DE102005051160B3 - Wandleransteuerung mit LC Filterung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ansteuerung von Ultraschallwandlern in Durchflussmessgeräten, bei welcher der Ultraschallwandler mit einem Sinussignal beaufschlagt wird, wobei der Ultraschallwandler (6) mit einer auf die Frequenz des Sinussignals abgestimmten Resonanzschaltung (8, 10) verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ansteuerung von Ultraschallwandlern in Durchflussmessgeräten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus der DE 100 48 959 C2 ist eine derartige Anordnung bekannt, bei welcher der nicht-invertierende Eingang eines Operationsverstärkers mit einem Sinussignal angesteuert wird, während mit dem invertierenden Eingang wahlweise über einen Umschalter einer von zwei Ultraschallwandlern verbunden werden kann.
• Die US 4 434 669 betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung und zum Empfang von Ultraschall zur Messung des Blutflusses. Hierbei werden eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern mit Signalen eines veränderbaren Frequenzoszillators beaufschlagt, derart, dass bei einer besonderen Frequenz der Oszillator ein Signal bei dieser Frequenz an den Wandler übermittelt und der Wandler sich bei der Abgabe des Schalls im Resonanzzustand befindet.
• Die EP 1 396 708 A2 betrifft eine Sende- und Empfangsschaltung für einen Ultraschall-Durchflussmesser, bei dem von einer Generatorsteuereinheit das Ansteuersignal über je ein sog. Tristate-Gatter dem jeweiligen Wandler zugeführt wird. Bei dieser Anordnung befindet sich zwischen dem jeweiligen Wandler und der Generatorsteuereinheit ebenfalls keine Resonanzschaltung. Die Tristate-Gatter dienen lediglich als Schaltmittel. Das Ansteuersignal kommt ohne Beeinträchtigung dessen Form entlang dessen Übertragungsweg von der Generatorsteuereinheit zum Wandler an.
• Bei einer Wandleransteuerung aus einem Digitalbaustein besteht jedoch das Problem, dass die Erzeugung eines Sinussignals auf digitalem Wege sehr aufwändig ist. Bei einer Ansteuerung des Wandlers mit einem Rechtecksignal stören andererseits die Oberwellenanteile, die den Wandler gleichzeitig anregen und somit von ihm mit übertragen werden, so dass Verfälschungen des Messsignals auftreten. Außerdem ist die Ansteuerung eines solchen Wandlers mit einem Signal, dass einen Gleichspannungsanteil enthält, unerwünscht, was bei kurzen Bursts der Fall ist, da ein ruhendes Signal typischerweise einen Mittelwert bei einer der Betriebsspannungsgrenzen hat und der Mittelwert des Burstssignals zwischen den Betriebsspannungsgrenzen liegt, so dass hier eine Sprungfunktion überlagert ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Ansteuerung von Ultraschallwandlern in Durchflussmessgeräten zu beschaffen, welche sowohl kostengünstig ist als auch den Wandlerbetrieb mit nur geringen Messfehlern erlaubt.
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Vorzugsweise lässt sich gemäß der Erfindung bei einer Ansteuerung von Ultra schallwandlern aus einem Digitalbaustein heraus mit Hilfe einer Resonanzschaltung, vorzugsweise in Form eines LC-Schwingkreises, sowohl eine Filterung des ansteuernden Sinussignals wie auch eine Gleichspannungsunterdrückung erreichen.
• Vorteilhaft ist bei der Erfindung insbesondere die Herausfilterung von Oberwellen aus dem Ansteuersignal, ferner die Unterdrückung von Gleichspannungskomponenten am Wandler durch Parallelschaltung der Schwingkreisspule. Weiterhin lässt sich die Effizienz des Übertragungsweges verbessern, weil die Kapazität des Zuleitungskabels zum Wandler wie auch des Wandlers selbst bei der Berechnung des LC-Gliedes berücksichtigt werden kann. Infolge der Filterwirkung des LC-Gliedes lässt sich auch das Rauschverhalten und somit die Güte des Empfangssignals wesentlich verbessern.
• Die Erfindung sei nun anhand der Darstellungen von Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert.
• Es zeigen
• 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die mit dem Ultraschallwandler verbundene Resonanzschaltung als Parallelschwingkreis ausgebildet ist,
• 2 ein Ausführungsbeispiel der Resonanzschaltung als Reihenschwingkreis und
• 3 ein Beispiel für die wahlweise Anschaltung der als Parallelschwingkreis ausgebildeten Resonanzschaltung an jeweils einen von mehreren Ultraschallwandlern.
• Gemäß 1 liefert ein Verstärker 2 an seinem Ausgang ein Ansteuersignal über einen Vorwiderstand 4 an einen Ultraschallwandler 6 und parallel zu diesem Ultraschallwandler liegt eine Resonanzschaltung in Form eines LC-Parallelschwingkreises mit einer Induktivität 8 und einer Kapazität 10. Dieser Schwingkreis filtert aus dem über den Vorwiderstand 4 gelieferten Signal eine seiner Resonanzfrequenz entsprechende Sinusschwingung heraus, die dann als Ansteuersignal am Ultraschallwandler 6 liegt, während Oberwellen des Sinussignals abgeleitet und vom Wandler 6 ferngehalten werden. Der geringe ohmsche Widerstand der die Induktivität 8 bildenden Spule stellt praktisch einen Kurzschluss für Gleichspannungskomponenten des Ansteuersignals über den Wandler 6 dar, so dass dieser erwünschtermaßen nur mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt wird.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gem. 2 ist die Resonanzschaltung als Reihen-LC-Schwingkreis ausgebildet, dessen Induktivität 8 wiederum parallel zum Ultraschallwandler 6 liegt, während die Kapazität 10 ebenso wie der Vorwiderstand 4 in der Zuleitung für das Ansteuersignal liegt. Auch dieser Reihenschwingkreis filtert das gewünschte Sinussignal zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers 6 aus dem Ansteuersignal heraus, während unerwünschte Oberwellen unterdrückt werden.
• Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 zeigt eine Möglichkeit der Mehrfachausnutzung ein und desselben Schwingkreises 8, 10 für mehrere Ultraschallwandler 6a, 6b mit Hilfe eines Umschalters 12. Je nach dessen Stellung ist der Schwingkreis 8, 10 an den Wandler 6a oder an den Wandler 6b geschaltet. Auf diese Weise lassen sich eine Spule und ein Kondensator einsparen und gleichzeitig die Trennung zwischen den beiden Wandlern verbessern. Außerdem verbessert sich die Symmetrie zwischen den beiden Wandlern, da sie beide denselben Schwingkreis benutzen.
• Wenn der Verstärker 2 einen ausreichend hohen Ausgangswiderstand hat, kann der Vorwiderstand 4 ggf. eingespart werden.

2

Verstärker

4

Vorwiderstand

6

Ultraschallwandler

8

Induktivität

10

Kapazität

12

Umschalter

Claims (6)

1. Anordnung zur Ansteuerung eines Ultraschallwandlers in einem Durchflussmessgerät mit einem digitalen Baustein, der ein rechteckiges Ansteuersignal zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (6) mit einer auf die Frequenz des Sinussignals abgestimmten Resonanzschaltung (8, 10) verbunden ist, die sich zwischen dem digitalen Baustein und dem Ultraschallwandler (6) befindet, so dass durch Filterung und Gleichspannungsunterdrückung des rechteckigen Ansteuersignals der Ultraschallwandler (6) mit einem Sinussignal beaufschlagbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzschaltung (8, 10) durch einen LC-Schwingkreis gebildet wird, zu dessen Induktivität (8) der Ultraschallwandler (6) parallel geschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis als Parallelschwingkreis (8, 10) ausgebildet ist, zu dem der Ultraschallwandler (6) parallel liegt.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis als Reihenschwingkreis (8, 10) ausgebildet ist, zu dessen Induktivität (8) der Ultraschallwandler (6) parallel liegt und dessen Kapazität (10) in der Zuleitung zur Ansteuerschaltung (2) liegt.
5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in der Zuleitung zur Ansteuerschaltung (2) angeordneten Vorwiderstand (4).
6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere separat angesteuerte Ultraschallwandler (6a, 6b), die über einen Umschalter (12) wahlweise mit ein und demselben Schwingkreis (8, 10) verbunden werden können.