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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor mit wenigstens zwei Ultraschallwandlern
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ultraschall-Strömungssensoren
werden verwendet, um insbesondere den Volumen- oder Massestrom,
oder die Strömungsgeschwindigkeit
eines gasförmigen
oder flüssigen
Mediums zu messen, das durch eine Rohrleitung strömt. Ein
bekannter Typ von Ultraschall-Strömungssensoren umfasst zwei
in Strömungsrichtung
versetzt angeordnete Ultraschallwandler, die jeweils Ultraschallsignale
erzeugen und diese an den jeweils anderen Ultraschallwandler aussenden.
Die Ultraschallsignale werden vom jeweils anderen Wandler empfangen
und mittels einer Elektronik ausgewertet. Der Laufzeitunterschied
zwischen dem Signal in Strömungsrichtung
und demjenigen in Gegenrichtung ist dabei ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids.
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1 zeigt
eine typische Anordnung eines Ultraschall-Strömungssensors 6 mit
zwei Ultraschallwandlern A, B, die innerhalb einer Rohrleitung 3 angeordnet
sind und sich in einem Abstand L gegenüber stehen. In der Rohrleitung 3 strömt ein Fluid 1 mit einer
Geschwindigkeit v in Richtung des Pfeils 2. Die Messstrecke
L ist gegenüber
der Strömungsrichtung 2 um
einen Winkel α geneigt.
Während
einer Messung senden sich die Ultraschallwandler A, B gegenseitig
Ultraschallsignale zu, die je nach Richtung von der Strömung entweder
verlangsamt oder beschleunigt werden. Die Laufzeiten der Schallsignale
sind dabei ein Maß für die zu
bestimmende Strömungsgeschwindigkeit.
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2 zeigt
eine stark vereinfachte schematische Darstellung der zugehörigen Sende-
und Empfangsschaltung 4. Die beiden Ultraschallwandler
A, B werden von einem Oszillator mit einem Burst vorgegebener Taktfrequenz 8 (z.
B. einem Rechtecksignal) angeregt. Die dadurch erzeugten Ultraschallsignale 7 (hier
sind nur die Hüllkurven
der Signale dargestellt) durchlaufen die Messstrecke L und werden
vom jeweils anderen Ultraschallwandler A, B detektiert. Dabei wird
die Laufzeit t12 bzw. t21 der
Signale 7 gemessen.
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Bei
ruhendem Medium sollte die Differenzlaufzeit gleich Null sein. In
der Realität
treten jedoch immer Abweichungen auf, die insbesondere auf Toleranzen
der beiden Ultraschallwandler A, B beruhen, so dass auch bei ruhendem
Medium 1 eine Differenzlaufzeit ungleich Null gemessen
wird (so genannter „Zero
Flow Error"). Aufgrund
von Temperatur- und Alterungseinflüssen kann sich dieser Offset
im Laufe der Zeit verändern,
so dass es zu Messabweichungen kommen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sende- und
Empfangsschaltung für Ultraschallsensoren
zu schaffen, die eine möglichst stetige
und präzise
Messung ermöglicht.
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Gelöst wird
diese Aufgabe gemäß der Erfindung
durch die im Patenanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Schalteinrichtung
vorzusehen, mittels derer die Ultraschallwandler zwischen einem Sendemodus
und einem Empfangsmodus umschaltbar sind. Im Sendemodus wird wenigstens
einer der Wandler angeregt und erzeugt ein Ultraschallsignal, das
an den anderen Wandler ausgesendet wird. Danach werden die Wandler
im Empfangsmodus betrieben und mit Hilfe der Schalteinrichtung voneinander entkoppelt,
so dass sie separat ausgewertet werden können.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Schalteinrichtung zwei antiparallel geschaltete
Dioden. Die Wandler sind in diesem Fall an einem ihrer Anschlüsse mit
der Sendeschaltung und am anderen Anschluss mit der Diodenanordnung
verbunden. Die Dioden sind im Sendemodus leitend. Die Wandler werden
daher gleichzeitig mit demselben Strom angeregt und erzeugen somit – bauliche
Identität
vorausgesetzt – identische
Ultraschallsignale. Im Empfangsmodus sperren die Dioden dagegen,
da das von den Wandlern erzeugte Signal um mehrere Größenordnungen
kleiner ist als im Sendemodus und die Schwellenspannung der Dioden
nicht überschreitet.
Im Empfangsmodus können die
Wandlersignale somit unabhängig
voneinander ausgewertet werden.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Schalteinrichtung Schalter, insbesondere
Transistoren, die parallel zu den Ultraschallwandlern angeordnet
sind. Die Wandler sind in diesem Fall wiederum an einem Anschluss
mit der Sendeschaltung verbunden. Am anderen Anschluss sind sie
vorzugsweise direkt, d. h. ohne weitere Schaltelemente (Dioden,
Transistoren, etc.), miteinander verbunden.
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Im
Sendebetrieb wird vorzugsweise ein Schalter geschlossen; der zugehörige Wandler
(z. B. A) ist damit kurzgeschlossen. Der andere Schalter ist geöffnet, so
dass der zugehörige
Wandler (z. B. B) im Sendebetrieb arbeitet und Ultraschallsignale
aussendet. Im Empfangsmodus wird die Schaltstellung der Schalter
umgekehrt. Der ehemals sendende Wandler (B) ist dann kurzgeschlossen,
und der andere Wandler (A) empfängt
das vom Wandler (B) gesendetes Ultraschallsignal. Die empfangenen
Signale werden von einer Empfangsschaltung weiter verarbeitet und ausgewertet.
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Die
Schalteinrichtung ist vorzugsweise vollelektronisch, z. B. mittels
Transistoren oder Dioden aufgebaut und umfasst keine beweglichen
Teile, wie z. B. Relais.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist zur Anregung der Wandler eine Schaltung (Sendeschaltung)
vorgesehen, die einen Transformator umfasst, wobei die Ultraschallwandler (direkt
oder indirekt) an der Sekundärwicklung
des Transformators angeschlossen sind. Die Wandler können jeweils über eine
Teilwicklung der Sekundärwicklung
mit einem Referenzpotential verbunden sein, das an einem Mittenknoten
der Sekundärwicklung
anliegt. Der Mittenknoten liegt vorzugsweise an Masse.
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Zur
Auswertung der empfangenen Ultraschallsignale ist erfindungsgemäß eine Empfangsschaltung
vorgesehen, bei der jedem Ultraschallwandler ein Verstärker zugeordnet
ist. Die Empfangsschaltung ist dabei nach den Grundsätzen einer reziproken
Beschaltung ausgelegt, die nur lineare, passive Komponenten umfasst.
Die Empfangsschaltung ist darüber
hinaus für
beide Ultraschallwandler symmetrisch ausgelegt. Die Verstärker haben
vorzugsweise einen sehr hochohmigen Eingang bzw. sind mit dem Ziel
einer sehr großen
Eingangsimpedanz entsprechend beschaltet. Wenn die Eingangsimpedanz
der Verstärker
um mehrere Größenordnungen über dem
Dämpfungswiderstand
der Ultraschallwandler liegt, wird der Einfluss auf den durch die
Ultraschallwandler im Empfangsmodus fließenden Strom minimiert. Die
Genauigkeit der Messung kann somit wesentlich verbessert werden.
Außerdem wird
bei dieser Auslegung die Impedanz der Sekundärwicklung, über die der Stromkreis geschlossen wird,
sehr klein gegenüber
der Verstärker-Eingangsimpedanz.
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Die
Ultraschallwandler sind vorzugsweise an einem Anschluss mit der
Sekundärwicklung
des Transformators und mit einem bzw. bei differentieller Auswertung
mit beiden Anschlüssen
mit der Empfangsschaltung verbunden.
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Die
Primärwicklung
des Transformators der Sendeschaltung umfasst vorzugsweise wenigstens zwei
Teilwicklungen, an denen jeweils ein Schalter angeschlossen ist,
der mit einem Referenzpotential verbunden ist. Die Teilwicklungen
können
somit wahlweise gegen ein Referenzpotential geschaltet werden. An
einem Mittenknoten der Primärwicklung ist
vorzugsweise eine Spannungsquelle angeschlossen.
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Die
Schalter werden vorzugsweise derart betrieben, dass sie abwechselnd
ein- und ausschalten. Zum
Ansteuern der Schalter ist eine Steuerelektronik vorgesehen, die
beispielsweise aus Logik-Gattern aufgebaut sein kann. Die Steuerelektronik
ist vorzugsweise so ausgelegt, dass immer zunächst der leitende Schalter
ausgeschaltet und erst danach der nicht-leitende Schalter eingeschaltet
wird. Um dies mit einem einzigen Taktsignal, das für beide
Schalter genutzt wird, realisieren zu können, umfasst die Steuerschaltung
vorzugsweise ein Verzögerungsglied,
das z. B. die Einschaltflanke für
den einzuschaltenden Schalter gegenüber der Ausschaltflanke des
auszuschaltenden Schalters verzögert.
Als Verzögerungsglied
kann vorzugsweise ein RC-Glied vorgesehen sein.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
sind die Operationsverstärker
der Empfangsschaltung als gegengekoppelte Operationsverstärker realisiert.
Die Operationsverstärker
haben vorzugsweise ein nicht-lineares Element im Rückkoppelpfad.
Dadurch kann gewährleistet
werden, dass die Eingangsimpedanz amplitudenunabhängig ist.
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Die
im Rückkoppelpfad
angeordnete Nichtlinearität
kann beispielsweise zwei antiparallel geschaltete Dioden umfassen,
die zwischen den Ausgang und den (invertierenden) Eingang des Operationsverstärkers geschaltet
sind.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
umfasst die Empfangsschaltung jeweils einen Instrumentenverstärker für jeden
der Ultraschallwandler. Damit lassen sich die Signalspannungen der
Ultraschallwandler differenziell auswerten, d. h., es werden direkt
die Spannungssignale am Ultraschallwandler gemessen und verstärkt.
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Die
differenzielle Signalauswertung ist grundsätzlich gegenüber der
nichtdifferenziellen Auswertung vorzuziehen. An den nicht-invertierenden
Eingängen
(+) der Verstärker
ist vorzugsweise jeweils ein Schutzwiderstand vorgesehen. Aus Gründen der
Symmetrie ist vorzugsweise auch am anderen Verstärkereingang (–) ein identischer
Widerstand beschaltet.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
umfasst die Empfangsschaltung jeweils einen volldifferenziellen
Verstärker
für jeden
der Ultraschallwandler. Jeder volldifferenzielle Verstärker wird
vorzugsweise von wenigstens zwei Schaltern ergänzt, mit denen die Eingänge (+, –) des Verstärkers im
Sendemodus gegen ein Referenzpotential (Masse) geschaltet werden.
Der Verstärker
wird somit im Sendemodus nicht durch den hohen Eingangsstrom belastet.
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Die
Empfangsschaltung ist vorzugsweise in einem IC (ASIC) integriert.
Die integrierten Bauelemente sind insbesondere die Verstärker einschließlich gegebenenfalls
der am Eingang angeordneten Schalter. Die externe Beschaltung der
Verstärker,
sowie die Komponenten der Sendeschaltung sind vorzugsweise als diskrete
Bauelemente realisiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ultraschallsensors mit zwei versetzt
angeordneten Ultraschallwandlern;
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2 den
Ultraschallsensor von 1 mit zugehöriger Sende- und Empfangsschaltung;
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3 eine
Sende- und Empfangsschaltung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
Sende- und Empfangsschaltung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
Steuerschaltung zum Treiben der Sendeschaltung;
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6 eine
Sende- und Empfangsschaltung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Empfangsschaltung mit Instrumentenverstärkern; und
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7 eine
Sende- und Empfangsschaltung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Empfangsschaltung mit volldifferenziellen Verstärkern (einer abgebildet).
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Ausführungsformen der Erfindung
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Bezüglich der
Erläuterung
der 1 und 2 wird auf die Beschreibungseinleitung
verwiesen.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer Sende- und Empfangsschaltung mit gegengekoppelten Operationsverstärkern 13a, 13b.
Die Sendeschaltung 10 erzeugt ein hochfrequentes Signal
in einer Ultraschallfrequenz, mit dem die beiden Ultraschallwandler
A, B im Sendemodus angeregt werden. Im dargestellten Beispiel umfasst
die Sendeschaltung 10 einen Transformator 11 mit
einer Primärwicklung 21 und
einer Sekundärwicklung 22.
Die Primärwicklung 21 umfasst
zwei Teilwicklungen 21a, 21b, an denen jeweils
ein Schalter 20a, 20b angeschlossen und gegen
ein Referenzpotential (Masse) geschaltet ist. An einem Mittenknoten
der Primärwicklung 21 ist
eine Spannungsquelle 19 angeschlossen.
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Die
beiden Schalter 20a, 20b, die beispielsweise als
MOS-Transistoren realisiert sein können, werden von einer Steuerschaltung,
die in 5 näher
dargestellt ist, während
des Sendens abwechselnd ein- und ausgeschaltet.
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Für ein Sendesignal
mit hoher Leistung müssen
die Schalter bzw. Transistoren 20a, 20b sowohl hohe
Durchlassströme
ermöglichen
als auch eine Sperrspannung aufweisen, die mindestens doppelt so
hoch ist wie die Versorgungsspannung V1.
Grund hierfür
ist die magnetische Kopplung der Teilwicklungen 21a und 21b,
an denen jeweils die gleiche Spannung anliegt. Wenn beispielsweise
der Schalter 20b geschlossen ist, muss der Schalter 20a die
doppelte Spannung V1 sperren. Wegen dieser
hohen Anforderungen werden die Schalt-Transistoren 20a, 20b vorzugsweise
als diskrete Bauelemente realisiert.
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Die
Sekundärwicklung 22 des
Transformators 11 umfasst hier ebenfalls zwei Teilwicklungen 22a, 22b,
an denen jeweils einer der Ultraschallwandler A, B angeschlossen
ist. Der Mittenanschluss 24 der Sekundärwicklung 22 ist mit
Masse verbunden. Parallel zu den Ultraschallwandlern A, B ist jeweils
ein Widerstand R1 bzw. R2 eingezeichnet,
der den Dämpfungswiderstand
der Wandler A, B darstellt. Die beiden Wandler A, B sind hier derart
angeordnet, dass sie im Sendemodus in Serie geschaltet sind. Der
Strom fließt
somit im Sendemodus beispielsweise durch den oberen Wandler A, eine Schalteinrichtung 12,
den zweiten Wandler B und durch die Sekundärwicklung 22. Mögliche Störströme, die
in die Sekundärwicklung 22 eingekoppelt werden,
fließen
gegen Masse ab und beeinflussen nicht die Anregung der Wandler A,
B. Durch beide Wandler A, B fließt somit der gleiche Strom.
Eine unsymmetrische Anregung, die zu Fehlern bei der Auswertung
führen
könnte,
wird dadurch vermieden.
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Die
genannte Schalteinrichtung 12 umfasst zwei antiparallel
geschaltete Dioden 18a, 18b, die jeweils mit dem
zweiten Anschluss der Wandler A, B verbunden sind. Im Sendemodus
sind die Dioden 18a, 18b aufgrund der hohen Signalamplituden
leitend. Im Empfangsmodus sperren sie dagegen, da das Empfangssignal üblicherweise
um mehrere Größenordnungen
kleiner ist als das Sendesignal und die Schwellenspannung der Dioden
nicht überschreitet.
Die beiden Ausgangs- bzw.
Messpfade 17a, 17b der Wandler A, B sind in diesem
Fall voneinander getrennt und somit unabhängig auswertbar.
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Jedem
der Wandler A, B ist ein eigener Operationsverstärker 14a, 14b zugeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Verstärker 13a, 13b als
gegengekoppelte Verstärker
realisiert, die jeweils ein nicht-lineares Element 15a, 15b im
Rückkoppelpfad
aufweisen. Die Verstärker 13a, 13b erfüllen somit
die Voraussetzungen einer reziproken Schaltung und besitzen eine
hohe, nur durch C1 und R3 bzw.
C2 und R4 festgelegte
und daher von der Amplitude des Eingangssignals unabhängige Eingangsimpedanz.
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Das
nicht-lineare Element 15a bzw. 15b kann beispielsweise
jeweils zwei antiparallel geschaltete Dioden 26a–26d aufweisen,
die zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des jeweiligen
Verstärkers 14a bzw. 14b geschaltet
sind. Parallel zu den Dioden 26a–26d ist jeweils ein
Widerstand R5 bzw. R6 geschaltet.
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Im
Empfangsmodus, d. h. beide Schalter 20a, 20b sind
geöffnet,
sind die beiden Ultraschallwandler A, B über die Teilwicklungen 22a, 22b relativ niederohmig
mit Masse verbunden. Wenn die Eingänge der Verstärker 13a, 13b sehr
hochohmig ausgelegt sind, ist dies ausreichend, um die Wandler nicht
mittels der Verstärker
zu beeinträchtigen,
wie nachfolgend dargelegt.
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Der
Eingang (–)
der Verstärker 14a, 14b ist jeweils
mit einer hohen Impedanz C1, R3 bzw.
C2, R4 beschaltet.
Diese Impedanz liegt vorzugsweise um mehrere Größenordnungen über dem
Dämpfungswiderstand
R1 bzw. R2 der Wandler
A, B. Es gilt somit: R3 >> R1 bzw. R4 >> R2. Auf diese
Weise wird der Einfluss der Verstärker 14a, 14b auf
das auszuwertende Signal minimiert. Außerdem wird die Impedanz der Sekundärwicklungen 22a, 22b, über die
der Stromkreis im Empfangsbetrieb geschlossen ist, sehr klein gegenüber der
Verstärker-Eingangsimpedanz.
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Die
Eingangsimpedanz ist ferner durch rein passive Bauelemente C bzw.
R realisiert.
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Die
Verstärker 14a, 14b werden
von zwei Spannungsquellen 16a, 16b mit elektrischer
Energie versorgt. Die beiden nicht-invertierenden Eingänge (+)
sind jeweils mit dem gleichen Versorgungspotential verbunden.
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Die
Ausgänge
out1 bzw. out2 der
Verstärker 14a, 14b können beispielsweise
mittels eines ADC digitalisiert und ausgewertet werden.
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Der
Transformator 11 hat vorzugsweise einen Kern mit einem
Luftspalt. Dadurch lassen sich im Vergleich zu z. B. Ferrit-Kernen
ohne Luftspalt geringere Toleranzen bezüglich der Fertigung, der Temperaturabhängigkeit
und Alterungsbeständigkeit
des Kerns erreichen. Außerdem
steigt die übertragbare Leistung
an.
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4 zeigt
die Sende- und Empfangsschaltung von 3, jedoch
mit einer anderen Schalteinrichtung 12 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
umfasst jeder Ultraschallwandler A, B einen parallel angeschlossenen
Schalter S1, S2, welche die Schalteinrichtung 12 bilden.
Eine zusätzliche
Diodenanordnung ist nicht vorgesehen.
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Die
Wandler A, B sind sendeseitig mit der Sekundärwicklung 22 des Transformators 11 und empfangsseitig
direkt, d. h. ohne weitere Schaltelemente, miteinander verbunden.
Ein Mittenabgriff der Sekundärwicklung 22 ist
nicht mehr nötig.
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Im
Sendebetrieb wird ein Schalter (hier S1) geschlossen; der zugehörige Wandler
A ist daher kurzgeschlossen. Der andere Schalter S2 ist geöffnet, so
dass der zugehörige
Wandler B im Sendebetrieb arbeitet. Im Empfangsmodus wird die Schaltstellung
der Schalter S1, S2 umgekehrt. Der ehemals sendende Wandler B ist
dann kurzgeschlossen, und der andere Wandler A empfängt ein
vom Wandler (B) gesendetes Ultraschallsignal. In dieser Schalterstellung
ist auch ein Senden in der anderen Richtung, d. h. von Wandler A
aus, möglich.
Dieses Signal kann dann durch erneutes Umkehren der Schalterstellung mit
Wandler B empfangen werden.
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5 zeigt
eine Steuerschaltung zum Ansteuern der Transistoren 20a, 20b,
die im Wesentlichen aus Logik-Gattern aufgebaut ist. Zum Triggern der
beiden Schalter 20a, 20b wird hier nur ein einziges
Taktsignal US benötigt,
das in invertierter bzw. nicht-invertierter Form an den Eingängen (gate)
der Transistoren 20a, 20b angelegt wird. Dadurch
werden die beiden Schalter 20a, 20b gegensinnig
ein- und ausgeschaltet. Der jeweilige Schaltvorgang ist so ausgelegt,
dass immer zunächst
der leitende Transistor 20a bzw. 20b ausgeschaltet
und erst danach der nicht leitende eingeschaltet wird. Diese Funktionalität kann beispielsweise
auch als Software in einem Steuergerät implementiert sein.
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Das
Taktsignal US wird im oberen Ast zunächst einem NAND-Gatter 33,
gefolgt von einem weiteren NAND-Gatter 34a zugeführt. Das
zweite NAND-Gatter 34a ist an einem Eingang mit einem Zeitverzögerungsglied 31a beschaltet,
das zu einer zeitlichen Verzögerung
der Einschaltflanke führt.
Im anderen Ast wird das Taktsignal US einem NAND-Gatter 34b zugeführt, das
ebenfalls an einem Eingang mit einem Zeitverzögerungsglied 31b beschaltet
ist. Dadurch wird die Einschaltflanke des anderen Transistors (20b)
gegenüber
der Ausschaltflanke des ersten Transistors (20a) verzögert. Die Verzögerungsglieder 31a, 31b umfassen
jeweils einen Widerstand R5 bzw. R6 und einen z. B. gegen Masse geschalteten
Kondensator C3 bzw. C4.
Die Ausgänge
der NAND-Gatter 34a, 34b liegen jeweils am Eingang
eines OR-Gatters 35a bzw. 35b an. Über die
Gatter 32, 37 und 38 in Verbindung mit
den Signalen En_low bzw. En_high kann das Sende-Signal wahlweise
high-aktiv oder low-aktiv frei geschaltet werden. Die Ausgänge der
OR-Gatter 35a, 35b sind schließlich jeweils über einen
invertierenden Treiber 36a, 36b mit den Steueranschlüssen (Gate)
der Transistoren 20a, 20b verbunden.
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6 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer Sende- und Empfangsschaltung, bei der die Empfangsschaltung 25 zwei
Instrumentenverstärker 40a, 40b aufweist.
Die Signalspannungen der Wandler A, B werden hier differenziell
ausgewertet und liegen jeweils am Eingang (+, –) der Verstärker 40a, 40b an.
Um den zulässigen
Maximalstrom an den Eingängen
von beispielsweise ± 60
mA nicht zu überschreiten,
sind an den Eingängen
Schutzwiderstände R9 bzw. R10 angeschlossen.
Aus Symmetriegründen sind
auch die beiden anderen Verstärkereingänge mit
Vorwiderständen
R3, R4 gleicher
Größe versehen. Die
Verstärkung
wird mittels der Widerstände
R11 bzw. R12 eingestellt.
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Im
Empfangsmodus liegen alle auftretenden Eingangssignale in der Nähe des Massepotentials. Die
in diesem Fall sehr hochohmigen Verstärkereingänge verursachen dabei keinen
signifikanten Stromfluss, so dass im Wesentlichen nur die gewünschte Leerlaufspannung
der Ultraschallwandler gemessen wird.
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7 zeigt
eine dritte Ausführungsform
einer Sende- und Empfangsschaltung, bei der die Empfangsschaltung 25 mit
volldifferenziellen Verstärkern 43a, 43b realisiert
ist. (Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
ist hier nur der Verstärker 43b dargestellt.)
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Die
volldifferenziellen Verstärker 43a, 43b haben
im Unterschied zu Instrumentenverstärkern einen symmetrischen Ausgang.
Dadurch ist es möglich,
die Eingänge
mittels Gegenkopplung auf einem konstanten Potential zu halten.
In den einzelnen Rückkoppelpfaden
ist jeweils ein Widerstand R15 bzw. R16 angeordnet. An jedem seiner Eingänge (+, –) ist ein
Schalter 44a–44d angeschlossen,
mit dem der Eingang gegen ein Bezugspotential geschaltet werden
kann. Im Sendemodus werden die Eingänge mittels der Schalters 44a–44d fest
mit diesem Referenzpotential verbunden. Der Verstärker 43a bzw. 43b muss
somit nicht den steilen Signalflanken folgen und wird auch nicht
mit einem hohen Eingangsstrom belastet. Im Empfangsmodus sind die
Schalter 44a–44d dagegen
geöffnet.
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Die
beiden Eingänge
(+, –)
sind wiederum mit hohen Eingangsimpedanzen C2,
R13 bzw. C3, R14 beschaltet, um die Beeinflussung der Messung
so gering wie möglich
zu halten.