DE102006005835A1

DE102006005835A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung, insbesondere für motorisch verstellbare Möbel, sowie Messverstärker und Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102006005835A1
Application number: DE200610005835
Authority: DE
Inventors: Walter Koch; Mario Schenk
Original assignee: Logicdata Electronic and Software Entwicklungs GmbH
Current assignee: Logicdata Electronic and Software Entwicklungs GmbH
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-16
Also published as: WO2007090643A3; WO2007090643A2; EP1984701A2

Abstract

Die Erfindung schlägt eine Schaltungsanordnung, insbesondere für motorisch verstellbare Möbel, vor, mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (3) zur Verarbeitung eines Sensorsignals (7) und mit einer Kalibrierungseinrichtung (2, 3, 4), die die Signalverarbeitungseinrichtung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt mittels eines Steuersignals (10) auf einen vorgegebenen Wert abgleicht. Bei dem Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung wird ein Steuersignal erzeugt, das eine Kalibrierungseinrichtung aktiviert, die ein mit einem Sensorsignal abgleichbares Kalibrierungssignal erzeugt. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden Messverstärker und eine entsprechende Sensoranordnung.

Description

Schaltungsanordnung und Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung, insbesondere für motorisch verstellbare Möbel, sowie Messverstärker und Sensoranordnung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung, insbesondere für motorisch verstellbare Möbel, sowie einen Messverstärker und eine Sensoranordnung.

Motorisch verstellbare Möbel finden zunehmend Eingang insbesondere bei der Gestaltung von Arbeitsplätzen, um eine einfache und ergonomische Anpassung an unterschiedliche Verhältnisse zu gewährleisten. Beispielsweise sind Arbeitstische in der Höhe oder in sonstiger Weise mittels eines Motors und einer entsprechenden Steuereinrichtung verstellbar. Die Steuereinrichtung eines elektrischen Motors muss allerdings einerseits präzise arbeiten und andererseits ausgelegt sein, um beim Auftreten eines Fehlers oder Hindernisses im Verstellweg des Arbeitstisches oder eines seiner Antriebsteile den Motor abzuschalten oder zumindest vor Überlastung zu schützen. In keinem Fall darf das Hindernis beschädigt oder gequetscht werden bzw. eventuell sogar eine Person verletzt werden.

Ähnliche Situationen können bei anderen motorisch betriebenen Anwendungen auftreten, beispielsweise in der Automobiltechnik, wo Quetschkräfte bei motorisch betriebenen Seiten- oder Dachfenstern auftreten können.

Das Auftreten eines Fehlers oder eines Hindernisses beim Betrieb eines Motors wirkt sich auf die Betriebsparameter des Motors aus, die mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren erfasst werden können. Beispielhaft kann das Motordrehmoment mittels eines Torsionssensors, z.B. über Dehnmessstreifen, oder mittels eines mit der Motorabstützung gekoppelten Drucksensors erfasst werden. Die Motorbelastung kann zudem durch eine Messung des Motorstroms erfasst werden. Eine Annäherung an ein Hindernis kann auch unabhängig von den Motorparametern, beispielsweise mit Hilfe von Ultraschallsensoren oder optischen Sensoren detektiert werden.

Sensoranordnungen benötigen üblicherweise einen Messverstärker mit einer Verarbeitungseinrichtung für das von dem verwendeten Sensor erzeugte Sensorsignal. Das Sensorsignal ist meistens ein analoges elektrisches Signal und entspricht der von dem Sensor erfassten physikalischen Größe wie Druck, Temperatur, Dehnung usw. Die Verarbeitungseinrichtung bereitet dieses Sensorsignal so auf, dass es von der Betriebsschaltung analog oder digital verwertet werden kann. Um eine hohe Sensibiltät der Sensoranordnung zu erreichen, muss die Verarbeitungseinrichtung üblicherweise hohen Anforderungen an Genauigkeit und Verstärkung nachkommen.

Andererseits unterliegen die Sensoranordnungen besonderen Einflüssen wie Drift, Offset, Temperatur, Materialalterung oder sonstigen Einflüssen.

Um möglichst konstante Mess- und Verarbeitungsbedingungen für ein Sensorsignal zu schaffen, werden einerseits hochgenaue aktive und passive Bauelemente wie Operationsverstärker und Kondensatoren oder Widerstände eingesetzt. Andererseits lässt sich ein zumindest gelegentlicher manueller Abgleich der Sensoranordnung nicht umgehen. Sensoranordnungen sind deshalb teuer und in der Handhabung umständlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, die kostengünstig herstellbar bzw. betreibbar sind und/oder zuverlässig arbeiten. Ferner soll eine Sensoranordnung einfach zu handhaben sein. Außerdem sollen ein entsprechend kostengünstiger Messverstärker sowie eine Sensoranordnung angegeben werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen mit einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines Sensorsignals und mit einer Kalibrierungseinrichtung, die die Signalverarbeitungseinrichtung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt mittels eines Steuersignals auf einen vorgegebenen Wert abgleicht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei bestimmten Systemen, z.B. bei bestimmten Anwendungen motorischer Antriebe, keine absolute Messgenauigkeit einer darin verwendeten Sensoranordnung notwendig ist. Vielmehr ist es ausreichend, ausgehend von einem Ausgangszustand zu einem bestimmten Zeitpunkt, eine relative Änderung des Systems bzw. eine relative Änderung einer physikalischen Größe mit der Sensoranordnung zu erfassen. Diese Systeme bzw. Anwendungen haben vor Allem die übereinstimmende Eigenschaft, dass eine Aktivierung nur für kurze Zeit erfolgt und danach nicht mehr benötigt wird. Beispielsweise wird der Antriebsmotor eines verstellbaren Arbeitstisches nur für kurze Zeit aktiviert und muss entsprechend nur in dem Zeitraum seiner Aktivierung überwacht werden. Gleiches gilt für eine Fensterverstellung oder Sitzverstellung, z.B. bei einem Automobil.

Vor oder gleichzeitig mit der Aktivierung des Systems wird deshalb mittels eines Steuersignals eine Kalibrierung der Signalverarbeitungseinrichtung der Sensoranordnung durchgeführt. Kalibrierung heißt, dass der Nullpunkt und/oder die Verstärkung der Sensoranordnung auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Jede Messung nach der Kalibrierung erfolgt deshalb mit optimierten Parametern. Während der typischen Aktivierungszeit des Systems bzw. des Sensors im Bereich von etlichen Sekunden bis zu etlichen Minuten unterliegen die so ermittelten Parameter keinen oder allenfalls geringen Änderungen.

Dadurch wird es möglich, an die absolute Genauigkeit bzw. die Langzeittoleranzen der einzelnen aktiven und passiven elektrischen Bauelemente geringere Anforderungen zu stellen. Aus diesem Grund können einfachere und kostengünstigere Bauelemente verwendet werden. So können Operationsverstärker mit relativ toleranten Drift- und Offset-Eigenschaften eingesetzt werden sowie passive Bauelemente mit vergleichsweise hohen Toleranzen. Durch die Verwendung günstiger Bauelemente lässt sich die Schaltungsanordnung bzw. die gesamte Sensoranordnung kostengünstig herstellen.

Die Erfindung hat den besonderen Vorteil, dass die Kalibrierung sich nicht nur auf das Sensorsignal bezieht, sondern bestimmte parasitäre Eigenschaften, z.B. den Offset, der nachfolgenden Signalverarbeitungseinrichtung mit umfasst.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kalibrierungseinrichtung eine Rückkopplungseinrichtung zum automatischen Abgleich der Schaltungsanordnung enthält. Die automatisch gesteuerte Kalibrierung ermöglicht auf besonders vorteilhafte Weise eine einfache und fehlerfreie Handhabung. Der Abgleich kann automatisch beim Anlegen des Steuersignals, also zu einem optimalen Betriebszeitpunkt, erfolgen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung stellt die Kalibrierungseinrichtung ein Kalibrierungssignal als Stellsignal bereit, das in der Signalverarbeitungseinrichtung, dem Messverstärkerzweig, mit dem Sensorsignal verglichen wird. Das Sensorsignal dient bei der Kalibrierung als Referenzsignal. Das Kalibrierungssignal wird mit der Kalibrierungseinrichtung so eingestellt, dass vorgegebene Kalibrierungswerte erfüllt werden. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die Sensoranordnung beispielsweise auf einen Nullwert abzugleichen oder aber den Nullwert zu unterdrücken und den Abgleichwert an einem anderen Arbeitspunkt festzulegen. So lässt sich bei gleich bleibendem Bereich bzw. Hub des Ausgangssignalwertes eine hohe Sensitivität bzw. Auflösung der Sensoranordnung erreichen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Kalibrierungssignal ein Analogsignal. Dadurch kann das Kalibrierungssignal ohne eitere Maßnahmen direkt mit dem Sensorsignal verglichen werden. In vorteilhafter Weise können das analoge Kalibrierungssignal und das analoge Sensorsignal in einer Brückenschaltung als Messsignale jeweils eines Halbbrückenzweiges ausgebildet sein. Die Kalibrierung der Sensoranordnung entspricht dann dem Abgleich einer Brückenschaltung und ist deshalb einfach und gleichzeitig präzise.

Gemäß einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Kalibrierungssignal pulsbreitenmoduliert oder pulsfrequenzmoduliert sein, so dass die Einstellung der Höhe des Effektivwerts des analogen Kalibrierungssignals wertes mit digitalen Steuermitteln erfolgen kann.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Signalverarbeitungseinrichtung eine Filtereinrichtung. Damit wird es mit Vorteil möglich, das Nutzsignal von Störsignalen zu trennen, wodurch auch bei geringen Sensorsignalen ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis möglich wird.

Es ist in einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Filtereinrichtung eine Tiefpassfilteranordnung enthält. Dadurch wird es in einfacher Weise möglich, das modulierte Kalibrierungssignal in ein Gleichsignal zu überführen. Als Tiefpassfilter können Filter erster oder höherer Ordnungen vorgesehen sein.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kalibrierungseinrichtung getrennte Anordnungen einerseits für den Nullpunktabgleich und andererseits für die Verstärkung des Messverstärkers enthält. Auf diese Weise eine iterationsfreie Kalibrierung möglich, was eine besonders schnelle Kalibrierung ermöglicht.

Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft verwirklichen, wenn die Kalibrierungseinrichtung einen Mikrorechner (Mikrocontroller) enthält. Der Mikrorechner umfasst einen analogen oder digitalen Komparator, der das abzugleichende Signal mit einem vorgegebenen Wert vergleicht. Es kann auch ein Analog-zu-Digital-Wandler vorgesehen sein, der das analoge Ausgangssignal der Schaltungsanordnung digitalisiert, damit es weiter verarbeitet werden kann. Bei Anlegen des Steuersignals stellt der Mikrorechner das Kalibrierungssignal so ein, dass das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung bzw. der Sensoranordnung auf den vorgegebenen Wert abgeglichen wird. Der vorgegebene Wert kann dem Sensorsignal als Referenzwert entsprechen oder programmierbar sein, so dass die Sensoranordnung je nach Einsatzzweck in einem optimalen Betriebszustand arbeiten kann.

Nach dem Abgleich hält der Rückkopplungszweig oder der Mikrorechner den kalibrierten Arbeitspunkt konstant, so dass bereits kleine Änderungen des Sensorsignals in der dann als Messverstärker arbeitenden Signalverarbeitungseinrichtung stark verstärkt werden können. Aus diesem Grund ist es möglich, auch bei einem kleinen Ausgangssignalbereich eine große Auflösung der Sensoranordnung zu erhalten.

Als zusätzliche Funktion kann der Mikrorechner bzw. die Messeinrichtung das verstärkte Sensorsignal mit Vorteil in digitaler Form ausgeben. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe des Mikrorechners ein Statussignal zu erzeugen, das die einwandfreie Funktion des Messverstärkers anzeigt bzw. umgekehrt einen Fehlerzustand. Zu diesen Zwecken kann die Messeinrichtung vorteilhaft einen Analog-Digital-Wandler umfassen.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Steuersignal nicht in Form eines externen Signals angelegt wird, sondern durch Einschalten der Versorgungsspannung erzeugt wird. Auf diese Weise lässt sich eine Signalleitung einsparen.

Falls der in der Messeinrichtung bzw. dem Mikrorechner vorhandene Taktgenerator nicht ausreichend genau oder bei einer suboptimalen Taktfrequenz arbeitet, ist es besonders vorteilhaft, eine externe Takterzeugungseinrichtung anzuschließen, welche die Taktsteuerung des Mikrorechners übernimmt. Ein präzises Taktsignal lässt sich einfach mit wenigen kostengünstigen Elementen erzeugen.

Die Schaltungsanordnung lässt sich vorteilhaft für viele Typen von Sensoren verwenden, z.B. für einen magnetischen oder einen optischen Sensor. Ein magnetischer Hallsensor kann als Abstandssensor oder Drehwinkelsensor oder in anderer Funktion eingesetzt werden. Ebenso eignet sich die Erfindung für Drucksensoren, Kraftsensoren, Ultraschallsensoren und weitere Sensoren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellten sind. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind nur schematisch zu verstehen. Gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen; ihre Beschreibung wird nicht in jeder der Figuren wiederholt.
Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte Sensoranordnung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
2 eine schematische Sensor- und Schaltungsanordnung als Weiterbildung der Anordnung nach 1 und
3 eine weitere schematisch dargestellte Sensoranordnung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
4 eine detaillierte schematische Darstellung der Sensoranordnung mit Schaltungsanordnung.
Gemäß 1 erzeugt eine Sensoranordnung 1 ein Sensorsignal 7, das einem ersten Eingang einer Signalverarbeitungseinrichtung 3 zugeführt wird. Die Signalverarbeitungseinrichtung verstärkt und filtert das Sensorsignal und stellt ein Ausgangssignal 9 an einem Ausgang 5 zur weiteren Verwendung bereit. Das Ausgangssignal kann zum Beispiel für die Steuerung eines Elektromotors verwendet werden.
Das Ausgangssignal 9 wird andererseits einer Rückkopplungseinrichtung aus einer Mess- und Steuereinrichtung 4 und einem Stellglied 2 zugeführt, das ein Kalibrierungssignal 8 an einen zweiten Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung 3 führt. Die Rückkopplungseinrichtung ist so ausgelegt, dass sie als Kalibrierungssignal ein einstellbares Ausgangssignal abgeben kann.
Als Messeinrichtung 4 wird eine Vergleichseinrichtung 41 eingesetzt, die das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und mit einem Steuerglied 42 ein Stellsignal erzeugt, das das Stellglied 2 steuert. Das ist mit einem analogen Komparator, gegebenenfalls mit Steuerglied, möglich, der ausgangsseitig ein Vergleichssignal erzeugt, das eine gesteuerte Spannungs- oder Stromquelle in dem Stellglied steuert. Das Stellglied kann auch in die Mess- und Steuereinrichtung integriert sein.
Das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung bzw. die Eingangssignale der Mess- und Steuereinrichtung 4 können in digitale Signale umgesetzt und weiter verarbeitet werden. Dazu dient ein Analog-Digital-Wandler 46 (2).
Die Mess- und Steuereinrichtung 4 sowie die Signalverarbeitungseinrichtung 3 und das Stellglied 2 sind mit einem Anschluss 6 verbunden, an den ein Steuersignal 10 angelegt werden kann. Als Folge des Steuersignals schaltet die Messeinrichtung beispielsweise mittels einer Ablaufsteuerung 43, z.B. mit Hilfe eines gesteuerten Schalters, in einen Kalibrierungsmodus und erzeugt mit dem Stellglied 2 ein Kalibrierungssignal 8, das so ausgelegt ist, dass das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 3 den vorgegebenen Wert annimmt. Alternativ ist es möglich, nur den Messverstärker 4 allein mit dem Steuersignal 10 in den Kalibrierungsmodus zu schalten.
Nach Abschluss der Kalibrierung wird der Wert des Kalibrierungssignals 8 durch die Ablaufsteuerung bzw. die Elemente der Mess- und Steuereinrichtung konstant gehalten, um das Sensorsignal mit der Signalverarbeitungseinrichtung 3 zu verstärken und gegebenenfalls zu filtern. Die Schaltungsanordnung arbeitet also im normalen abgeglichenen Betriebszustand als Messverstärker für das Sensorsignal 7. Zur Verstärkung des Sensorsignals enthält die Signalverarbeitungseinrichtung 3 Verstärkerelemente, die das Sensorsignal 7 als verstärktes Ausgangssignal am Ausgang 5 bereitstellen.
Im Bedarfsfall kann der Kalibrierungsvorgang wiederholt werden.
Der vorgegebene Wert für die Kalibrierung der Signalverarbeitungseinrichtung bestimmt den Arbeitspunkt der Sensoranordnung. Dazu wird der Abgleich des Ausgangssignals aus Nullpunkt und Verstärkung der Signalverarbeitungseinrichtung 3 festgelegt. Im abgeglichenen Betriebszustand ist es so zum Beispiel möglich, bei einem massenabhängigen Dehnungssensor und einem Ausgangssignalbereich von 0–5 Volt eine Auflösung von 5 kg/V bezogen auf einen Arbeitspunkt von 80 kg oder bezogen auf einen anderen Arbeitspunkt zu erreichen.
Nutzt man als Steuersignal das Anlegen der Versorgungsspannung zwischen dem positiven Potential VDD, und dem Bezugspotential VSS an die Schaltungsanordnung, dann können der Anschluss 6 und die daran angeschlossenen Leitungen gespart werden. In diesem Fall kann die Schaltungsanordnung beispielsweise mit Hilfe eines Schalters, der bei Erfüllen eines Kalibrierungskriteriums betätigt wird, in den Normalbetrieb, d.h. abgeglichenen Zustand mit konstantem Kalibrierungssignal geschaltet werden.
Gemäß 2 enthält das Stellglied einen ohmschen Spannungsteiler mit den Widerständen 21 und 22, der mit den Betriebspotentialen VDD und VSS verbunden ist. Widerstand 22 ist einstellbar und erhält das Einstellsignal von einer Mess- und Steuereinrichtung 4 mit einer externen Takterzeugung 44. Die Mess- und Steuereinrichtung enthält einen Analog-Digital- Wandler 46, der zunächst das analoge Ausgangssignal 9 der Schaltungsanordnung bzw. der Signalverarbeitungseinrichtung 3 in digitale Signale umsetzt. Letztere können mit einem nicht dargestellten Mikrorechner, der einfach und kostengünstig sein kann, weiter verarbeitet werden. Der Analog-Digital-Wandler 46 kann ein digitales Ausgangssignal oder ein Statussignal am Anschluss 51 bereitstellen. Eine präzise externe Takterzeugung kann die Betriebseigenschaften des Mikrorechners gegenüber dem internen Takterzeuger verbessern.
Das Kalibrierungssignal 8 wird einem Eingang eines Verstärkers 31 der Signalverarbeitungseinrichtung 30 zum Vergleich mit dem Sensorsignal 7 zugeführt, um den Nullpunkt festzulegen. Das Sensorsignal bzw. das Kalibrierungssignal sind dem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 31 zugeführt, der die Differenz beider Signale verstärkt. Dem Verstärker 31, der eine konstante Verstärkung hat, ist ein Verstärker 33 nachgeschaltet, dessen Verstärkungsfaktor von der Mess- und Steuereinrichtung eingestellt werden kann. Damit ist ein iterationsfreier Abgleich möglich, weil Nullpunkt und Verstärkung getrennt eingestellt werden können. Zur Signalglättung kann zwischen dem Komparator 31 und dem Verstärker 33 noch ein Tiefpass 32 vorgesehen sein.
3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, das als ausgangsseitiges Steuerelement einen Pulsbreitenmodulator 45 oder einen Pulfrequenzmodulator umfasst. In der Vergleichseinrichtung 41 werden das Sensorsignal 7 und das Ausgangssignal 9 verglichen. Abhängig vom Ausgangssignal des Komparators 41 wird in dem Pulsbreitenmodulator (PBM) ein Register sukzessive bitweise gesetzt oder nicht gesetzt und in Verbindung mit der Stelleinrichtung 2 ein PBM- Kalibrierungssignal erzeugt. Pulsbreitenmodulation (PBM) wird auch als Pulsweitenmodulation (PWM) oder Pulsdauermodulation (PDM) bezeichnet. Die Pulsbreite kann z.B. 12 Bit betragen. Die Pulsbreitenfrequenz wird in der entsprechend ausgelegten Signalverarbeitungseinrichtung 300 mit einer Tiefpasseinrichtung wieder heraus gefiltert. Beispielsweise beträgt die Pulsbreitenfrequenz etwa 5 kHz, während die obere Grenzfrequenz der Signalverarbeitungseinrichtung 80 Hz beträgt. Der Verstärkungsfaktor kann 6000 sein. Die Pulsbreitenfrequenz wirkt sich dann praktisch nicht mehr auf das Nutzsignal aus und kann durch ein Filter mit besserer Steilheit und Güte weiter positiv beeinflusst werden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Das Stellglied 2 enthält wie in 2 einen ohmschen Spannungsteiler mit den in Serie geschalteten Elementen 23 und 24, die einen Zweig einer Brückenschaltung bilden. Die eigentlichen Sensorelemente im anderen Zweig der Brückenschaltung bilden in Serie geschaltete Dehnmessstreifen bzw. Dehnmesswiderstände 11 und 12 eines Dehnungs- oder Torsionssensors. Ein Einsatzbereich der Dehnmessstreifen ist z. B. die Messung des Drehmoments eines Motors.
Die an dem Spannungsteiler mit den Widerständen 23 und 24 abgegriffene Spannung wird mit Hilfe der Mess- und Steuereinrichtung 4 pulsbreitenmoduliert oder pulsfrequenzmoduliert. Damit lässt sich der Wert des Kalibrierungssignals 8 am Eingang des Verstärkers 311 einstellen. Allerdings muss die Pulsfrequenz, die im Bereich von einigen kHz oder mehr liegen kann, bei der Verarbeitung des Nutzsignals, also des Sensorsignals 7, wieder herausgefiltert werden. Dies ist Aufgabe der Signalverarbeitungseinrichtung 300, der die aus den Signalen 7 und 8 gebildete Brückenspannung zugeführt wird.
Zur Filterung der Modulationsfrequenz dient der Verstärker 311, der mittels der Rückkopplungselemente 312 und 313 als aktiver Tiefpass ausgelegt ist. Der Verstärker 331 mit seinen Rückkoppelelementen 332 und 333 bildet mit den Widerständen 321 und 323 sowie dem Kondensator 322 einen weiteren aktiven Tiefpass zweiter Ordnung. Die Signalverarbeitungseinrichtung 300 enthält somit im Ausführungsbeispiel einen Tiefpass dritter Ordnung. Es versteht sich, dass auch Tiefpässe anderer Ordnungen möglich sind.
Der Takt der Mess- und Steuereinrichtung 4 wird von dem Taktgenerator 42 mit einer höheren Frequenz CLK als der Pulsfrequenz, zum Beispiel mit 20 MHz Taktfrequenz, getaktet.
Der Mess- und Steuereinrichtung 4 werden das Ausgangssignal 9 und das Sensorsignal 7 zugeführt, die wie im Ausführungsbeispiel gemäß 3 verarbeitet werden. An einem weiteren Ausgang 52 des Mikrorechners kann ein digitales Ausgangssignal und/oder, an einem nicht gezeigten weiteren Ausgang 51 (siehe entsprechend 3), ein Statussignal abgegeben werden, das den Betriebszustand der Schaltung zeigt.
Das Steuersignal für den Kalibrierungsmodus wird in der Anordnung nach 3 beim Einschalten der Spannungsversorgung erzeugt. Mit Beenden des Kalibrierungsmodus wird das Kalibrierungssignal 8 konstant gehalten, so dass die Signalverarbeitungseinrichtung 3, 30, 300 dann als kalibrierter Messverstärker dient und auftretende Änderungen des Sensorsignals 7 um den Arbeitspunkt der Schaltungsanordnung hoch verstärkt werden können und zu einer hohen Empfindlichkeit der Anordnung führen.

1: Sensor
2: Stellglied
3, 30, 300: Signalverarbeitungseinrichtung
4: Mess- und Steuereinrichtung
5: Ausgangsanschlus
6: Steuersignalanschluss
7: Sensorsignal
8: Kalibriersignal
9: Ausgangssignal
10: Steuersignal
11, 12: Dehnmesswiderstand
21 bis 24,
312, 321,
323, 332: Widerstand
31, 311: Verstärker
32: Filter
33, 331: einstellbarer Verstärker
41: Komparator
42: Steuerglied
43: Ablaufsteuerung
44: Oszillator
45: PWM-Steuereinheit
46: Analog-zu Digital-Wandler
51, 52: weiterer Ausgangsanschluss
313, 322,
333: Kapazität
CLK: Takt
VDD, VSS: Betriebspotenziale

Claims

Schaltungsanordnung, insbesondere für motorisch verstellbare Möbel, mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (3) zur Verarbeitung eines Sensorsignals (7) und mit einer Kalibrierungseinrichtung (2, 3, 4), die die Signalverarbeitungseinrichtung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt mittels eines Steuersignals (10) auf einen vorgegebenen Wert abgleicht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungseinrichtung eine Rückkopplungseinrichtung (2, 3) zum automatischen Abgleich der Schaltungsanordnung enthält.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungseinrichtung ein Kalibrierungssignal bereitstellt, das mit dem Sensorsignal verglichen wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierungssignal ein Analogsignal ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierungssignal pulsbreitenmoduliert oder pulsfrequenzmoduliert ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung eine Filtereinrichtung enthält.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung eine Tiefpassfilteranordnung enthält.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungseinrichtung getrennte Anordnungen einerseits für den Nullpunktabgleich und andererseits für den Verstärkungsabgleich enthält.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung einen Mikrorechner und/oder einen Analog-Digital-Wandler enthält.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein digitales Ausgangssignal und/oder ein Statussignal.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung eine Ablaufsteuerung für die Erzeugung bzw, die Konstanthaltung des Kalibrierungssignals enthält.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung von einer externen Takterzeugungseinrichtung getaktet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal durch einen Sensor der Gruppe Magnetfeldsensor, optischer Sensor, Ultraschallsensor, Kraftsensor, Drucksensor erzeugt ist.
Messverstärker mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Verstärkung eines Sensorsignals, bei dem das erzeugte Kalibrierungssignal konstant gehalten ist.
Sensoranordnung mit einem Sensor (1; 11, 12) und einem Messverstärker nach Anspruch 14.
Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – ein Steuersignal wird erzeugt, – das Steuersignal aktiviert eine Kalibrierungseinrichtung, – die Kalibrierungseinrichtung erzeugt ein Kalibrierungssignal, das mit einem Sensorsignal abgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal durch Einschalten der Versorgungsspannung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung und der vorgegebene Wert zum Abgleich erfasst werden und daraus das Kalibrierungssignal erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Kalibrierungssignals mittels eines Mikrorechners programmiert wird.