50) Signal unit (10) used. The evaluation unit has a comparator for comparing the signal response (60) with a threshold value (U¶th¶), means for determining a transit time between reaching the threshold value (U¶th¶) and a corresponding point in time of the input signal, and means for Determination and / or evaluation of the analog measured variable from the determined transit time and the essentially known electrical characteristic of the measuring circuit (20).
Description
Dia vorliegende Erfindung betrifft die Ermittlung und/oder Auswertung einer analogen Messgröße, wie Temperatur, Kraft, Druck oder Weg, die auf ein elektronisches Messelement wirkt.The present invention relates to the determination and / or Evaluation of an analog measured variable, such as temperature, force, Pressure or displacement on an electronic measuring element acts.
Für die Ermittlung und/oder Auswertung derartiger analoger Messgrößen werden diese typischerweise zunächst mit einem Sensor als elektronisches Messelement erfasst, über einen Analog-/Digitalwandler digitalisiert und anschließend digital weiter verarbeitet.For the determination and / or evaluation of such analog These are typically initially measured with a Sensor recorded as an electronic measuring element, via a Digitized analog / digital converter and then digitally processed.
Eine Alternative hierzu stellt die Verwendung von spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO) dar, wie dies beispielsweise in der Offenlegungsschrift der DE-A-44 08 898 beschrieben ist.An alternative to this is the use of voltage controlled oscillators (VCO) like this for example in the published patent application DE-A-44 08 898 is described.
Der vorliegenden Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, analoge Messgrößen, wie Temperatur, Kraft, Druck oder Weg, zu bestimmen und/oder zu ermitteln.The present invention also has the object based on analog measurement variables such as temperature, force, pressure or way to determine and / or determine.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen zur Ermittlung und/oder Auswertung einer analogen Messgröße, wie vorzugsweise Temperatur, Kraft, Druck oder Weg, die auf ein elektronisches Messelement wirkt. Hierfür weist die Vorrichtung eine Schaltungseinheit, die mit dem Messelement zu einer Messschaltung gekoppelt ist, und eine mit der Messschaltung gekoppelten Auswerteeinheit, zur Auswertung einer Signalantwort auf ein die Messschaltung beaufschlagendes Eingangssignal auf. Die Messschaltung hat eine nicht- lineare elektrische Charakteristik, die in ihrer wesentlichen Charakteristik bekannt ist. Die Auswerteeinheit weist ferner Mittel zur Überprüfung der Signalantwort auf Erreichen eines Schwellwertes, Mittel zur Ermittlung einer Laufzeit zwischen dem Erreichen des Schwellwertes und einem korrespondierenden Zeitpunkt des Eingangssignals, und Mittel zur Ermittlung und/oder Auswertung der analogen Messgröße aus der ermittelten Laufzeit und der im Wesentlichen bekannten elektrischen Charakteristik der Messschaltung auf.With the present invention an apparatus created to determine and / or evaluate a analog measured variable, such as preferably temperature, force, Pressure or displacement on an electronic measuring element acts. For this, the device has a Circuit unit with the measuring element to a Measuring circuit is coupled, and one with the measuring circuit coupled evaluation unit, for evaluating a Signal response to a measuring circuit Input signal on. The measuring circuit has a non- linear electrical characteristic that in their essential characteristic is known. The Evaluation unit also has means for checking the Signal response to reaching a threshold, means for Determination of a term between reaching the Threshold value and a corresponding point in time of Input signal, and means for determining and / or Evaluation of the analog measured variable from the determined Runtime and the essentially known electrical Characteristic of the measuring circuit.
Die Erfindung nutzt somit die durch eine nicht-lineare Schaltung bewirkte Signalveränderung und -verzögerung, um hieraus auf die Messgröße zurück zu schließen. Dabei wird durch einfache Schwellwertbildung eine Verzögerungszeit gegenüber dem Eingangssignal ermittelt. Die Verzögerungszeit wiederum ist abhängig von den tatsächlichen Werten der Schaltungselemente, so dass umgekehrt aus der Verzögerungszeit bei bekannter Charakteristik die tatsächlichen Werte der Schaltungselemente ermittelt werden können.The invention thus uses the non-linear Circuit caused signal change and delay to from this to conclude the measured variable. Doing so a delay time through simple threshold value formation compared to the input signal. The Delay time in turn depends on the actual values of the circuit elements so that vice versa from the delay time with known Characteristic the actual values of the Circuit elements can be determined.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der korrespondierende Zeitpunkt des Eingangssignals durch eine Flanke des Eingangssignals bestimmt, vorzugsweise wenn das Eingangssignal ein digitales Signal ist. Derartige Signalflanken erlauben ein einfaches und sicheres Zuordnen eines definierten Anfangszeitpunkaes auf den die Verzögerungszeit sich beziehen kann.In a preferred embodiment, the corresponding time of the input signal by a Edge of the input signal determined, preferably if that Input signal is a digital signal. such Signal edges allow simple and safe assignment a defined starting time to which the Delay time can relate.
Die Messschaltung ist bevorzugt eine RC-Schaltung oder eine RL-Schaltung jeweils ersten Grades. Hierdurch kann der Schaltungs- und Auswerteaufwand möglichst einfach und gering gehalten werden.The measuring circuit is preferably an RC circuit or a RL circuit of the first degree. This allows the Circuit and evaluation effort as simple and be kept low.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Ermittlung und/oder
Auswertung einer analogen Messgröße, wie vorzugsweise
Temperatur, Kraft, Druck oder Weg, die auf ein
elektronisches Messelement wirkt, wobei das Messelement mit
einer Schaltungseinheit zu einer Messschaltung gekoppelt
ist, und die Messschaltung eine nicht-lineare elektrische
Charakteristik aufweist, die im Wesentlichen bekannt ist;
mit den Schritten:
According to the invention, the determination and / or evaluation of an analog measurement variable, such as preferably temperature, force, pressure or displacement, which acts on an electronic measurement element, the measurement element being coupled to a circuit unit for a measurement circuit, and the measurement circuit being a non-linear one has electrical characteristic that is essentially known; with the steps:
- - Überprüfung einer Signalantwort auf ein die Messschaltung beaufschlagendes Eingangssignal auf Erreichen eines Schwellwertes,- Checking a signal response to the Input circuit acting on the measuring circuit Reaching a threshold value,
- - Ermittlung einer Laufzeit zwischen dem Erreichen des Schwellwertes und einem korrespondierenden Zeitpunkt des Eingangssignals, und- Determining a term between reaching the Threshold value and a corresponding point in time of Input signal, and
- - Ermittlung und/oder Auswertung der analogen Messgröße aus der ermittelten Laufzeit und der im Wesentlichen bekannten elektrischen Charakteristik der Messschaltung.- Determination and / or evaluation of the analog measured variable from the determined term and essentially known electrical characteristic of the measuring circuit.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist auf ein elektronisches Messelement, auf das die Messgröße wirkt und eine Schaltungseinheit, die mit dem Messelement zu einer Messschaltung gekoppelt ist. Die Messschaltung hat eine nicht-lineare elektrische Charakteristik, die in ihrer wesentlichen Charakteristik bekannt ist. Eine Signaleinheit ist vorgesehen zur Beaufschlagung der Messschaltung mit einem Eingangssignal, und eine mit der Messschaltung gekoppelten Auswerteeinheit wird zur Auswertung einer Signalantwort auf das Eingangssignal von der Signaleinheit herangezogen. Dabei weist die Auswerteeinheit einen Vergleicher zum Vergleichen der Signalantwort mit einem Schwellwert, Mittel zur Ermittlung einer Laufzeit zwischen dem Erreichen des Schwellwertes und einem hierzu korrespondierenden Zeitpunkt des Eingangssignals, und Mittel zur Ermittlung und/oder Auswertung der analogen Messgröße aus der ermittelten Laufzeit und der im Wesentlichen bekannten elektrischen Charakteristik der Messschaltung auf.Another preferred embodiment of the invention has on an electronic measuring element on which the measured variable acts and a circuit unit that with the measuring element is coupled to a measuring circuit. The measuring circuit has a non-linear electrical characteristic that in their essential characteristic is known. A signal unit is intended to be loaded with the measuring circuit an input signal, and one with the measurement circuit coupled evaluation unit is used to evaluate a Signal response to the input signal from the signal unit used. The evaluation unit has one Comparator for comparing the signal response with a Threshold, means for determining a runtime between reaching the threshold value and one for this corresponding time of the input signal, and Means for determining and / or evaluating the analog Measured variable from the determined runtime and the in Mainly known electrical characteristics of the Measuring circuit on.
Das Eingangssignal ist bevorzugt ein Sprung- oder pulsförmiges Eingangssignal, vorzugsweise ein digitales oder im Wesentlichen rechteckförmiges Signal, und der korrespondierende Zeitpunkt wird entsprechend von einer Flanke des Eingangssignals abgeleitet.The input signal is preferably a jump or pulse-shaped input signal, preferably a digital one or substantially rectangular signal, and the the corresponding point in time will be accordingly Edge of the input signal derived.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt nicht zuletzt in der Einfachheit der Messanordnung. In vielen Regelungselektroniken werden bereits Bestandteile verwendet, die die erfindungsgemäße Signalauswertung noch gleich "mit erledigen" können, so dass im einfachsten Fall lediglich neben dem Sensor ein zusätzliches Bauteil für die Beschaltung des Sensors benötigt wird. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von programmierbaren Logikbausteinen (Programmable Logic Device - PLD).The advantage of the present invention is not least in the simplicity of the measurement setup. In many Control electronics are already becoming components used, the signal evaluation according to the invention still can "do with" right away, so in the simplest case just an additional component for the sensor Wiring of the sensor is required. this applies especially when using programmable Logic blocks (Programmable Logic Device - PLD).
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt bei der Überwachung von Servoantrieben oder anderen Antriebstechnologien (z. B. Asynchronmaschinen, Bürstenmotoren, Schrittmotoren in Verbindung mit der jeweiligen Ansteuerungselektronik, Synchronmotoren).A particularly advantageous application of the invention lies when monitoring servo drives or others Drive technologies (e.g. asynchronous machines, Brush motors, stepper motors in connection with the respective control electronics, synchronous motors).
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention result from the following description more preferred Exemplary embodiments and with reference to the drawings; this show in:
Fig. 1A zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung für eine Schaltungsweise mit je einem Eingang und Ausgang. Fig. 1A shows a preferred embodiment of the invention for a circuit with one input and one output.
Fig. 1B-1D stellen den Verlauf der Signale in der Schaltung nach Fig. 1A dar. Fig. 1B-1D show the progression of the signals in the circuit of Fig. 1A represents.
Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung für eine Schaltungsweise mit kombiniertem Ein- und Ausgang. Fig. 2 shows a further preferred embodiment of the invention for a circuit with a combined input and output.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung für eine Schaltungsweise mit je einem Eingang und Ausgang weist einen programmierbaren Logikbaustein (Programmable Logic Device - PLD) 10 und eine damit gekoppelte Messschaltung 20 auf. In dem Beispiel nach Fig. 1 besteht die Messschaltung 20 aus einem Verzögerungsglied aus einem temperaturabhängigen Widerstand 30 und einer Referenzkapazität 40.The embodiment of the invention shown in FIG. 1 for a circuit with one input and one output each has a programmable logic module (Programmable Logic Device - PLD) 10 and a measuring circuit 20 coupled to it. In the example according to FIG. 1, the measuring circuit 20 consists of a delay element made of a temperature-dependent resistor 30 and a reference capacitance 40 .
Im Betriebszustand zur Bestimmung der Temperatur an dem Widerstand 30 wird die Messschaltung 20 von dem PLD 10 entweder mit einem Puls (für eine einmalige Messung) oder einem Rechtecksignal (für eine kontinuierliche Messung) beaufschlagt, in Fig. 1 durch ein Eingangssignal 50 dargestellt. Durch die Referenzkapazität 40 weist die Messschaltung 20 eine nicht-lineare elektrische Charakteristik auf, wodurch auf das Eingangssignal 50 hin eine Signalantwort 60 resultiert, die durch die nicht- lineare elektrische Charakteristik entsprechend geprägt und gegenüber dem Eingangssignal 50 verformt ist.In the operating state for determining the temperature at the resistor 30 , the PLD 10 either applies a pulse (for a single measurement) or a square-wave signal (for a continuous measurement) to the measurement circuit 20 , represented in FIG. 1 by an input signal 50 . Due to the reference capacitance 40 , the measuring circuit 20 has a non-linear electrical characteristic, which results in a signal response 60 to the input signal 50 , which is correspondingly shaped by the non-linear electrical characteristic and is deformed with respect to the input signal 50 .
Die Signalantwort 60 wird von dem PLD 10 empfangen und digitalisiert, wobei die Signalantwort 60 mit entsprechenden Schwellwerten, wie einem oberen und/oder einem unteren Schwellwert, abgetastet wird.The signal response 60 is received and digitized by the PLD 10 , the signal response 60 being sampled with corresponding threshold values, such as an upper and / or a lower threshold value.
Die Fig. 1B-1D stellen den Verlauf der Signale in der Schaltung nach Fig. 1A dar. Zum einem Zeitpunkt T0 geht das Eingangssignal 50 von einem niedrigen Niveau (hier: 0) auf ein höheres Niveau (hier: U0) über, was einer Sprungfunktion entspricht. Die Spannung an der Referenzkapazität 40 folgt der Sprungfunktion, jedoch zeitlich verzögert durch die Nicht-Linearität der Referenzkapazität 40, wobei bekanntermaßen der zeitliche Verlauf der Signalantwort 60 durch die aus den Werten des Widerstandes 30 und der Kapazität 40 gebildeten Zeitkonstante τ bestimmt wird. Fig. 1C zeigt beispielhaft den Verlauf der Signalantwort 60. ... Figures 1B-1D show the progression of the signals in the circuit of Figure 1A is to a time T 0 is the input signal 50 from a low level (here, 0) to a higher level (here: U 0) on, which corresponds to a step function. The voltage on the reference capacitance 40 is followed by the step function, but delayed in time by the non-linearity of the reference capacitance 40, wherein known to the timing of the signal response 60 is determined time constant formed by the from the values of the resistor 30 and the capacitance 40 τ. Fig. 1C shows an exemplary waveform of the signal response 60th
Zu einem Zeitpunkt T1 erreicht der Wert der Signalantwort 60 einen vorgegebenen Schwellwert Uth. Je nach Schaltungsanwendung kann der PLD 10 dann als Ausgabe ein über den Schwellwert Uth digitalisiertes Ausgangssignal, wie in Fig. 1D angedeutet, ausgeben.At a time T 1 , the value of the signal response 60 reaches a predetermined threshold value U th . Depending on the circuit application, the PLD 10 can then output as an output an output signal digitized via the threshold value U th , as indicated in FIG. 1D.
Obwohl in den Fig. 1B-D nicht explizit dargestellt, ist jedoch klar, dass durch Vorsehen eines weiteren, unteren Schwellwertes ebenfalls auch die Signalantwort 60 für eine negative Flanke des Eingangssignals 50 abgetastet werden kann.Although not explicitly shown in FIGS. 1B-D, but it is clear that the signal response can be scanned 60 for a negative edge of the input signal 50 by providing a further, even lower threshold value also.
Aus der zeitlichen Differenz Δt zwischen den Zeitpunkten T1 und T0 zusammen mit dem Verhältnis von Uth zu U0 kann aus der bekannten Charakteristik der Messschaltung 20 der augenblickliche Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstand 30 und daraus der augenblickliche Temperaturwert an dem Widerstand 30 ermittelt werden. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Beschaltung durch den PLD 10 erfolgen.From the time difference Δt between the times T 1 and T 0 together with the ratio of U th to U 0 , the instantaneous resistance value of the temperature-dependent resistor 30 and the instantaneous temperature value at the resistor 30 can be determined from the known characteristic of the measuring circuit 20 . This can be done, for example, by a corresponding circuitry by the PLD 10 .
Die Genauigkeit der Messung kann durch die Toleranz der Einzelkomponenten der Messschaltung 20 sowie durch den Schwellwert Uth der Detektionsschwelle beeinflusst werden. So kann die Genauigkeit der Schaltung durch den Einsatz eines Schwellwertschalters mit definiertem Schwellwert in der Rückführung sowie durch den Einsatz einer Messschaltung 20 mit Einzelkomponenten geringer Toleranz erhöht werden.The accuracy of the measurement can be influenced by the tolerance of the individual components of the measuring circuit 20 and by the threshold value U th of the detection threshold. The accuracy of the circuit can be increased by using a threshold switch with a defined threshold value in the feedback and by using a measuring circuit 20 with individual components with low tolerance.
Es ist ohne weiteres ersichtlich und bedarf keiner ausführlichen Darlegung, dass an Stelle der in Fig. 1A dargestellten Messschaltung 20 auch jede beliebige andere Schaltung mit nicht-linearer Charakteristik verwendet werden kann. Dabei kann die Nicht-Linearität aus dem eigentlichen Sensor 30 (in Fig. 1A: der temperaturabhängige Widerstand 30), dessen Beschaltung 40 (in Fig. 1A: die Referenzkapazität 40) sowie aus deren Kombination resultieren.It is readily apparent and does not require any detailed explanation that any other circuit with a non-linear characteristic can be used instead of the measuring circuit 20 shown in FIG. 1A. The non-linearity can result from the actual sensor 30 (in FIG. 1A: the temperature-dependent resistor 30 ), its wiring 40 (in FIG. 1A: the reference capacitance 40 ) and from their combination.
Als Sensor 30 kann jede elektrische Komponente dienen, aus deren Verlauf auf eine analoge Messgröße, wie beispielsweise Temperatur, Kraft, Druck oder Weg, zurück geschlossen werden kann. Hierzu eignen sich neben temperaturabhängigen Widerständen insbesondere auch Kapazitäten oder Induktanzen, bei denen typischerweise der Wert der Kapazität/Induktivität durch die anliegende Kraft, den Druck oder die Wegauslenkung variiert werden kann. Any electrical component can be used as the sensor 30 , the course of which can be used to infer an analogue measurement variable, such as temperature, force, pressure or displacement. In addition to temperature-dependent resistors, capacitors or inductances are particularly suitable for this purpose, in which typically the value of the capacitance / inductance can be varied by the applied force, the pressure or the displacement.
Die Beschaltung 40 kann entsprechend des verwendeten Typus des Sensors 30 auf diesen angepasst werden, um so den zeitlichen Verlauf für die Signalantwort 60 zu beeinflussen. Um den Grad der Nicht-Linearität der Beschaltung 40 gering zu halten, kann so ein induktiver oder kapazitiver Sensor 30 beispielsweise mit einem oder mehreren ohmschen Widerständen beschaltet werden. Umgekehrt kann ein ohmschen Sensor 30, wie in Fig. 1A dargestellt, mit einer Kapazität oder Induktivität beschaltet werden.The circuit 40 can be adapted to the type of sensor 30 used in order to influence the time profile for the signal response 60 . In order to keep the degree of non-linearity of the circuit 40 low, an inductive or capacitive sensor 30 can, for example, be connected to one or more ohmic resistors. Conversely, an ohmic sensor 30 , as shown in FIG. 1A, can be connected to a capacitance or inductance.
Es ist weiter zu verstehen, dass an Stelle der oben dargestellten absoluten Bestimmung der Messgröße aus den bekannten Werten der Elemente der Schaltung 20 auch ein relative Bestimmung erfolgen kann. Hierzu muss zunächst die prinzipielle Charakteristik der Schaltung 20 bekannt sein, also beispielsweise eine RC-Reihenschaltung wie in Fig. 1A gezeigt. Durch mindestens einen bekannten Wert der Messgröße kann die Signalauswertung dann kalibriert werden. So kann beispielsweise in Fig. 1A die Zeitkonstante τ der RC-Reihenschaltung 20 bei einem bekannten Temperaturwert und bei einer bekannten Beziehung zwischen dem Widerstandswert und der Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands 30 ermittelt werden.It is further to be understood that instead of the absolute determination of the measured variable shown above, a relative determination can also be made from the known values of the elements of the circuit 20 . For this purpose, the basic characteristic of the circuit 20 must first be known, for example an RC series circuit as shown in FIG. 1A. The signal evaluation can then be calibrated using at least one known value of the measured variable. For example, in FIG. 1A, the time constant τ of the RC series circuit 20 can be determined at a known temperature value and with a known relationship between the resistance value and the temperature of the temperature-dependent resistor 30 .
Durch geeignete Wahl des Verhältnisses Uth zu U0 kann ferner der Auswerteaufwand für den PLD 20 vereinfacht werden. So resultiert beispielsweise in der Schaltung nach Fig. 1A bei einem Verhältnis Uth/U0 = 0,632 der Wert von τ = RC unmittelbar aus der gemessenen Laufzeit.The evaluation effort for the PLD 20 can also be simplified by a suitable choice of the ratio U th to U 0 . For example, in the circuit according to FIG. 1A, with a ratio U th / U 0 = 0.632, the value of τ = RC results directly from the measured transit time.
Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung für eine Schaltungsweise mit kombiniertem Ein- und Ausgang. Anstatt der 3 Anschlüsse wie in Fig. 1A, ist für den PLD 10 lediglich ein Anschluss erforderlich. Das Messglied des temperaturabhängigen Widerstands 30 wird mit dem einen Ende an die Versorgungsspannung und mit dem anderen Ende an die Refererenz-Kapazität 40 angeschlossen. Der PLD 10 greift dabei zwischen den Widerstand 30 und die Kapazität 40, und die Kapazität 40 ist mit ihrem weiteren Ende auf Masse (oder einem anderen Niveau) gelegt. Fig. 2 shows a further preferred embodiment of the invention for a circuit with a combined input and output. Instead of the 3 connections as in FIG. 1A, only one connection is required for the PLD 10 . The measuring element of the temperature-dependent resistor 30 is connected at one end to the supply voltage and at the other end to the reference capacitance 40 . The PLD 10 thereby reaches between the resistor 30 and the capacitance 40 , and the capacitance 40 is connected to ground (or another level) with its further end.
Im Betriebszustand schließt der PLD 10 zunächst den Widerstand 30 und die Kapazität 40 auf Masse, indem der Anschluss des PLD 10 als Ausgang mit Masse als Ausgangsspannung definiert wird. Hierdurch wird die Schaltung 20 in einen definierten Anfangszustand gebracht.In the operating state, the PLD 10 first closes the resistor 30 and the capacitance 40 to ground by defining the connection of the PLD 10 as an output with ground as the output voltage. In this way, the circuit 20 is brought into a defined initial state.
Nach einer einstellbaren Wartezeit des PLD 10, in der der Anfangszustand des temperaturabhängigen Widerstands 30 sicher gestellt werden kann, wird der Anschluss des PLD 10 als Eingang definiert, wodurch die Schaltung 20 aktiviert wird. Gemessen wird auch hier die Zeit, die vergeht, bis an dem Anschluss des PLD 10 der entsprechende Spannungswert der vorgegebenen Schwelle (z. B. Uth) anliegt. Die Verzögerungszeit zwischen dem Zeitpunkt der Aktivierung der Schaltung 20 und dem Erreichen der vorgegebenen Schwelle ist wiederum ein Maß für die zu bestimmende Messgröße. Das zu Fig. 1A Gesagte gilt entsprechend auch hier.After an adjustable waiting time of the PLD 10 , in which the initial state of the temperature-dependent resistor 30 can be ensured, the connection of the PLD 10 is defined as an input, whereby the circuit 20 is activated. Here, too, the time that elapses until the corresponding voltage value of the predefined threshold (eg U th ) is present at the connection of the PLD 10 is measured. The delay time between the time the circuit 20 is activated and the predetermined threshold is reached is in turn a measure of the measurement variable to be determined. The statements made in relation to FIG. 1A also apply here accordingly.
Es ist ersichtlich, dass an Stelle des PLD 20 jedes beliebige andere Modul eingesetzt werden kann, das ein Anlegen eines entsprechenden Eingangssignals 50 und ein Auswerten der korrespondierenden Signalantwort 60 erlaubt. Genauso können diese Funktionen auch durch mehrere Einzelmodule oder Schaltungen dargestellt werden.It can be seen that any other module can be used in place of the PLD 20 , which allows the application of a corresponding input signal 50 and an evaluation of the corresponding signal response 60 . In the same way, these functions can also be represented by several individual modules or circuits.
Schließlich ist zu verstehen, dass die hier verwendeten Begriffe wie "prinzipielle" oder "wesentliche Charakteristik" auf ein idealisiertes Verhalten der Schaltung 20 abstellen, bei dem nur gering sich auswirkende Effekte, wie z. B. durch Streukapazitäten und dergleichen, vernachlässigt werden.Finally, it is to be understood that the terms used here, such as “principal” or “essential characteristic”, are based on an idealized behavior of the circuit 20 , in which only minor effects, such as e.g. B. neglected by stray capacities and the like.
Claims (7)
eine Schaltungseinheit (40), die mit dem Messelement (30) zu einer Messschaltung (20) gekoppelt ist, wobei die Messschaltung (20) eine nicht-lineare elektrische Charakteristik aufweist, die in ihrer wesentlichen Charakteristik bekannt ist, und
eine mit der Messschaltung (20) gekoppelten Auswerteeinheit (10), zur Auswertung einer Signalantwort (60) auf ein die Messschaltung (20) beaufschlagendes Eingangssignal (50), wobei die Auswerteeinheit ferner aufweist:
Mittel zur Überprüfung der Signalantwort (60) auf Erreichen eines Schwellwertes (Uth),
Mittel zur Ermittlung einer Laufzeit zwischen dem Erreichen des Schwellwertes (Uth) und einem korrespondierenden Zeitpunkt des Eingangssignals, und
Mittel zur Ermittlung und/oder Auswertung der analogen Messgröße aus der ermittelten Laufzeit und der im Wesentlichen bekannten elektrischen Charakteristik der Messschaltung (20).1. Device ( 10 , 40 ) for determining and / or evaluating an analog measured variable, such as preferably temperature, force, pressure or path, which acts on an electronic measuring element ( 30 ), comprising:
a circuit unit ( 40 ) which is coupled to the measuring element ( 30 ) to form a measuring circuit ( 20 ), the measuring circuit ( 20 ) having a non-linear electrical characteristic which is known in its essential characteristics, and
an evaluation unit ( 10 ) coupled to the measuring circuit ( 20 ) for evaluating a signal response ( 60 ) to an input signal ( 50 ) applied to the measuring circuit ( 20 ), the evaluation unit further comprising:
Means for checking the signal response ( 60 ) for reaching a threshold value (U th ),
Means for determining a transit time between reaching the threshold value (U th ) and a corresponding point in time of the input signal, and
Means for determining and / or evaluating the analog measured variable from the determined transit time and the essentially known electrical characteristic of the measuring circuit ( 20 ).
- a) Überprüfung einer Signalantwort (60) auf ein die Messschaltung (20) beaufschlagendes Eingangssignal (50) auf Erreichen eines Schwellwertes (Uth),
- b) Ermittlung einer Laufzeit zwischen dem Erreichen des Schwellwertes (Uth) und einem korrespondierenden Zeitpunkt des Eingangssignals, und
- c) Ermittlung und/oder Auswertung der analogen Messgröße aus der ermittelten Laufzeit und der im Wesentlichen bekannten elektrischen Charakteristik der Messschaltung (20).
- a) checking a signal response ( 60 ) for an input signal ( 50 ) acting on the measuring circuit ( 20 ) for reaching a threshold value (U th ),
- b) determining a transit time between reaching the threshold value (U th ) and a corresponding point in time of the input signal, and
- c) Determination and / or evaluation of the analog measured variable from the determined transit time and the essentially known electrical characteristic of the measuring circuit ( 20 ).
ein elektronisches Messelement (30), auf das die Messgröße wirkt,
eine Schaltungseinheit (40), die mit dem Messelement (30) zu einer Messschaltung (20) gekoppelt ist, wobei die Messschaltung (20) eine nicht-lineare elektrische Charakteristik aufweist, die in ihrer wesentlichen Charakteristik bekannt ist,
eine Signaleinheit (10) zur Beaufschlagung der Messschaltung (20) mit einem Eingangssignal (50), und
eine mit der Messschaltung (20) gekoppelten Auswerteeinheit (10), zur Auswertung einer Signalantwort (60) auf das Eingangssignal (50) von der Signaleinheit (10), wobei die Auswerteeinheit ferner aufweist:
einen Vergleicher zum Vergleichen der Signalantwort (60) mit einem Schwellwert (Uth),
Mittel zur Ermittlung einer Laufzeit zwischen dem Erreichen des Schwellwertes (Uth) und einem hierzu korrespondierenden Zeitpunkt des Eingangssignals, und
Mittel zur Ermittlung und/oder Auswertung der analogen Messgröße aus der ermittelten Laufzeit und der im Wesentlichen bekannten elektrischen Charakteristik der Messschaltung (20).6. Device ( 10 , 20 ) for determining and / or evaluating an analog measured variable, such as preferably temperature, force, pressure or displacement, comprising:
an electronic measuring element ( 30 ) on which the measured variable acts,
a circuit unit ( 40 ) which is coupled to the measuring element ( 30 ) to form a measuring circuit ( 20 ), the measuring circuit ( 20 ) having a non-linear electrical characteristic which is known in its essential characteristics,
a signal unit ( 10 ) for applying an input signal ( 50 ) to the measuring circuit ( 20 ), and
an evaluation unit ( 10 ) coupled to the measuring circuit ( 20 ) for evaluating a signal response ( 60 ) to the input signal ( 50 ) from the signal unit ( 10 ), the evaluation unit further comprising:
a comparator for comparing the signal response ( 60 ) with a threshold value (U th ),
Means for determining a transit time between reaching the threshold value (U th ) and a corresponding point in time of the input signal, and
Means for determining and / or evaluating the analog measured variable from the determined transit time and the essentially known electrical characteristic of the measuring circuit ( 20 ).
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