DE102018207544A1 - Electronic measuring circuit arrangement for generating a response signal to an excitation signal at an output of the electronic measuring circuit arrangement, electronic measuring device for detecting a capacitive measuring signal and method for detecting a capacitive measuring signal to an electronic measuring device - Google Patents

Electronic measuring circuit arrangement for generating a response signal to an excitation signal at an output of the electronic measuring circuit arrangement, electronic measuring device for detecting a capacitive measuring signal and method for detecting a capacitive measuring signal to an electronic measuring device Download PDF

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Thomas Buck
Kerrin DOESSEL
Christoph Schelling
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Robert Bosch GmbH
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    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektronische Messschaltungsanordnung (1) zum Erzeugen eines Antwortsignals (3) auf ein Anregungssignal (2) an einem Ausgang (A) der elektronischen Messschaltungsanordnung (1), umfassend eine Taktgebereinrichtung (4), mittels welcher eine zeitliche Taktung (t) für das Anregungssignal (2) vorgebbar ist; eine Anregungsvorrichtung (5), welche mit der Taktgebereinrichtung (4) verbunden ist, und mittels welcher das Anregungssignal (2) gemäß der Taktung (t) erzeugbar ist; zumindest einen elektronischen Messkanal (MK1), welcher mit der Anregungsvorrichtung (5) verbunden ist und welcher eine Kapazitätsbrücke (KB) umfasst, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) einen ersten Messkondensator (C1M), einen zweiten Messkondensator (C2M), einen ersten Referenzkondensator (C1R) und einen zweiten Referenzkondensator (C2R) umfasst, wobei der erste Messkondensator (C1M) und der zweite Messkondensator (C2M) in deren Kapazität durch einen äußeren Einfluss variabel sind und der erste Referenzkondensator (C1R) und der zweite Referenzkondensator (C2R) eine konstante Kapazität aufweisen, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) mit dem Ausgang (A) verbunden ist und das Antwortsignal (3) mittels der Kapazitätsbrücke (KB) erzeugbar ist; und eine erste mechanische Schwingvorrichtung (11a), welche an dem ersten Messkondensator (C1M) angeordnet ist, und/oder eine zweite mechanische Schwingvorrichtung (11b), welche an dem zweiten Messkondensator (C2M) angeordnet ist, wobei die erste mechanische Schwingvorrichtung (IIa) und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung (11b) mit dem jeweiligen Messkondensator (C1M; C2M) gekoppelt ist, so dass eine mechanische Energie vom Messkondensator (C1M; C2M) auf die Schwingvorrichtung (11a; 11b) übertragbar ist.The present invention provides an electronic measuring circuit arrangement (1) for generating a response signal (3) to an excitation signal (2) at an output (A) of the electronic measuring circuit arrangement (1), comprising a clock device (4), by means of which a temporal clocking (t ) for the excitation signal (2) can be predetermined; an excitation device (5) which is connected to the clock device (4) and by means of which the excitation signal (2) can be generated according to the timing (t); at least one electronic measuring channel (MK1) which is connected to the excitation device (5) and which comprises a capacitance bridge (KB), wherein the capacitance bridge (KB) comprises a first measuring capacitor (C1M), a second measuring capacitor (C2M), a first reference capacitor ( C1R) and a second reference capacitor (C2R), wherein the first measuring capacitor (C1M) and the second measuring capacitor (C2M) are variable in their capacitance by an external influence and the first reference capacitor (C1R) and the second reference capacitor (C2R) is a constant Have capacitance, wherein the capacity bridge (KB) is connected to the output (A) and the response signal (3) by means of the capacity bridge (KB) can be generated; and a first mechanical oscillating device (11a), which is arranged on the first measuring capacitor (C1M), and / or a second mechanical oscillating device (11b), which is arranged on the second measuring capacitor (C2M), wherein the first mechanical oscillating device (IIa) and / or the second mechanical oscillating device (11b) is coupled to the respective measuring capacitor (C1M; C2M), so that a mechanical energy from the measuring capacitor (C1M; C2M) can be transmitted to the oscillating device (11a; 11b).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Messschaltungsanordnung zum Erzeugen eines Antwortsignals auf ein Anregungssignal an einem Ausgang der elektronischen Messschaltungsanordnung, eine elektronische Messvorrichtung zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals und ein Verfahren zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals an einer elektronischen Messvorrichtung.The present invention relates to an electronic measuring circuit arrangement for generating a response signal to an excitation signal at an output of the electronic measuring circuit arrangement, to an electronic measuring device for detecting a capacitive measuring signal and to a method for detecting a capacitive measuring signal at an electronic measuring device.

Stand der TechnikState of the art

Bei Sensorvorrichtungen wird meist eine Ermittlung eines Messsignals angestrebt, welche möglichst wenig Störeinflüsse, etwa ein geringes Rauschen im Signal, bei der Messung mit sich zieht. Insbesondere betreffend das Internet der Dinge sowie mobile Anwendungen werden Sensoren benötigt, welche eine hohe Genauigkeit aufweisen und energiesparend sind. Für solche Anwendungen sind kapazitive Sensoren besonders gut geeignet, da das Messprinzip selbst keinen Strom zum Messbetrieb erfordert. Des Weiteren wird es ermöglicht Energie einzusparen, indem die Sensoren in einem gepulsten Betrieb betrieben werden. In einem gepulsten Betrieb mit einer pulsförmigen Spannung, etwa mit rechteckigen Profilen, zum Auslesen der Messkapazität des Sensors kann dieser allerdings ungewollt breitbandig zu mechanischen Eigenschwingungen angeregt werden, wodurch sich dem eigentlichen Messsignal ein Schwingungsrauschen überlagern kann.When sensor devices, a determination of a measurement signal is usually sought, which attracts as little interference, such as a low noise in the signal in the measurement with it. Particularly regarding the Internet of Things and mobile applications, sensors are required which have high accuracy and are energy-saving. Capacitive sensors are particularly well suited for such applications since the measuring principle itself does not require any current for measuring operation. Furthermore, it is possible to save energy by operating the sensors in a pulsed mode. In a pulsed operation with a pulsed voltage, such as with rectangular profiles, for reading the measuring capacity of the sensor, however, this unwanted broadband can be excited to mechanical natural vibrations, which can be superimposed on the actual measurement signal, a vibration noise.

In der DE 10 2016 107 299 A1 werden ein Messverfahren, eine Messschaltung sowie eine Messvorrichtung beschrieben, wobei mittels eines Zufallsjitters auf einem Abtastsignal eine Signalermittlung erfolgt. Ein Messverfahren umfasst das Erzeugen eines Antwortsignals als Antwort auf ein Anregungssignal mit einem Sensor. Das Verfahren umfasst auch das Erzeugen eines Abtasttaktsignals gemäß einem Pseudozufallsjitter und das Abtasten des Antwortsignals gemäß dem Abtasttaktsignal, um eine Vielzahl digitaler Abtastungen zu bestimmen. Das Verfahren umfasst auch das Kombinieren der Vielzahl digitaler Abtastungen, um eine Messabtastung zu bilden.In the DE 10 2016 107 299 A1 For example, a measuring method, a measuring circuit and a measuring device are described, wherein a signal is determined by means of a random jitter on a scanning signal. A measuring method comprises generating a response signal in response to an excitation signal with a sensor. The method also includes generating a sampling clock signal in accordance with a pseudorandom jitter and sampling the response signal in accordance with the sampling clock signal to determine a plurality of digital samples. The method also includes combining the plurality of digital samples to form a measurement sample.

In „C. Zhao; G. S. Wood; Jianbing Xie; H. Chang; S. Hui Pu; M. Kraft; A force sensor based on three weakly coupled resonators with ultrahigh sensitivity, Sensors and Actuators A 232 (2015) 151 - 162“, werden gekoppelte Schwingungssysteme zur Verstärkung von Sensorsignalen beschrieben.In "C. Zhao; G.S. Wood; Jianbing Xie; H. Chang; S. Hui Pu; M. Force; A force sensor based on three weakly coupled resonators with ultra-high sensitivity, Sensors and Actuators A 232 (2015) 151 - 162 ", describes coupled vibration systems for amplifying sensor signals.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektronische Messschaltungsanordnung zum Erzeugen eines Antwortsignals auf ein Anregungssignal an einem Ausgang der elektronischen Messschaltungsanordnung nach Anspruch 1, eine elektronische Messvorrichtung zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals nach Anspruch 10 und ein Verfahren zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals an einer elektronischen Messvorrichtung nach Anspruch 12.The present invention provides an electronic measuring circuit arrangement for generating a response signal to an excitation signal at an output of the electronic measuring circuit arrangement according to claim 1, an electronic measuring device for detecting a capacitive measuring signal according to claim 10 and a method for detecting a capacitive measuring signal at an electronic measuring device according to claim 12 ,

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are subject of the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine rauscharme Signalermittlung zu erzielen, wobei das Signalrauschen eines Ausgangssignals der Messschaltungsanordnung, etwa das Eigenschwingungsrauschen auf dem Messsignal dieser, verringert werden kann, indem die mechanische Schwingungsenergie der Messkondensatoren an ein angekoppeltes schwingfähiges Element übertragen und dadurch der Messvorrichtung entzogen werden kann.The idea underlying the present invention is to achieve a low-noise signal detection, wherein the signal noise of an output signal of the measuring circuit, such as the natural vibration noise on the measuring signal of this, can be reduced by transmitting the mechanical vibration energy of the measuring capacitors to a coupled oscillatory element and thereby the measuring device can be withdrawn.

Erfindungsgemäß umfasst die elektronische Messschaltungsanordnung zum Erzeugen eines Antwortsignals auf ein Anregungssignal an einem Ausgang der elektronischen Messschaltungsanordnung eine Taktgebereinrichtung, mittels welcher eine zeitliche Taktung für das Anregungssignal vorgebbar ist; eine Anregungsvorrichtung, welche mit der Taktgebereinrichtung verbunden ist, und mittels welcher das Anregungssignal gemäß der Taktung erzeugbar ist; zumindest einen elektronischen Messkanal, welcher mit der Anregungsvorrichtung verbunden ist und welcher eine Kapazitätsbrücke umfasst, wobei die Kapazitätsbrücke einen ersten Messkondensator, einen zweiten Messkondensator, einen ersten Referenzkondensator und einen zweiten Referenzkondensator umfasst, wobei der erste Messkondensator und der zweite Messkondensator in deren Kapazität durch einen äußeren Einfluss variabel sind und der erste Referenzkondensator und der zweite Referenzkondensator eine konstante Kapazität aufweisen, wobei die Kapazitätsbrücke mit dem Ausgang verbunden ist und das Antwortsignal mittels der Kapazitätsbrücke erzeugbar ist. Des Weiteren umfasst die Messschaltungsanordnung eine erste mechanische Schwingvorrichtung, welche an dem ersten Messkondensator angeordnet ist, und/oder eine zweite mechanische Schwingvorrichtung, welche an dem zweiten Messkondensator angeordnet ist, wobei die erste mechanische Schwingvorrichtung und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung mit dem jeweiligen Messkondensator gekoppelt ist, so dass eine mechanische Energie vom Messkondensator auf die Schwingvorrichtung übertragbar ist.According to the invention, the electronic measuring circuit arrangement for generating a response signal to an excitation signal at an output of the electronic measuring circuit arrangement comprises a clock device, by means of which a temporal clocking for the excitation signal can be predetermined; an excitation device connected to the clock means and by means of which the excitation signal can be generated in accordance with the clocking; at least one electronic measuring channel, which is connected to the excitation device and which comprises a capacitance bridge, wherein the capacitance bridge comprises a first measuring capacitor, a second measuring capacitor, a first reference capacitor and a second reference capacitor, wherein the first measuring capacitor and the second measuring capacitor in their capacity by a external influence are variable and the first reference capacitor and the second reference capacitor having a constant capacitance, wherein the capacitance bridge is connected to the output and the response signal is generated by means of the capacitance bridge. Furthermore, the Measuring circuit arrangement, a first mechanical oscillating device, which is arranged on the first measuring capacitor, and / or a second mechanical oscillating device, which is arranged on the second measuring capacitor, wherein the first mechanical oscillating device and / or the second mechanical oscillating device is coupled to the respective measuring capacitor, so that a mechanical energy from the measuring capacitor to the oscillating device is transferable.

Vorteilhaft ist die erste mechanische Schwingvorrichtung und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung mit dem jeweiligen Messkondensator über einen Kopplungsmechanismus, beispielsweise einen mechanischen Kopplungsmechanismus, gekoppelt, so dass eine mechanische Energie vom Messkondensator auf die daran angeordnete Schwingvorrichtung übertragbar ist. Advantageously, the first mechanical oscillating device and / or the second mechanical oscillating device is coupled to the respective measuring capacitor via a coupling mechanism, for example a mechanical coupling mechanism, so that a mechanical energy can be transmitted from the measuring capacitor to the oscillating device arranged thereon.

Das Antwortsignal umfasst vorteilhaft eine Information über einen an dem ersten Messkondensator und an dem zweiten Messkondensator vorliegenden und zu messenden Zustand, beispielsweise einen dort vorherrschenden Druck, auf welchen aus momentanen Kapazitäten (Änderungen der Kapazität) der Messkondensatoren relativ zu den Referenzkondensatoren rückgeschlossen werden kann. Die Messung erfolgt durch eine Ansteuerung der Messkondensatoren mit dem Anregungssignal.The response signal advantageously comprises information about a state present and to be measured at the first measuring capacitor and at the second measuring capacitor, for example a prevailing pressure, which can be deduced from the instantaneous capacitances (changes in the capacitance) of the measuring capacitors relative to the reference capacitors. The measurement is carried out by controlling the measuring capacitors with the excitation signal.

Es ist hierbei vorteilhaft möglich, dass die Messkondensatoren und/oder die Referenzkondensatoren jeweils oder vereinzelt nur einen Kondensator oder eine Mehrzahl parallel geschalteter Kondensatoren oder Kapazitäten umfassen.In this case, it is advantageously possible that the measuring capacitors and / or the reference capacitors in each case or occasionally comprise only one capacitor or a plurality of capacitors or capacitors connected in parallel.

Es können vorteilhaft auch mehrere Messkanäle in der Messschaltungsanordnung umfasst sein, welche vorteilhaft gleich aufgebaut sein können, oder verschiedene Bauelemente oder Verschaltungsarten aufweisen können. Die Anregungseinrichtung sendet das in ihrer Form und Dauer sowie in charakteristischen Zeitskalen und im Oszillationsverhalten/frequenzen (Variationsverhalten, zeitliche Taktung) durch die Taktgebereinrichtung vorherbestimmte Anregungssignal an den oder die Messkanäle.Advantageously, it is also possible to include a plurality of measuring channels in the measuring circuit arrangement, which advantageously can have the same design, or can have different components or types of connection. The excitation device transmits the excitation signal predetermined in terms of shape and duration as well as in characteristic time scales and oscillation behavior / frequencies (variation behavior, temporal clocking) to the one or more measurement channels by the timing device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung ist die erste mechanische Schwingvorrichtung und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung jeweils mit zumindest einer weiteren Schwingvorrichtung gekoppelt.According to a preferred embodiment of the measurement circuit arrangement, the first mechanical oscillation device and / or the second mechanical oscillation device are each coupled to at least one further oscillation device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung umfassen die erste mechanische Schwingvorrichtung und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung ein fluidisches Volumenelement.According to a preferred embodiment of the measurement circuit arrangement, the first mechanical oscillation device and / or the second mechanical oscillation device comprise a fluidic volume element.

Hierbei ist es möglich, dass eine erste mechanische Schwingvorrichtung ein fluidisches Volumenelement umfasst und eine zweite mechanische Schwingvorrichtung eine anderes schwingfähiges Element, etwa eine Membran oder einen Biegebalken.In this case, it is possible that a first mechanical oscillating device comprises a fluidic volume element and a second mechanical oscillating device comprises another vibratable element, for example a diaphragm or a bending beam.

Das fluidische Volumenelement ist vorteilhaft an einer schwingenden Elektrode oder Membran des Messkondensators angeordnet und kann als ein Deckel diese Elektrode oder Membran bedecken und/oder überspannen und eine Dämpfung des Schwingverhaltens der Elektrode oder Membran bewirken. Das fluidische Volumenelement kann einen Deckel als Deckelelement umfassen und kann zur Elektrode oder Membran des Messkondensators hin vorteilhaft ein im Wesentlichen geschlossenes fluidisches Volumen abgrenzen, vorteilhaft gegenüber einer Umgebung.The fluidic volume element is advantageously arranged on a vibrating electrode or membrane of the measuring capacitor and can cover and / or span this electrode or membrane as a cover and cause an attenuation of the oscillation behavior of the electrode or membrane. The fluidic volume element may comprise a cover as cover element and may advantageously delimit a substantially closed fluid volume towards the electrode or membrane of the measurement condenser, advantageously in relation to an environment.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung umfasst das fluidische Volumenelement eine Mehrzahl von Öffnungen für einen Druckausgleich mit einer Umgebung des fluidischen Volumenelements.According to a preferred embodiment of the measuring circuit arrangement, the fluidic volume element comprises a plurality of openings for a pressure equalization with an environment of the fluidic volume element.

Die Öffnungen können vorteilhaft eine Passage eines umgebenden Mediums in das und aus dem fluidischen Volumenelement ermöglichen. Solche Öffnungen können vorteilhaft in einem Randbereich eines Deckelelements angeordnet sein, während ein Mittelbereich des Deckelelements über der Elektrode oder Membran des Messkondensators vorteilhaft frei von Öffnungen ist und vorteilhaft geschlossen überdeckt sein kann.The openings may advantageously allow passage of a surrounding medium into and out of the fluidic volume element. Such openings may advantageously be arranged in an edge region of a cover element, while a central region of the cover element over the electrode or membrane of the measuring capacitor is advantageously free of openings and may advantageously be covered closed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung ist eine weitere Schwingvorrichtung mechanisch oder kapazitiv oder fluidisch mit der ersten mechanischen Schwingvorrichtung und/oder mit der zweiten mechanischen Schwingvorrichtung gekoppelt.According to a preferred embodiment of the measurement circuit arrangement, a further oscillation device is coupled mechanically or capacitively or fluidically to the first mechanical oscillation device and / or to the second mechanical oscillation device.

Die mechanische Kopplung kann vorteilhaft durch eine verbindende Koppelmembran oder eine verbindende Koppelbrücke realisiert sein, wodurch eine mechanische Schwingungsenergie von einem Messkondensator auf eine Schwingvorrichtung übertragen werden kann. The mechanical coupling can be advantageously realized by a connecting coupling membrane or a connecting coupling bridge, whereby a mechanical vibration energy can be transferred from a measuring capacitor to a vibrating device.

Die fluidische Kopplung ist vorteilhaft mit einer Umgebung einer Schwingvorrichtung realisiert, vorteilhaft über ein in Wesentlichen nach außen abgegrenztes und offenes fluidisches Volumenelement.The fluidic coupling is advantageously realized with an environment of a vibration device, advantageously via an essentially outwardly delimited and open fluidic volume element.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung umfasst die erste mechanische Schwingvorrichtung und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung und/oder eine weitere Schwingvorrichtung eine Membran oder einen Biegebalken.According to a preferred embodiment of the measurement circuit arrangement, the first mechanical oscillation device and / or the second mechanical oscillation device and / or a further oscillation device comprises a membrane or a bending beam.

Hierbei ist es möglich, dass nur Membranen oder Biegebalken miteinander gekoppelt werden oder Membranen und Biegebalken gemischt untereinander gekoppelt werden.Here it is possible that only membranes or bending beams are coupled together or membranes and bending beams are mixed with each other coupled.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung sind der erste und der zweite Messkondensator druckempfindlich, wobei eine Kapazität des ersten und des zweiten Messkondensators auf eine Änderung eines äußeren Einflusses stärker variiert als eine Kapazität des ersten und des zweiten Referenzkondensators.According to a preferred embodiment of the measuring circuit arrangement, the first and the second measuring capacitor are pressure-sensitive, wherein a capacitance of the first and the second measuring capacitor varies more strongly to a change of an external influence than a capacitance of the first and the second reference capacitor.

Durch die stärkere Variation kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass es sich bei den Messkondensatoren um jene Bauelemente handelt, mittels welcher ein Druck gemessen wird.Due to the greater variation, it can be advantageously ensured that the measuring capacitors are those components by means of which a pressure is measured.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung umfasst die Kapazitätsbrücke eine Wheatstone-Brücke.According to a preferred embodiment of the measuring circuit arrangement, the capacitance bridge comprises a Wheatstone bridge.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messschaltungsanordnung umfassen die Messkanäle alle eine gleiche Kapazität und eine gleiche mechanische Eigenfrequenz.According to a preferred embodiment of the measuring circuit arrangement, the measuring channels all comprise a same capacitance and a same mechanical natural frequency.

Erfindungsgemäß umfasst die elektronische Messvorrichtung zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals eine erfindungsgemäße elektronische Messschaltungsanordnung; eine Signalverstärkereinrichtung, welche mit dem Ausgang der Messschaltung verbunden ist, und welche dazu eingerichtet ist das Antwortsignal vom Ausgang zu empfangen; eine Analog-Digital-Wandlereinrichtung, welche der Signalverstärkereinrichtung nachgeschaltet ist; und eine Filtereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein Signal der Analog-Digital-Wandlereinrichtung zu empfangen, und welche dazu eingerichtet ist, ein digitales Ausgabesignal als kapazitives Messsignal zu erzeugen.According to the invention, the electronic measuring device for detecting a capacitive measuring signal comprises an electronic measuring circuit arrangement according to the invention; a signal amplifier means connected to the output of the measurement circuit and adapted to receive the response signal from the output; an analog-to-digital converter device, which is connected downstream of the signal amplifier device; and a filter device configured to receive a signal from the analog-to-digital converter device and configured to generate a digital output signal as a capacitive measurement signal.

Das kapazitive Messsignal kann vorteilhaft bereits in einer solchen Form ausgegeben werden, dass es von einer digitalen Einrichtung, beispielsweise einer Digitalschaltung, einem Steuergerät oder einem Computer, weiterverarbeitet oder zumindest ausgelesen werden kann.The capacitive measuring signal can advantageously already be output in such a form that it can be further processed or at least read out by a digital device, for example a digital circuit, a control device or a computer.

Die Signalverstärkereinrichtung kann vorteilhaft das Antwortsignal mit einer Abtastfrequenz abtasten und die Filtereinrichtung kann das verstärkte Signal über mehrere Abtastungen und Anregungssignalpulse hinweg mitteln.The signal amplifier means may advantageously sample the response signal at a sampling frequency and the filtering means may average the amplified signal over a plurality of samples and excitation signal pulses.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Messvorrichtung, ist diese als Drucksensor, Mikrophon, Beschleunigungssensor oder Drehratensensor ausgebildet.According to a preferred embodiment of the electronic measuring device, this is designed as a pressure sensor, microphone, acceleration sensor or yaw rate sensor.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals an einer elektronischen Messvorrichtung in einem Verfahrensschritt S1 ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen elektronischen Messvorrichtung. In einem weiteren Verfahrensschritt S2 erfolgt ein Vorgeben einer zeitlichen Taktung an einer Taktgebereinrichtung und ein Erzeugen eines Anregungssignals mit einer Anregungsvorrichtung basierend auf der zeitlichen Taktung. In einem Verfahrensschritt S3 erfolgt ein Ansteuern von zumindest einem elektronischen Messkanal mit dem Anregungssignal, welcher eine Kapazitätsbrücke umfasst, wobei die Kapazitätsbrücke einen ersten Messkondensator, einen zweiten Messkondensator, einen ersten Referenzkondensator und einen zweiten Referenzkondensator umfasst, wobei der erste Messkondensator und der zweite Messkondensator in deren Kapazität durch einen äußeren Einfluss variabel sind und der erste Referenzkondensator und der zweite Referenzkondensator eine konstante Kapazität aufweisen, wobei die Kapazitätsbrücke mit dem Ausgang verbunden ist und das Antwortsignal mittels der Kapazitätsbrücke erzeugt wird. Des Weiteren erfolgt in einem Verfahrensschritt S4 ein Ansteuern einer Signalverstärkereinrichtung, einer Analog-Digital-Wandlereinrichtung und einer Filtereinrichtung, mit dem Antwortsignal und ein Erzeugen eines digitalen Ausgabesignals als kapazitives Messsignal aus dem Antwortsignal.According to the invention, in the method for detecting a capacitive measuring signal at an electronic measuring device takes place in a method step S1 a provision of an electronic measuring device according to the invention. In a further process step S2 there is a predetermining of a time clocking on a clock generator device and generating an excitation signal with an excitation device based on the time clocking. In one process step S3 there is a driving of at least one electronic measuring channel with the excitation signal, which comprises a capacitance bridge, wherein the capacitance bridge comprises a first measuring capacitor, a second measuring capacitor, a first reference capacitor and a second reference capacitor, wherein the first measuring capacitor and the second measuring capacitor in their capacity by a external influence are variable and the first reference capacitor and the second reference capacitor have a constant capacitance, wherein the capacitance bridge is connected to the output and the response signal is generated by means of the capacitance bridge. Furthermore, in a process step S4 driving a signal amplifier device, an analogue Digital converter device and a filter device, with the response signal and generating a digital output signal as a capacitive measurement signal from the response signal.

Das Verfahren zeichnet sich vorteilhaft durch die in Verbindung mit der Messschaltungsanordnung und der Messvorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile aus und umgekehrt.The method is advantageously characterized by the features and advantages described in connection with the measuring circuit arrangement and the measuring device, and vice versa.

Betreffend die Messkondensatoren ist die Eigenschaft und Größe deren schwingfähiger Membran (Elektrode) vorteilhaft bekannt, woher das Resonanzschwingverhalten vorteilhaft herleitbar ist. Durch die vorteilhaft bekannten Größen und Parameter der Messkondensatoren kann folglich einfach, etwa nach Abgleich mit Referenzkondensatoren, auf den Druck am Messkondensator rückgeschlossen werden.With regard to the measurement capacitors, the property and size of their oscillatable membrane (electrode) is advantageously known, from which the resonant oscillation behavior can advantageously be derived. Due to the advantageously known sizes and parameters of the measuring capacitors can therefore be easily deduced, for example after comparison with reference capacitors, on the pressure at the measuring capacitor.

Die mechanische Schwingungsenergie des Messkondensators wird vorteilhaft auf die mechanische Schwingvorrichtung übertragen. Mit anderen Worten wird die Schwingungsenergie von einem kapazitiv in der Messschaltungsanordnung wirksamen Bauelement auf ein in der Messschaltungsanordnung kapazitiv unwirksames Bauelement, vorteilhaft die mechanische erste oder zweite oder weitere Schwingvorrichtung, übertragen. Die erste und/oder zweite und/oder weitere Schwingvorrichtung ist vorteilhaft elektrisch nicht in den Messkanal eingebunden. Die mechanische Schwingungsenergie wird vorteilhaft in der ersten und/oder zweiten und/oder weiteren Schwingvorrichtung lokalisiert und gedämpft, wodurch das durch die Auslesespannungspulse ungewollt angeregten Eigenschwingungen bedingte Schwingungsrauschen in dem Messkanal verringert werden kann. Daher umfasst das Antwortsignal nach einer charakteristischen Energieübertragungszeit an die erste und/oder zweite und/oder weitere Schwingvorrichtung vorteilhaft kein oder nur ein geringes Schwingungsrauschen bedingt durch das Anregungssignal.The mechanical vibration energy of the measuring capacitor is advantageously transferred to the mechanical oscillating device. In other words, the oscillation energy is transferred from a component which is capacitively active in the measuring circuit arrangement to a component which is capacitively ineffective in the measuring circuit arrangement, advantageously the mechanical first or second or further oscillating device. The first and / or second and / or further oscillating device is advantageously not electrically connected to the measuring channel. The mechanical oscillation energy is advantageously localized and damped in the first and / or second and / or further oscillating device, whereby the oscillatory noise caused by the read-out voltage pulses in the measuring channel can be reduced. Therefore, after a characteristic energy transfer time to the first and / or second and / or further oscillating device, the response signal advantageously comprises no or only slight oscillation noise due to the excitation signal.

Durch das vorteilhaft deutlich reduzierte Schwingungsrauschen kann eine verbesserte Messauflösung der Messvorrichtung erzielt werden, beispielsweise vorteilhaft für kapazitive MEMS-Sensoren.By advantageously significantly reduced vibration noise, an improved measurement resolution of the measuring device can be achieved, for example, advantageous for capacitive MEMS sensors.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt in einem Verfahrensschritt S5 ein Ermitteln einer Messgröße aus dem Messsignal erst nach einer charakteristischen Einschwingzeit der ersten mechanischen Schwingvorrichtung und/oder der zweiten mechanischen Schwingvorrichtung.According to a preferred embodiment of the method takes place in a process step S5 determining a measured variable from the measuring signal only after a characteristic settling time of the first mechanical oscillating device and / or the second mechanical oscillating device.

Die charakteristische Einschwingzeit ist vorteilhaft jene Zeit, welche vom System des Messkanals und der ersten mechanischen Schwingvorrichtung und/oder der zweiten mechanischen Schwingvorrichtung und/oder der weiteren Schwingvorrichtung benötigt wird, um die Schwingungsenergie vom Messkanal größtenteils auf die Schwingvorrichtung(en) zu übertragen.The characteristic transient time is advantageously that time which is required by the system of the measurement channel and the first mechanical oscillation device and / or the second mechanical oscillation device and / or the further oscillation device to transfer the oscillation energy from the measurement channel largely to the oscillation device (s).

Das Ermitteln der Messgröße, vorteilhaft eine Signalerfassung, beginnt vorteilhaft nach einer charakteristischen Einschwingzeit, welche auch eine charakteristische Abklingzeit der Schwingung sein kann, beispielsweise als t2 = 2m/d, wobei m die Masse und d die Dämpfungskonstante des schwingenden Systems ist. Nach der Einschwingzeit oder der Abklingzeit weist der Messkanal und die Messvorrichtung vorteilhaft kein oder ein stark vermindertes Schwingungsrauschen auf, da die mechanische Schwingenergie des Schwingungsrauschens vorteilhaft auf die erste und/oder zweite und/oder weitere Schwingvorrichtung übertragen worden ist.The determination of the measured variable, advantageously a signal detection, advantageously begins after a characteristic settling time, which can also be a characteristic decay time of the oscillation, for example as t 2 = 2m / d, where m is the mass and d is the damping constant of the oscillating system. After the settling time or the decay time, the measuring channel and the measuring device advantageously have no or greatly reduced oscillation noise, since the mechanical oscillation energy of the oscillation noise has advantageously been transferred to the first and / or second and / or further oscillating device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt in einem Verfahrensschritt S5 ein Ermitteln einer Messgröße aus dem Messsignal in einem Ruhezustand des ersten Messkondensators und/oder des zweiten Messkondensators, wobei sich der Ruhezustand nach einer charakteristischen Schwebungsfrequenz des jeweiligen Messkondensators und der angekoppelten mechanischen Schwingvorrichtung ergibt.According to a preferred embodiment of the method takes place in a process step S5 determining a measured variable from the measurement signal in a quiescent state of the first measurement capacitor and / or the second measurement capacitor, wherein the idle state results after a characteristic beat frequency of the respective measurement capacitor and the coupled mechanical oscillation device.

Als alternative Ausführung zum Ermitteln der Messgröße nach einer charakteristischen Einschwingzeit kann das Ermitteln im Ruhezustand erfolgen, wenn vorteilhaft die Schwingungsenergie entsprechend einer Schwebung zwischen der Elektrode oder Membran des Messkondensators und der Schwingvorrichtung hin- und her oszillieren.As an alternative embodiment for determining the measured variable after a characteristic settling time, the determination can take place in the idle state, if advantageous oscillating the oscillation energy according to a beat between the electrode or membrane of the measuring capacitor and the oscillating device back and forth.

Durch ein gepulstes Ausleseverfahren kann eine Sensorvorrichtung, insbesondere eine kapazitive Sensorvorrichtung, in deren Energiesparsamkeit verbessert werden. Durch ein rechteckförmig gepulstes Anregungssignal können die Messschaltung und deren Bauelemente jedoch ungewollt zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Bei einem Kondensator, etwa bei dem Messkondensator, entstehen durch die gepulste Spannung elektrische Potentialdifferenzen zwischen dessen beiden Elektroden, was zu einer relativen Anziehungskraft führt, wodurch mechanische Eigenschwingungsmoden angeregt werden. Auf diese Weise überlagert sich dem eigentlichen, statischen Messsignal ein kleiner dynamischer Rauschanteil. Dieser Effekt kann allerdings auch bei anderen zeitlich variablen Anregungssignalmustern auftreten. Beispielsweise kann eine Grundmode der mechanischen Eigenschwingungen zu einem elektrisch messbaren Schwingverhalten der Messkapazitäten, insbesondere der Messkondensatoren, führen, was zu einem Schwingungsrauschen eines Antwortsignals am Ausgang führt. Die Dämpfung oder Güte eines mechanisch schwingenden Systems bestimmt dessen Abklingzeit. Bei kapazitiver Messung weist das System vorteilhaft eine niedrige mechanische Schwingungsgüte bezüglich einer Auslesepulsanregung auf.By means of a pulsed readout method, a sensor device, in particular a capacitive sensor device, can be improved in its energy-saving efficiency. By a rectangular pulsed excitation signal, the measuring circuit and its components can be unintentionally excited to mechanical vibrations. In a capacitor, such as the measuring capacitor, caused by the pulsed voltage electrical potential differences between the two electrodes, resulting in a relative attractive force, whereby natural mechanical vibration modes are excited. In this way, a small dynamic noise component is superimposed on the actual static measurement signal. However, this effect can also occur with other time-variable excitation signal patterns. For example, can a fundamental mode of the mechanical natural oscillations lead to an electrically measurable oscillation behavior of the measuring capacitors, in particular of the measuring capacitors, which leads to a vibration noise of a response signal at the output. The damping or quality of a mechanically oscillating system determines its decay time. When capacitive measurement, the system advantageously has a low mechanical vibration quality with respect to a read pulse excitation.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer elektronischen Messvorrichtung mit einer elektronischen Messschaltungsanordnung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Anordnung einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung mit mehreren weiteren Schwingvorrichtungen in Draufsicht gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines ersten Messkondensators mit einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung mit einem fluidischen Volumen gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung eines ersten Messkondensators mit einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung im Querschnitt längs eines Schnittes Q-Q' aus 2 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine schematische Darstellung eines ersten Messkondensators mit einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung im Querschnitt längs eines Schnittes Q-Q' aus 2 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Abfolge von Verfahrensschritten gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
  • 7 eine zeitliche Darstellung einer Schwebefrequenz mit einem Ruhezustand.
Show it:
  • 1 a schematic representation of an electronic measuring device with an electronic measuring circuit arrangement according to an embodiment of the present invention;
  • 2 a schematic arrangement of a first mechanical vibrating device with a plurality of other oscillating devices in plan view according to an embodiment of the present invention;
  • 3 a schematic representation of a first measuring capacitor with a first mechanical oscillating device with a fluidic volume according to an embodiment of the present invention;
  • 4 a schematic representation of a first measuring capacitor with a first mechanical oscillating device in cross section along a section QQ 'from 2 according to an embodiment of the present invention;
  • 5 a schematic representation of a first measuring capacitor with a first mechanical oscillating device in cross section along a section QQ 'from 2 according to another embodiment of the present invention;
  • 6 a schematic representation of a sequence of method steps according to an embodiment of the present invention; and
  • 7 a temporal representation of a hover frequency with a resting state.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Messvorrichtung mit einer elektronischen Messschaltungsanordnung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of an electronic measuring device with an electronic measuring circuit arrangement according to an embodiment of the present invention.

Die elektronische Messvorrichtung 10 zum Erfassen eines kapazitiven Messsignal S umfasst eine elektronische Messschaltungsanordnung 1, wobei eine Signalverstärkereinrichtung 7 mit dem Ausgang A der Messschaltungsanordnung 1 verschaltet ist und das vom Messkanal MK1 ausgegebene Antwortsignal 3 von der Messschaltungsanordnung 1 empfängt. Vom Ausgang A weg ist der Signalverstärkereinrichtung 7 nachfolgend eine Analog-Digital-Wandlereinrichtung 8 nachgeschaltet, welcher wiederum eine Filtereinrichtung 9 nachgeschaltet ist, welche aus dem Antwortsignal 3 ein kapazitives Messsignal S als digitales Ausgabesignal der Messvorrichtung 10 erzeugt. Das kapazitive Messsignal S kann selbst aus zumindest zwei Teilsignalen bestehen, welche jeweils von den Signalen der ersten Brückenabschnitte KB11 und KB12 stammen können. In der elektrischen Messschaltungsanordnung 1 erzeugt eine Taktgebereinrichtung 4 eine zeitliche Taktung t. Mit der Taktgebereinrichtung 4 ist eine Anregungseinrichtung 5 verbunden, wobei ein Taktsignal mit der zeitlichen Taktung t an die Anregungseinrichtung 5 weitergeleitet wird. Die Anregungseinrichtung 5 erzeugt, basierend auf der Taktung t, ein Anregungssignal 2, beispielsweise einen rechteckförmigen Auslesespannungspuls, mit welcher ein elektronischer Messkanal MK1 angesteuert wird. Der erste elektronische Messkanal MK1 umfasst einen gemeinsamen ersten Eingangsknoten X1, in welchem ein erster Brückenabschnitt KB11 und ein zweiter Brückenabschnitt KB12 des ersten Messkanals MK1 verschaltet sind. Hierbei umfasst der Messkanal MK1 eine Kapazitätsbrücke KB, mit vorteilhaft dem ersten und dem zweiten Brückenabschnitt KB11 und KB12. Die Kapazitätsbrücke KB1 umfasst weiterhin einen zweiten gemeinsamen Eingangsknoten Y1, in welchem die beiden Brückenabschnitte KB11 und KB12 miteinander verschaltet sind. Ebenso wie der erste Eingangsknoten X1 ist auch der zweite Eingangsknoten Y1 mit der Anregungseinrichtung 5 verschaltet und kann auf einem Massepotenzial liegen. Der erste Brückenabschnitt KB11 umfasst einen ersten Messkondensator C1M und einen ersten Referenzkondensator C1R, welche im ersten Brückenabschnitt KB11 miteinander in Reihe geschaltet sind. Der zweite Brückenabschnitt KB12 umfasst einen zweiten Messkondensator C2M und einen zweiten Referenzkondensator C2R, welche im zweiten Brückenabschnitt KB12 miteinander in Reihe geschaltet sind, jedoch bezüglich der beiden Eingangsknoten X1 und Y1 vorteilhaft in umgekehrter Reihenfolge wie die Kondensatoren im ersten Brückenabschnitt KB11. In jedem der Brückenabschnitte kann das Signal zwischen dem Messkondensator und dem Referenzkondensator zum Ausgang A hin geführt werden.The electronic measuring device 10 for detecting a capacitive measuring signal S includes electronic measurement circuitry 1 wherein a signal amplifier means 7 with the exit A the measuring circuit arrangement 1 is connected and that of the measuring channel MK1 output response signal 3 from the measurement circuitry 1 receives. From the exit A gone is the signal amplifier device 7 below an analog-to-digital converter device 8th downstream, which in turn a filter device 9 is downstream, which from the response signal 3 a capacitive measurement signal S as a digital output signal of the measuring device 10 generated. The capacitive measuring signal S may itself consist of at least two partial signals, each of which is dependent on the signals of the first bridge sections KB11 and KB12 can come. In the electrical measuring circuit arrangement 1 generates a clock device 4 a temporal clocking t , With the clock device 4 is an excitation device 5 connected, wherein a clock signal with the timing t to the excitation device 5 is forwarded. The excitation device 5 generated based on the timing t , an excitation signal 2 , For example, a rectangular readout voltage pulse, with which an electronic measuring channel MK1 is controlled. The first electronic measuring channel MK1 includes a common first input node X1 in which a first bridge section KB11 and a second bridge section KB12 of the first measuring channel MK1 are interconnected. Here, the measuring channel includes MK1 a capacity bridge KB , with advantageous the first and the second bridge section KB11 and KB12 , The capacity bridge KB1 further comprises a second common input node Y1 in which the two bridge sections KB11 and KB12 interconnected with each other. Like the first entrance node X1 is also the second entrance node Y1 with the excitation device 5 interconnected and can be at a ground potential. The first bridge section KB11 includes a first measuring capacitor 1M and a first reference capacitor C1R , which in the first bridge section KB11 connected in series with each other. The second bridge section KB12 includes a second measuring capacitor C2M and a second reference capacitor C2R , which in the second bridge section KB12 are connected in series with each other, but with respect to the two input nodes X1 and Y1 advantageous in reverse order as the capacitors in the first bridge section KB11 , In each of the bridge sections, the signal between the measuring capacitor and the reference capacitor to the output A be led out.

2 zeigt eine schematische Anordnung einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung mit mehreren weiteren Schwingvorrichtungen in Draufsicht gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic arrangement of a first mechanical oscillating device with several other oscillating devices in plan view according to an embodiment of the present invention.

Die erste mechanische Schwingvorrichtung 11a kann vorteilhaft an dem ersten Messkondensator C1M oder an einem zweiten Messkondensator C2M angeordnet sein und weiterhin mit einer ersten 11a, einer zweiten 11b oder einer weiteren mechanischen Schwingvorrichtung 11c verbunden, vorteilhaft mechanisch schwingfähig gekoppelt sein. Eine mechanische Schwingenergie kann vorteilhaft von dem Messkondensator (ersten oder zweiten) auf die erste oder zweite Schwingvorrichtung 11a oder 11b und weiter auf die weitere Schwingvorrichtung 11c vorteilhaft teilweise oder vollständig übertragen werden. Die erste oder zweite Schwingvorrichtung 11a oder 11b kann vorteilhaft über einen Kopplungskanal K mit der weiteren Schwingvorrichtung 11c verbunden und schwingfähig gekoppelt sein. Bei dem Kopplungskanal kann es sich beispielsweise um ein Vakuum, ein Gas, eine Feder, ein Fluid oder ein Brückenbauteil zwischen schwingfähigen Membranen oder Elektroden handeln. The first mechanical oscillating device 11a can be advantageous to the first measuring capacitor 1M or on a second measuring capacitor C2M be arranged and continue with a first 11a , a second one 11b or another mechanical oscillating device 11c connected, advantageously be coupled mechanically vibrating. A mechanical oscillating energy may advantageously be from the measuring capacitor (first or second) to the first or second oscillating device 11a or 11b and on to the further oscillating device 11c Advantageously be transferred partially or completely. The first or second oscillating device 11a or 11b can be advantageous over a coupling channel K with the further oscillating device 11c be coupled and vibratory coupled. The coupling channel can be, for example, a vacuum, a gas, a spring, a fluid or a bridge component between oscillatable membranes or electrodes.

Die erste oder zweite Schwingvorrichtung 11a oder 11b kann gleichzeitig mit mehreren weiteren Schwingvorrichtungen 11c über vorteilhaft jeweils eigene Kopplungskanäle K verbunden sein. Die weiteren Schwingvorrichtungen 11c können lateral um die erste oder zweite Schwingvorrichtung 11a oder 11b in einer Reihe oder auch anders angeordnet sein. Anstatt oder zusätzlich mit der ersten oder zweiten Schwingvorrichtung 11a oder 11b kann die zumindest eine weitere Schwingvorrichtung 11c auch mit der schwingenden Elektrode/Membran des Messkondensators über die Kopplungskanäle K gekoppelt sein. Hierbei umfasst vorteilhaft der Messkondensator die zur kapazitiven Messung wirksame Elektrode/Membran, welche an die erste und die weiteren Schwingvorrichtungen schwingfähig gekoppelt sein kann, und die weitere(n) Schwingvorrichtungen 11c oder auch die erste Schwingvorrichtung 11a eine kapazitiv zur Messung unwirksame Membran, welche an die Membran des Messkondensators über den Kopplungskanal gekoppelt sein kann. Die Stärke der Kopplungen der Kopplungskanäle kann sich untereinander unterscheiden oder gleich sein. Die gekoppelten Schwingvorrichtungen können über einen unterschiedlichen oder gleichen mechanischen Aufbau oder Dimensionen verfügen. Die Verbindungslinie Q - Q' bezieht sich auf einen Anordnung einer ersten Schwingvorrichtung 11a am ersten Messkondensator C1M.The first or second oscillating device 11a or 11b can simultaneously with several other vibrating devices 11c Advantageously each own coupling channels K be connected. The other vibrating devices 11c can laterally around the first or second vibrating device 11a or 11b be arranged in a row or otherwise. Instead of or in addition to the first or second oscillating device 11a or 11b can the at least one further oscillating device 11c also with the oscillating electrode / membrane of the measuring capacitor via the coupling channels K be coupled. In this case, the measuring capacitor advantageously comprises the electrode / membrane which is effective for the capacitive measurement and which can be coupled in an oscillatable manner to the first and the further oscillating devices, and the further oscillating devices 11c or the first oscillating device 11a a capacitive for measurement ineffective membrane, which may be coupled to the membrane of the measuring capacitor via the coupling channel. The strength of the couplings of the coupling channels can be different or equal to each other. The coupled vibratory devices may have a different or the same mechanical structure or dimensions. The connecting line Q - Q 'refers to an arrangement of a first oscillating device 11a on the first measuring capacitor 1M ,

3 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Messkondensators mit einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung mit einem fluidischen Volumen gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic representation of a first measuring capacitor with a first mechanical oscillating device with a fluidic volume according to an embodiment of the present invention.

Über dem ersten Messkondensator C1M kann vorteilhaft auf einer seiner Elektroden e, welche durch den Auslesespannungspuls zu mechanischen Oszillationen angeregt wird und zur kapazitiven Messung wirksam ist, ein fluidisches Volumenelement FV angeordnet sein, beispielsweise direkt darauf, welches vorteilhaft die gesamte Elektrode e, welche in einer bzw. als eine Membran ausgebildet sein kann, überspannt. Das fluidische Volumenelement kann eine Flüssigkeit umfassen und ist Teil der ersten oder zweiten Schwingvorrichtung 11a oder 11b. Die erste oder zweite Schwingvorrichtung 11a oder 11b umfasst vorteilhaft ein Deckelelement DE, vorteilhaft ein mechanisches Deckelelement, welches das fluidische Volumenelement FV an einer der Elektrode e abgewandten Seite abdeckt. Das Deckelelement DE kann vorteilhaft Öffnungen O umfassen, welche sich von der Umgebung bis in das fluidische Volumenelement FV erstrecken können. Die Öffnungen O können vorteilhaft in einem lateralen Randbereich des Deckelelements ausgeformt sein, wobei der Mittelbereich des Deckelelements frei von Öffnungen O sein kann und das fluidische Volumenelement FV schwingungsdämpfend abdecken kann. Hierdurch kann vorteilhaft der Mittelbereich frei von Öffnungen ausgeformt sein, und dort eine hohe Dämpfung insbesondere einer Grundeigenmode erzielt werden, da die mechanische Auslenkung der Grundmode im Mittelbereich besonders stark sein kann. Durch die Öffnungen O kann vorteilhaft ein Umgebungsmedium in die erste oder zweite Schwingvorrichtung 11a oder 11b eindringen, wodurch ein Druckausgleich mit der Umgebung erzielt werden kann. Das fluidische Volumenelement erhöht vorteilhaft eine Federkonstante einer Federwirkung, welche durch das Fluid entsteht. Die Elektrode e oder Membran des Messkondensators stellt einen mechanischen Schwinger mit einer mechanischen Federkonstante dar, zu welcher nun vorteilhaft noch die Federkonstante der Fluidfeder des fluidischen Volumenelements FV hinzukommt, wobei es sich vorteilhaft auch um eine Gasfeder handeln kann, wenn das fluidische Volumenelement FV ein Gas umfasst. Dies erhöht vorteilhaft eine Resonanzfrequenz des Systems aus Messkondensator und Schwingvorrichtung 11a/11b und unterdrückt vorteilhaft ein mechanisches Anschwingen (durch Eigenrauschmoden), da höhere Frequenzen im elektrischen Anregungsspektrum weniger stark enthalten sein können und folglich eine geringere Anregung erfolgen kann. Des Weiteren kann die Schwingungsenergie durch eine Fluidreibung schneller dissipiert werden, wodurch die Schwingung des Eigenschwingrauschens schneller zur Ruhe kommen kann. Die Elektrode mit dem darauf angeordneten Volumenelement FV kann sich vorteilhaft über die andere Elektrode des Messkondensators hinaus erstrecken oder gleich dieser sein.Above the first measuring capacitor 1M can advantageously on one of its electrodes e, which is excited by the readout voltage pulse to mechanical oscillations and is effective for capacitive measurement, a fluidic volume element FV be arranged, for example, directly on which advantageous the entire electrode e, which may be formed in or as a membrane spans. The fluidic volume element may comprise a liquid and is part of the first or second oscillating device 11a or 11b , The first or second oscillating device 11a or 11b advantageously comprises a cover element DE , Advantageously, a mechanical cover element which the fluidic volume element FV covers on a side facing away from the electrode e. The cover element DE can be beneficial openings O which extend from the environment to the fluidic volume element FV can extend. The openings O can advantageously be formed in a lateral edge region of the cover element, the middle region of the cover element being free from openings O may be and the fluidic volume element FV can cover vibration damping. In this way, advantageously, the central region can be formed free of openings, and there a high attenuation in particular a Grundigenmode be achieved, since the mechanical deflection of the fundamental mode in the central region can be particularly strong. Through the openings O can advantageously a surrounding medium in the first or second oscillating device 11a or 11b penetrate, whereby a pressure equalization with the environment can be achieved. The fluidic volume element advantageously increases a spring constant of a spring effect, which arises due to the fluid. The electrode e or membrane of the measuring capacitor represents a mechanical oscillator with a mechanical spring constant, to which advantageously still the spring constant of the fluid spring of the fluidic volume element FV come in addition, which may also be a gas spring if the fluidic volume element is advantageous FV includes a gas. This advantageously increases a resonance frequency of the measuring capacitor and oscillating device system 11a / 11b and advantageously suppresses mechanical oscillation (due to inherent noise modes), since higher frequencies in the electrical excitation spectrum can be less strongly contained and consequently less excitation can occur. Furthermore, the vibration energy can be dissipated faster by a fluid friction, whereby the vibration of the natural vibration noise can come to rest more quickly. The electrode with the volume element arranged on it FV may advantageously extend beyond the other electrode of the measuring capacitor or be equal to this.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Messkondensators mit einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung im Querschnitt längs eines Schnittes Q-Q' aus 2 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4 shows a schematic representation of a first measuring capacitor with a first mechanical oscillating device in cross section along a section Q-Q ' out 2 according to an embodiment of the present invention.

Der erste Messkondensator C1M umfasst vorteilhaft zwei zur Messung kapazitiv wirksame Elektroden e, welche einzeln oder beide über einen Kopplungskanal K, mit einer weiteren schwingfähigen Membran der ersten oder zweiten Schwingvorrichtung 11a/11b gekoppelt sein können.The first measuring capacitor 1M Advantageously, two electrodes capacitively effective for the measurement e, which individually or both via a coupling channel K , with another oscillatable membrane of the first or second oscillating device 11a / 11b can be coupled.

Bei dem Kopplungskanal K kann es sich um eine Koppelmembran handeln, über welche eine Membran der Schwingvorrichtung 11a/11b zum Schwingen angeregt werden kann. Auf dieser Membran kann vorteilhaft ein schwingungsdämpfendes Element, etwa eine Schicht aus Polyimid angeordnet sein. Die Membran der Schwingvorrichtung 11a/11b ist vorteilhaft nicht elektrisch an den Messkondensator oder die Messbrücke angebunden. Hierbei erfolgt vorteilhaft eine Lokalisierung der Schwingung in der Schwingvorrichtung 11a/11b.At the coupling channel K it may be a coupling membrane, via which a membrane of the oscillating device 11a / 11b can be excited to swing. On this membrane can advantageously be arranged a vibration damping element, such as a layer of polyimide. The membrane of the vibrating device 11a / 11b is advantageously not electrically connected to the measuring capacitor or the measuring bridge. In this case, a localization of the oscillation in the oscillating device advantageously takes place 11a / 11b ,

5 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Messkondensators mit einer ersten mechanischen Schwingvorrichtung im Querschnitt längs eines Schnittes Q-Q' aus 2 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 5 shows a schematic representation of a first measuring capacitor with a first mechanical oscillating device in cross section along a section Q-Q ' out 2 according to another embodiment of the present invention.

Der erste Messkondensator C1M umfasst vorteilhaft zwei zur Messung kapazitiv wirksame Elektroden e, welche über einen als mechanische Koppelbrücke ausgebildeten Kopplungskanal K mit einer weiteren schwingfähigen Membran der ersten oder zweiten Schwingvorrichtung 11a/11b gekoppelt sein können, vorteilhaft über eine mechanische Brücke als Kopplungskanal K, welche außen an die Elektrode e und an eine Membran der Schwingvorrichtung 11a/11b angebunden sein kann. Die Brücke umfasst vorteilhaft eine die Elektrode e/Membran des Messkondensators C1M und die Membran M der ersten Schwingvorrichtung 11a teilweise oder ganz überspannende schwingfähige Platte oder mechanische Verbindung, welche mit Halterungen an der Elektrode e/Membran und der Membran M angeordnet sein kann und Schwingungsenergie zwischen der Elektrode e/Membran und der Membran M übertragen kann. Die Membran M kann auch eine Elektrode umfassen, wodurch ein gleiches Schwingungsverhalten erzeugt werden kann, wie jenes des angekoppelten Messkondensators C1M. Die Messung an dem Messkondensator C1M erfolgt vorteilhaft in einer Ruhelage der Elektrode e/Membran, also wenn ein Großteil oder die gesamte Schwingungsenergie auf der Membran M der Schwingvorrichtung 11a/11b liegt.The first measuring capacitor 1M advantageously comprises two capacitive electrodes for measuring e , which via a trained as a mechanical coupling bridge coupling channel K with another oscillatable membrane of the first or second oscillating device 11a / 11b can be coupled, advantageously via a mechanical bridge as a coupling channel K , which on the outside to the electrode e and to a membrane of the vibrating device 11a / 11b can be tied. The bridge advantageously comprises an electrode e / membrane of the measuring capacitor 1M and the membrane M the first oscillating device 11a partially or wholly spanning vibratory plate or mechanical connection, which is supported on the electrode e / membrane and membrane M can be arranged and vibrational energy between the electrode e / membrane and the membrane M can transfer. The membrane M may also include an electrode, whereby a same vibration behavior can be generated as that of the coupled measuring capacitor 1M , The measurement on the measuring capacitor 1M advantageously takes place in a rest position of the electrode e / membrane, so if a large part or the entire vibration energy on the membrane M of the oscillating device 11a / 11b lies.

Über eine Stärke der Kopplung mittels des Kopplungskanals lässt sich vorteilhaft eine charakteristische Schwebefrequenz einstellen, mit welcher die Schwingungsenergie zwischen der Elektrode e/Membran des Messkondensators C1M und der ersten oder zweiten Schwingvorrichtung 11a/11b hin- und her oszillieren kann.Via a strength of the coupling by means of the coupling channel can be advantageously set a characteristic beat frequency, with which the vibration energy between the electrode e / membrane of the measuring capacitor 1M and the first or second oscillating device 11a / 11b can oscillate back and forth.

Die Schwingung der wirksamen Kapazität lässt sich vorteilhaft wie folgt beschreiben: x 1 = B  cos ( ω 1 t + φ 1 ) + B  cos ( ω 2 t + φ 2 ) = 2 B cos ( ( ω 1 + ω 2 ) t + φ 1 + φ 2 2 ) cos ( ( ω 1 ω 2 ) t + ( φ 1 φ 2 ) 2 ) ,

Figure DE102018207544A1_0001
mit den Kreisfrequenzen ω 1 = k m m    und  ω 2 = k m + 2 k g m   .
Figure DE102018207544A1_0002
(xi - Position des Schwingers, B - Amplitude, t - Zeit, φi - Phasenlagen der beiden gekoppelten Schwinger, km - Federkonstante, kg - Kopplungsfederkonstante). Als Schwebungsfrequenz ωS=1/TS bezeichnet man dabei ω S : = ω 2 ω 1 2 .
Figure DE102018207544A1_0003
The oscillation of the effective capacity can advantageously be described as follows: x 1 = B cos ( ω 1 t + φ 1 ) + B cos ( ω 2 t + φ 2 ) = 2 B cos ( ( ω 1 + ω 2 ) t + φ 1 + φ 2 2 ) cos ( ( ω 1 - ω 2 ) t + ( φ 1 - φ 2 ) 2 ) .
Figure DE102018207544A1_0001
with the angular frequencies ω 1 = k m m and ω 2 = k m + 2 k G m ,
Figure DE102018207544A1_0002
(xi position of the oscillator, B amplitude, t time, φi phase angles of the two coupled oscillators, km spring constant, kg coupling spring constant). The beating frequency ωS = 1 / TS is called ω S : = ω 2 - ω 1 2 ,
Figure DE102018207544A1_0003

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Abfolge von Verfahrensschritten gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 6 shows a schematic representation of a sequence of method steps according to an embodiment of the present invention.

Beim Verfahren zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals an einer elektronischen Messvorrichtung, erfolgen die Verfahrensschritte vorteilhaft in der angegebenen Reihenfolge S1 bis S5. Im Verfahrensschritt S1 erfolgt ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen elektronischen Messvorrichtung (10). In eine weiteren Verfahrensschritt S2 erfolgt ein Vorgeben einer zeitlichen Taktung (t) an einer Taktgebereinrichtung (4) und Erzeugen eines Anregungssignals (2) mit einer Anregungsvorrichtung (5) basierend auf der zeitlichen Taktung (t); sowie in einem Verfahrensschritt S3 ein Ansteuern von zumindest einem elektronischen Messkanal (MK1) mit dem Anregungssignal (2), welcher eine Kapazitätsbrücke (KB) umfasst, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) einen ersten Messkondensator (C1M), einen zweiten Messkondensator (C2M, einen ersten Referenzkondensator (C1R) und einen zweiten Referenzkondensator (C2R) umfasst, wobei der erste Messkondensator (C1M) und der zweite Messkondensator (C2M) in deren Kapazität durch einen äußeren Einfluss variabel sind und der erste Referenzkondensator (C1R) und der zweite Referenzkondensator (C2R) eine konstante Kapazität aufweisen, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) mit dem Ausgang (A) verbunden ist und das Antwortsignal (3) mittels der Kapazitätsbrücke (KB) erzeugt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt S4 erfolgt ein Ansteuern einer Signalverstärkereinrichtung (7), einer Analog-Digital-Wandlereinrichtung (8), und einer Filtereinrichtung (9), mit dem Antwortsignal (3) und Erzeugen eines digitalen Ausgabesignals als kapazitives Messsignal (S) aus dem Antwortsignal (3). In einem weiteren Verfahrensschritt S5 kann ein Ermitteln einer Messgröße aus dem Messsignal (S) erst nach einer charakteristischen Einschwingzeit der ersten mechanischen Schwingvorrichtung (IIa) und/oder der zweiten mechanischen Schwingvorrichtung (11b) erfolgen. Alternativ dazu kann im Verfahrensschritt S5 auch ein Ermitteln einer Messgröße aus dem Messsignal (S) in einem Ruhezustand des ersten Messkondensators (C1M) und/oder des zweiten Messkondensators (C2M) erfolgen, wobei sich der Ruhezustand nach einer charakteristischen Schwebungsfrequenz des jeweiligen Messkondensators (C1M; C2M) und der angekoppelten mechanischen Schwingvorrichtung (11a; 11b) ergibt. In the method for detecting a capacitive measuring signal on an electronic measuring device, the method steps are advantageously carried out in the order given S1 to S5 , In the process step S1 a provision of an electronic measuring device according to the invention ( 10 ). In a further process step S2 there is a predetermination of a time clock (t) at a clock device ( 4 ) and generating an excitation signal ( 2 ) with an excitation device ( 5 ) based on the timing (t); as well as in one process step S3 a driving of at least one electronic measuring channel ( MK1 ) with the excitation signal ( 2 ), which is a capacity bridge ( KB ), the capacity bridge ( KB ) a first measuring capacitor ( 1M ), a second measuring capacitor ( C2M , a first reference capacitor ( C1R ) and a second reference capacitor ( C2R ), wherein the first measuring capacitor ( 1M ) and the second measuring capacitor ( C2M ) are variable in their capacity by an external influence and the first reference capacitor ( C1R ) and the second reference capacitor ( C2R ) have a constant capacity, the capacity bridge ( KB ) with the output ( A ) and the response signal ( 3 ) by means of the capacity bridge ( KB ) is produced. In a further process step S4 a drive of a signal amplifier device ( 7 ), an analog-to-digital converter device ( 8th ), and a filter device ( 9 ), with the response signal ( 3 ) and generating a digital output signal as a capacitive measurement signal ( S ) from the response signal ( 3 ). In a further process step S5 can a determination of a measured variable from the measuring signal ( S ) after a characteristic settling time of the first mechanical oscillating device ( IIa ) and / or the second mechanical oscillating device ( 11b) respectively. Alternatively, in the process step S5 also determining a measured variable from the measuring signal (S) in a quiescent state of the first measuring capacitor ( 1M ) and / or the second measuring capacitor ( C2M ), wherein the idle state after a characteristic beat frequency of the respective measuring capacitor ( 1M ; C2M ) and the coupled mechanical oscillating device ( 11a ; 11b) results.

7 zeigt eine zeitliche Darstellung einer Schwebefrequenz mit einem Ruhezustand. 7 shows a temporal representation of a beat frequency with a resting state.

Der Ruhezustand kann am Messkondensator vorteilhaft zu einer Messung mit geringem Eigenschwingrauschen des Sensors (Messvorrichtung) genutzt werden, vorteilhaft während eines Signalerfassungsfensters, welches sich nach einer halben Periode der Schwebefrequenz an der Elektrode/Membran des Messkondensators einstellen kann. Das Signalerfassungsfenster kann vorteilhaft eine Breite von einem Zehntel der Schwebefrequenz oder weniger umfassen.The idle state can advantageously be used on the measurement capacitor for a measurement with low intrinsic oscillation noise of the sensor (measuring device), advantageously during a signal acquisition window which can settle after half a period of the beat frequency at the electrode / membrane of the measurement capacitor. Advantageously, the signal acquisition window may comprise a width of one-tenth of the beat frequency or less.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above with reference to the preferred embodiment, it is not limited thereto but may be modified in a variety of manners.

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  • DE 102016107299 A1 [0003]DE 102016107299 A1 [0003]

Claims (14)

Elektronische Messschaltungsanordnung (1) zum Erzeugen eines Antwortsignals (3) auf ein Anregungssignal (2) an einem Ausgang (A) der elektronischen Messschaltungsanordnung (1), umfassend - eine Taktgebereinrichtung (4), mittels welcher eine zeitliche Taktung (t) für das Anregungssignal (2) vorgebbar ist; - eine Anregungsvorrichtung (5), welche mit der Taktgebereinrichtung (4) verbunden ist, und mittels welcher das Anregungssignal (2) gemäß der Taktung (t) erzeugbar ist; - zumindest einen elektronischen Messkanal (MK1), welcher mit der Anregungsvorrichtung (5) verbunden ist und welcher eine Kapazitätsbrücke (KB) umfasst, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) einen ersten Messkondensator (C1M), einen zweiten Messkondensator (C2M), einen ersten Referenzkondensator (C1R) und einen zweiten Referenzkondensator (C2R) umfasst, wobei der erste Messkondensator (C1M) und der zweite Messkondensator (C2M) in deren Kapazität durch einen äußeren Einfluss variabel sind und der erste Referenzkondensator (C1R) und der zweite Referenzkondensator (C2R) eine konstante Kapazität aufweisen, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) mit dem Ausgang (A) verbunden ist und das Antwortsignal (3) mittels der Kapazitätsbrücke (KB) erzeugbar ist; und - eine erste mechanische Schwingvorrichtung (11a), welche an dem ersten Messkondensator (C1M) angeordnet ist, und/oder eine zweite mechanische Schwingvorrichtung (11b), welche an dem zweiten Messkondensator (C2M) angeordnet ist, wobei die erste mechanische Schwingvorrichtung (IIa) und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung (11b) mit dem jeweiligen Messkondensator (C1M; C2M) gekoppelt ist, so dass eine mechanische Energie vom Messkondensator (C1M; C2M) auf die Schwingvorrichtung (11a; 11b) übertragbar ist. Electronic measuring circuit arrangement (1) for generating a response signal (3) to an excitation signal (2) at an output (A) of the electronic measuring circuit arrangement (1) - A clock means (4) by means of which a timing (t) for the excitation signal (2) can be predetermined; - An excitation device (5) which is connected to the clock means (4), and by means of which the excitation signal (2) according to the timing (t) can be generated; - At least one electronic measuring channel (MK1) which is connected to the excitation device (5) and which comprises a capacitance bridge (KB), wherein the capacitance bridge (KB) a first measuring capacitor (C1M), a second measuring capacitor (C2M), a first reference capacitor (C1R) and a second reference capacitor (C2R), wherein the first measuring capacitor (C1M) and the second measuring capacitor (C2M) are variable in their capacitance by an external influence and the first reference capacitor (C1R) and the second reference capacitor (C2R) a have constant capacitance, wherein the capacitance bridge (KB) is connected to the output (A) and the response signal (3) by means of the capacity bridge (KB) can be generated; and a first mechanical oscillating device (11a), which is arranged on the first measuring capacitor (C1M), and / or a second mechanical oscillating device (11b), which is arranged on the second measuring capacitor (C2M), wherein the first mechanical oscillating device (IIa) and / or the second mechanical oscillating device (11b) is coupled to the respective measuring capacitor (C1M; C2M), so that a mechanical energy from the measuring capacitor (C1M; C2M) can be transmitted to the oscillating device (11a; 11b). Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, bei der die erste mechanische Schwingvorrichtung (IIa) und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung (11b) jeweils mit zumindest einer weiteren Schwingvorrichtung (11c) gekoppelt ist.Electronic measuring circuit arrangement (1) according to Claim 1 in which the first mechanical oscillating device (IIa) and / or the second mechanical oscillating device (11b) are each coupled to at least one further oscillating device (11c). Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2, bei der die erste mechanische Schwingvorrichtung (IIa) und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung (11b) ein fluidisches Volumenelement (FV) umfassen.Electronic measuring circuit arrangement (1) according to Claim 2 in which the first mechanical vibration device (IIa) and / or the second mechanical vibration device (11b) comprise a fluidic volume element (FV). Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 3, bei der das fluidische Volumenelement (FV) eine Mehrzahl von Öffnungen (O) für einen Druckausgleich mit einer Umgebung des fluidischen Volumenelements (FV) umfasst.Electronic measuring circuit arrangement (1) according to Claim 3 in that the fluidic volume element (FV) comprises a plurality of openings (O) for pressure equalization with an environment of the fluidic volume element (FV). Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei der die weitere Schwingvorrichtung (11c) mechanisch oder kapazitiv oder fluidisch mit der ersten mechanischen Schwingvorrichtung (11a) und/oder mit der zweiten mechanischen Schwingvorrichtung (11b) gekoppelt ist.Electronic measuring circuit arrangement (1) according to Claim 2 . 3 or 4 in which the further oscillating device (11c) is coupled mechanically or capacitively or fluidically to the first mechanical oscillating device (11a) and / or to the second mechanical oscillating device (11b). Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste mechanische Schwingvorrichtung (IIa) und/oder die zweite mechanische Schwingvorrichtung (11b) und/oder die weitere Schwingvorrichtung (11c) eine Membran oder einen Biegebalken umfasst.Electronic measuring circuit arrangement (1) according to one of Claims 1 to 5 in which the first mechanical vibration device (IIa) and / or the second mechanical vibration device (11b) and / or the further vibration device (11c) comprises a diaphragm or a bending beam. Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der erste und der zweite Messkondensator (C1M; C2M) druckempfindlich sind, wobei eine Kapazität des ersten und des zweiten Messkondensators (C1M; C2M) auf eine Änderung eines äußeren Einflusses stärker variiert als eine Kapazität des ersten und des zweiten Referenzkondensators (C1R; C2R).Electronic measuring circuit arrangement (1) according to one of Claims 1 to 6 wherein capacitance of the first and second measuring capacitors (C1M; C2M) is more sensitive to a change of an external influence than a capacitance of the first and second reference capacitors (C1R C2R). Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Kapazitätsbrücke (KB) eine Wheatstone-Brücke umfasst.Electronic measuring circuit arrangement (1) according to one of Claims 1 to 7 in which the capacity bridge (KB) comprises a Wheatstone bridge. Elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Messkanäle alle eine gleiche Kapazität und die Messkondensatoren (C1M; C21M) eine gleiche mechanische Eigenfrequenz umfassen.Electronic measuring circuit arrangement (1) according to one of Claims 1 to 8th , in which the measuring channels all have an equal capacitance and the measuring capacitors (C1M, C21M) have the same mechanical natural frequency. Elektronische Messvorrichtung (10) zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals (S), umfassend - eine elektronische Messschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; - eine Signalverstärkereinrichtung (7), welche mit dem Ausgang (A) der Messschaltung (1) verbunden ist, und welche dazu eingerichtet ist, das Antwortsignal (3) vom Ausgang (A) zu empfangen; - eine Analog-Digital-Wandlereinrichtung (8), welche der Signalverstärkereinrichtung (7) nachgeschaltet ist; und - eine Filtereinrichtung (9), welche dazu eingerichtet ist, ein Signal der Analog-Digital-Wandlereinrichtung (8) zu empfangen, und welche dazu eingerichtet ist, ein digitales Ausgabesignal als kapazitives Messsignal (S) zu erzeugen.Electronic measuring device (10) for detecting a capacitive measuring signal (S), comprising - an electronic measuring circuit arrangement (1) according to one of Claims 1 to 9 ; - A signal amplifier means (7) which is connected to the output (A) of the measuring circuit (1) and which is adapted to receive the response signal (3) from the output (A); - an analog-to-digital converter device (8), which is connected downstream of the signal amplifier device (7); and - a filter device (9), which is adapted to receive a signal of the analog-to-digital converter device (8), and which is adapted to generate a digital output signal as a capacitive measurement signal (S). Elektronische Messvorrichtung (10) nach Anspruch 10, welche als Drucksensor, Mikrophon, Beschleunigungssensor oder Drehratensensor ausgebildet ist.Electronic measuring device (10) after Claim 10 , which is designed as a pressure sensor, microphone, acceleration sensor or rotation rate sensor. Verfahren zum Erfassen eines kapazitiven Messsignals (S) an einer elektronischen Messvorrichtung (10), umfassend die Schritte: S1) Bereitstellen einer elektronischen Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11; S2) Vorgeben einer zeitlichen Taktung (t) an einer Taktgebereinrichtung (4) und Erzeugen eines Anregungssignals (2) mit einer Anregungsvorrichtung (5) basierend auf der zeitlichen Taktung (t); S3) Ansteuern von zumindest einem elektronischen Messkanal (MK1) mit dem Anregungssignal (2), welcher eine Kapazitätsbrücke (KB) umfasst, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) einen ersten Messkondensator (C1M), einen zweiten Messkondensator (C2M), einen ersten Referenzkondensator (C1R) und einen zweiten Referenzkondensator (C2R) umfasst, wobei der erste Messkondensator (C1M) und der zweite Messkondensator (C2M) in deren Kapazität durch einen äußeren Einfluss variabel sind und der erste Referenzkondensator (C1R) und der zweite Referenzkondensator (C2R) eine konstante Kapazität aufweisen, wobei die Kapazitätsbrücke (KB) mit dem Ausgang (A) verbunden ist und das Antwortsignal (3) mittels der Kapazitätsbrücke (KB) erzeugt wird; und S4) Ansteuern einer Signalverstärkereinrichtung (7), einer Analog-Digital-Wandlereinrichtung (8), und einer Filtereinrichtung (9), mit dem Antwortsignal (3) und Erzeugen eines digitalen Ausgabesignals als kapazitives Messsignal (S) aus dem Antwortsignal (3).Method for detecting a capacitive measuring signal (S) at an electronic measuring device (10), comprising the steps: S1) providing an electronic measuring device (10) according to one of the Claims 10 or 11 ; S2) predetermining a timing (t) at a timing device (4) and generating an excitation signal (2) with an excitation device (5) based on the timing (t); S3) activating at least one electronic measuring channel (MK1) with the excitation signal (2), which comprises a capacitance bridge (KB), wherein the capacitance bridge (KB) comprises a first measuring capacitor (C1M), a second measuring capacitor (C2M), a first reference capacitor ( C1R) and a second reference capacitor (C2R), wherein the first measuring capacitor (C1M) and the second measuring capacitor (C2M) are variable in their capacitance by an external influence and the first reference capacitor (C1R) and the second reference capacitor (C2R) is a constant Having capacitance, wherein the capacitance bridge (KB) is connected to the output (A) and the response signal (3) is generated by means of the capacitance bridge (KB); and S4) driving a signal amplifier device (7), an analog-to-digital converter device (8), and a filter device (9) with the response signal (3) and generating a digital output signal as a capacitive measurement signal (S) from the response signal (3). , Verfahren nach Anspruch 12, bei dem in einem Verfahrensschritt S5 ein Ermitteln einer Messgröße aus dem Messsignal (S) erst nach einer charakteristischen Einschwingzeit der ersten mechanischen Schwingvorrichtung (IIa) und/oder der zweiten mechanischen Schwingvorrichtung (11b) erfolgt.Method according to Claim 12 in which, in a method step S5, a determination of a measured variable from the measuring signal (S) takes place only after a characteristic settling time of the first mechanical oscillating device (IIa) and / or the second mechanical oscillating device (11b). Verfahren nach Anspruch 12, bei dem in einem Verfahrensschritt S5 ein Ermitteln einer Messgröße aus dem Messsignal (S) in einem Ruhezustand des ersten Messkondensators (C1M) und/oder des zweiten Messkondensators (C2M) erfolgt, wobei sich der Ruhezustand nach einer charakteristischen Schwebungsfrequenz des jeweiligen Messkondensators (C1M; C2M) und der angekoppelten mechanischen Schwingvorrichtung (11a; 11b) ergibt.Method according to Claim 12 in which, in a method step S5, a measured variable is determined from the measuring signal (S) in an idle state of the first measuring capacitor (C1M) and / or of the second measuring capacitor (C2M), wherein the idle state follows a characteristic beat frequency of the respective measuring capacitor (C1M C2M) and the coupled mechanical oscillating device (11a, 11b).
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CN112710940A (en) * 2020-12-23 2021-04-27 西安交通大学 SiC MOSFET reverse transfer capacitance measuring method
CN112710940B (en) * 2020-12-23 2022-05-20 西安交通大学 SiC MOSFET reverse transfer capacitance measuring method

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