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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausleseschaltung für einen kapazitiven Sensor, mindestens umfassend
- - einen differentiellen Kapazität-Spannungswandler für ein Sensor-Eingangssignal,
- - Schaltungsmittel zur Umwandlung des vom differentiellen Kapazität-Spannungswandler ausgegebenen nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals in ein basisbandbegrenztes Sensorsignal und
- - einen ersten Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung des basisbandbegrenzten Sensorsignals.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Sensoranordnung, umfassend mindestens einen kapazitiven Sensor, insbesondere einen mikroelektromechanischen Sensor, und eine oben genannte Ausleseschaltung.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor, bei dem das von dem Sensor erfasste Sensor-Eingangssignal in ein digitalisiertes basisbandbegrenztes Sensorsignal umgewandelt wird.
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Stand der Technik
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Sensoren, insbesondere Kapazitive MEMS-Sensoren (Mikro-ElektroMechanisches-System), wie z.B. Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren, sind mehr und mehr in elektronischen Geräten für den persönlichen Gebrauch präsent, um neue Anwendungen wie die Navigation in Innenräumen, Augmented Reality oder in neuen Produkten wie Drohnen zu ermöglichen. In verschiedenen Anwendungen ist die Umgebung, in der die MEMS-Sensoren eingesetzt werden, anfällig für Schwingungen, die beispielsweise durch einen mechanischen Motor, einen Lautsprecher oder piezoelektrische Kondensatoren erzeugt werden. Es ist daher entscheidend, dass die Sensoren externe Schwingungen möglichst effektiv aus dem Signal herausfiltern können. Die Sensoren sind normalerweise so ausgelegt, dass sie die Informationen in differentieller Konfiguration an Kondensatoren weiterleiten.
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Die rausch- und energieeffiziente Ausleseelektronik für die analoge Signalverarbeitung verwendet Filter und Niederfrequenz-Abtast-Analog-Digital-Wandler, um die gewünschte Signalbandbreite zu erreichen, die normalerweise Beträge < 1 kHz aufweist. Schwingungssignale können jedoch auch mechanische Bewegungen bei viel höheren Frequenzen (bis in den MHz-Bereich) erzeugen und sowohl als Differential- als auch als Gleichtaktbewegungen auftreten. Diese störenden schwingungsinduzierten Sensorsignale können sich aufgrund von Aliasing-Effekten in der Sensorbandbreite falten oder sogar eine Sättigung der gesamten Signalverarbeitungskette verursachen. Während in den mechanischen Sensoren selbst die Robustheit gegenüber externen Vibrationen auf verschiedene Art und Weise verbessert werden kann, ist die Fehlerkennung in der verarbeitenden Elektronik nach wie vor nicht ausreichend.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Ausleseschaltung der eingangs genannten Art für einen kapazitiven Sensor bereitgestellt, welche weiterhin mindestens umfasst:
- - einen zweiten Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung des nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals, wobei die Abtastrate des zweiten Analog-Digital-Wandlers höher ist, als die des ersten Analog-Digital-Wandlers,
- - eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung zur Analyse des digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals, und
- - eine Korrektureinrichtung zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte basisbandbegrenzte Sensorsignal, wobei dieser Kompensation die Analyse des digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals zugrunde gelegt wird.
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Der zweite Analog-Digital-Wandler wandelt dabei die differentiellen Kapazitätssignale direkt um, und zwar mit einer höheren Abtastfrequenz als der erste Analog-Digital-Wandler. Weiterhin muss für das dem zweiten Abtast-Analog-Digital-Wandler zugeleitete Sensorsignal auch kein Schaltungsmittel verwendet werden.
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Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung für das digitalisierte, nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal stellt z.B. eine Filter- und Datenanalysefunktionalität bereit.
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Die Korrektureinrichtung verwendet die digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignale, beziehungsweise die hochfrequent verarbeiteten Daten, zur Kompensation und Korrektur der digitalisierten basisbandbegrenzten Sensorsignale, beziehungsweise der niederfrequenten Signalkettendaten. Dies kann zum Beispiel durch Einstellen des Offsets geschehen, wobei Frequenztöne mit entgegengesetzten Phasenkorrektursignalen gelöscht werden.
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Die erfindungsgemäße Ausleseschaltung für einen kapazitiven Sensor bietet den Vorteil, dass nicht nur die basisbandbegrenzten Sensorsignale oder die niederfrequenten, voll differenziellen Sensorsignale, sondern auch die nicht basisbandbegrenzten Sensorsignale oder die hochfrequenten, breitbandigen Differenzsignale (und je nach Ausführungsform Gleichtaktsignale) digital umgewandelt werden können. Diese zusätzlichen Informationen, insbesondere die nicht basisbandbegrenzten Sensorsignale, können dann digital von zumindest der ersten digitalen Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet werden, um Schwingungsinformationen aus realen Sensorinformationen zu erkennen, zu korrigieren und das reale Sensorsignal besser zu rekonstruieren. Es können auch sogenannte Fehlerflags (zur Anzeige von Fehlern) generiert werden, um zum Beispiel den Kunden beziehungsweise Benutzer der Ausleseschaltung über das Vorhandensein von Vibrationen in der Umgebung des Sensors zu informieren. Dadurch wird auch die Systemintegration optimiert.
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Erfindungsgemäß wird eine weitere Ausleseschaltung der eingangs genannten Art für einen kapazitiven Sensor bereitgestellt. Diese Ausleseschaltung umfasst mindestens:
- - einen summierenden Kapazität-Spannungswandler für das Sensor-Eingangssignal,
- - einen dritten Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung des nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers, wobei die Abtastrate des dritten Analog-Digital-Wandlers höher ist, als die des ersten Analog-Digital-Wandlers,
- - eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung zur Analyse des digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers, und
- - ein Korrektureinrichtung zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte basisbandbegrenzte Sensorsignal, wobei dieser Kompensation die Analyse des digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers zugrunde gelegt wird.
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Dies hat den Vorteil, dass bei dieser weiteren erfindungsgemäßen Ausleseschaltung also insgesamt drei Signalverarbeitungsketten, eine basisbandbegrenzte Signalverarbeitungskette oder Niederfrequenz-Signalverarbeitungskette und zwei nicht basisbandbegrenzte Signalverarbeitungsketten oder Hochfrequenz-Signalverarbeitungsketten vorliegen, wodurch die Fehlerkorrektur und Fehlerbestimmung besser durchführbar ist.
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Des Weiteren wird das digitalisierte, nicht basisbandbegrenzte Ausgangssignal des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung zugeleitet. Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung erhält dann also zwei verschiedene digitalisierte und nicht basisbandbegrenzte Ausgangsignale, nämlich ein erstes digitalisiertes, nicht basisbandbegrenztes Ausgangsignal von dem differentiellen Kapazität-Spannungswandler und ein zweites digitalisiertes, nicht basisbandbegrenztes Ausgangsignal von dem differentiellen summierenden Kapazitäts-Spannungswandler, die unabhängige Informationen enthalten und somit die Identifizierung und Korrektur von Vibrationsfehlern erleichtern.
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Gemäß einer Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Korrektureinrichtung zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignal sowohl die Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals nutzt, als auch die Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers. Mit anderen Worten ausgedrückt, verarbeitet die Korrektureinrichtung zur Erzeugung des korrigierten digitalen Sensorsignals das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignal und beide von der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung ausgegebene, verarbeitete, digitalisierte und nicht basisbandbegrenzte Sensorsignale. Durch die Einbeziehung von drei unabhängigen Signalen kann ein deutlich genaueres und korrigiertes digitales Sensorsignal bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Ausleseschaltung eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen und/oder Identifizieren von Störeinflüssen auf Basis der Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals und/oder der Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers. Diese Funktionalität ist besonders vorteilhaft, um in der Produktentwicklung Vibrationsquellen zu identifizieren, im Betrieb Fehler (z. B. Beschädigungen an einer Drohne oder Saugroboter) zu erkennen und/oder zu Identifizieren, oder wenn durch den Benutzer aus anderen Gründen eine Fehlerangabe beziehungsweise -anzeige gewünscht ist (z. B. Messung von Messdaten mit Fehlerangabe für wissenschaftliche / technische Zwecke).
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es bevorzugt, dass der erste Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung des basisbandbegrenzten Sensorsignals eine Abtastfrequenz von maximal 10 kHz verwendet.
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Es ist bevorzugt, dass der der zweite und/oder dritte Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung des nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals bzw. des nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers eine Abtastfrequenz von maximal 10 MHz verwendet. Dies hat den Vorteil, dass die Abtastfrequenzen des zweiten und/oder dritten Analog-Digital-Wandlers höher sind als die Abtastfrequenz des ersten Analog-Digital-Wandlers. Dadurch können möglichst unabhängige Sensorsignale erzeugt werden und damit eine bessere Erkennung und/oder Identifizierung von Störeinflussen erreicht werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Sensoranordnung, umfassend mindestens einen kapazitiven Sensor, insbesondere einen mikroelektromechanischen Sensor und eine Ausleseschaltung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen bereitgestellt. Kapazitive mikroelektromechanische Sensoren profitieren besonders von der erfindungsgemäßen Ausleseschaltung, da diese besonders empfindlich gegenüber Vibrationsstörungen sind.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Betreiben einer Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor bereitgestellt, bei dem das von dem Sensor erfasste Sensor-Eingangssignal in ein digitalisiertes basisbandbegrenztes Sensorsignal umgewandelt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgehend vom Sensor-Eingangssignal mindestens ein digitalisiertes, nicht basisbandbegrenztes Sensorsignal erzeugt und analysiert. Ferner werden Störeinflüsse auf das digitalisierte basisbandbegrenzte Sensorsignal auf Basis der Analyse des mindestens einen digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals kompensiert. Dies hat den Vorteil, dass durch das Verfahren Störeinflüsse auf das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignale vorteilhafterweise erkannt und korrigiert werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird auf Basis der Analyse des mindestens einen digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals eine Erkennung und/oder Identifizierung von Störeinflüssen vorgenommen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Erzeugung und/oder Analyse des mindestens einen digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals kontinuierlich erfolgt oder in regelmäßigen Zeitabständen automatisch durchgeführt wird und/oder Ereignis-initiiert und/oder Benutzer-initiiert durchgeführt wird. Dadurch kann das Verfahren für verschiedene Betriebsmodi eingerichtet sein (je nachdem ob Signalgenauigkeit oder die Einsparung von Energie Priorität für den Benutzer hat). Bevorzugt ist das Verfahren für einen oder mehrere der folgenden Betriebsmodi eingerichtet: - ein kontinuierlicher oder Dauerbetriebsmodus, in dem die Erzeugung und/oder Analyse des mindestens einen digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals parallel zur Erzeugung und/oder Analyse des mindestens einen digitalisierten basisbandbegrenzten Sensorsignals dauerhaft betrieben wird, oder
- - ein automatischer Betriebsmodus in regelmäßigen Zeitabständen, in dem die Erzeugung und/oder Analyse des mindestens einen digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals parallel zur Erzeugung und/oder Analyse des mindestens einen digitalisierten basisbandbegrenzten Sensorsignals in regelmäßigen Zeitabständen automatisch durchgeführt wird, und/oder
- - ein Ereignis-initiierter Betriebsmodus, in dem die Erzeugung und/oder Analyse des mindestens einen digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals mit einem digitalisierten basisbandbegrenzten Sensorsignal betrieben wird und der Dauerbetriebsmodus nur dann aktiviert wird, wenn Vibrationen über einem bestimmten Schwellenwert erkannt werden, wobei bei einem Unterbleiben von Vibrationen über dem Schwellenwert für eine vorbestimmte Zeitspanne wieder in einen Standby-Modus zurückgekehrt wird, und/oder
- - ein Benutzer-initiierter Betriebsmodus oder Schnappschuss-Modus, in dem auf Anfrage des Benutzers eine kurze Messung mit der mindestens einen digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Sensorsignal parallel zur der mindestens einen digitalisierten basisbandbegrenzten Sensorsignals zur Erstellung eines Signalreports erfolgt (z. B. mit einer Fehlerschätzung und/oder Vibrationsbestimmung).
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Bevorzugt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung mit mindestens einem kapazitiven Sensor zur Verfügung gestellt,
- - bei dem das von dem Sensor erfasste Sensor-Eingangssignal mit Hilfe eines differentiellen Kapazität-Spannungswandlers in ein analoges, nicht basisbandbegrenztes Sensorsignal umgewandelt wird,
- - bei dem das analoge, nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal basisbandbegrenzt wird und
- - bei dem das basisbandbegrenzte Sensorsignal mit einer ersten niedrigen Abtastrate analog-digital gewandelt wird,
wobei das analoge, nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal mit einer zweiten, höheren Abtastrate analog-digital gewandelt wird und das digitalisierte nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte basisbandbegrenzte Sensorsignal analysiert wird.
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Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur die basisbandbegrenzten Sensorsignale, sondern auch die nicht basisbandbegrenzten Sensorsignale digital umgewandelt werden können, und dass das digitalisierte, nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte basisbandbegrenzte Sensorsignal analysiert wird. Dadurch können Schwingungsinformationen aus realen Sensorinformationen erkannt und korrigiert werden.
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Ferner bevorzugt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung mit mindestens einem kapazitiven Sensor zur Verfügung gestellt,
- - bei dem das von dem Sensor erfasste Sensor-Eingangssignal mit Hilfe eines differentiellen Kapazität-Spannungswandlers in ein analoges, nicht basisbandbegrenztes Sensorsignal umgewandelt wird,
- - bei dem das analoge, nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal basisbandbegrenzt wird und
- - bei dem das basisbandbegrenzte Sensorsignal mit einer ersten niedrigen Abtastrate analog-digital gewandelt wird. In dieser Ausführung des Verfahrens wird das vom Sensor erfasste Sensor-Eingangssignal einem summierenden Kapazität-Spannungswandler zugeführt, das nicht basisbandbegrenzte Ausgangssignal des Kapazität-Spannungswandlers mit einer dritten höheren Abtastrate analog-digital gewandelt und das digitalisierte, nicht basisbandbegrenzte Ausgangssignal des Kapazität-Spannungswandlers zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte basisbandbegrenzte Sensorsignal analysiert.
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Dies hat den Vorteil, dass bei dieser ausführungsform des Verfahrens insgesamt drei Signalverarbeitungsketten, eine basisbandbegrenzte Signalverarbeitungskette und zwei nicht basisbandbegrenzte Signalverarbeitungskette vorliegen, wodurch die Fehlerkorrektur und Fehlerbestimmung besser durchführbar ist.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Sensoranordnung mit einer Ausleseschaltung für einen kapazitiven Sensor des Standes der Technik,
- 2 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit einer erfindungsgemäßen Ausleseschaltung für einen kapazitiven Sensor, und
- 3 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist eine Sensoranordnung 1 mit einer Ausleseschaltung 2 des Standes der Technik und einem Sensor 3 gezeigt. Der Sensor 3 ist ein kapazitiver Sensor.
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Die Ausleseschaltung 2 umfasst zwei Analogsignal-Eingänge 4 für Sensor-Eingangssignale des Sensors 3. Die Ausleseschaltung 2 umfasst einen differentiellen Kapazität-Spannungswandler 5 für ein Sensor-Eingangssignal, das dem differentiellen Kapazität-Spannungswandler 5 zugeleitet wird. Dahinter ist ein Schaltungsmittel 6 angeordnet, welches der Umwandlung des vom differentiellen Kapazität-Spannungswandler 5 ausgegebenen, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals in ein basisbandbegrenztes Sensorsignal dient. Bei dem nicht basisbandbegrenzten Sensorsignal handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um ein Spannungssignal.
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Das umgewandelte basisbandbegrenzte Sensorsignal wird von einem ersten Analog-Digital-Wandler 7 in ein erstes, digitales und basisbandbegrenztes Sensorsignal digitalisiert. In einem Digitalabschnitt 8 wird das erste, digitale basisbandbegrenzte Sensorsignal in einer digitalen Niederfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung 9 weiterverarbeitet. Schließlich wird das verarbeitete erste digitale basisbandbegrenzte Sensorsignal über einen Eingabe/Ausgabe-Block 10 als digitale Sensordaten einem Benutzer bereitgestellt. Diese Lösung ist leider anfällig für Schwingungsstörungen, die in vielen (MEMS-)Sensoranwendungen vorkommen.
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In der 2 ist eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 11 mit einer erfindungsgemäßen Ausleseschaltung 12 für einen Sensor 13 gezeigt. Der Sensor 13 ist ein kapazitiver Sensor.
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Die Ausleseschaltung 12 stimmt im Grundaufbau mit der Ausleseschaltung 2 überein und umfasst zwei Analogsignal-Eingänge 14 für Sensor-Eingangssignale vom Sensor 13. Die Ausleseschaltung 12 umfasst einen differentiellen Kapazität-Spannungswandler 15 für ein Sensor-Eingangssignal, das dem differentiellen Kapazität-Spannungswandler 15 zugeleitet wird. Ein Schaltungsmittel 16 zur Umwandlung des vom differentiellen Kapazität-Spannungswandler 5 ausgegebenen, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals - bei welchem es sich um ein Spannungssignal handelt - in ein basisbandbegrenztes Sensorsignal ist in Signalrichtung dahinter angeordnet.
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Das umgewandelte, basisbandbegrenzte Sensorsignal wird in ein erstes digitales, basisbandbegrenztes Sensorsignal, das vereinfacht auch als ein erstes, digitales Sensorsignal bezeichnet werden kann, von einem ersten Analog-Digital-Wandler 17 digitalisiert. In einem Digitalabschnitt 18 wird das erste, digitale basisbandbegrenzte Sensorsignal zunächst in einer digitalen Niederfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung 19 weiterverarbeitet.
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Anstelle jedoch wie im Stand der Technik das verarbeitete, erste digitale Sensorsignal direkt einem Eingabe/Ausgabe-Block 20 als digitale Sensordaten einem Benutzer bereitzustellen, wird das verarbeitete, erste digitale Sensorsignal zunächst in eine Korrektureinrichtung 21 zur Erzeugung eines korrigierten digitalen basisbandbegrenzten Sensorsignals geleitet. Das korrigierte digitale Sensorsignal wird von der Korrektureinrichtung 21 erzeugt, die zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignal ausgebildet ist, wobei dieser Kompensation die Analyse eines digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals zugrunde gelegt wird.
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Zu diesem Zweck werden der Ausleseschaltung 12 - verglichen mit dem Stand der Technik - zwei zusätzliche Hochfrequenz-Signalverarbeitungsketten hinzugefügt. Die Ausleseschaltung 12 umfasst dazu einen zweiten Analog-Digital-Wandler 23 zur Digitalisierung des vom differentiellen Kapazität-Spannungswandler 15 ausgegebenen, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals in ein zweites digitales Sensorsignal, das dann einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 22 zur Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals zugeführt wird. Die Abtastrate des zweiten Analog-Digital-Wandlers 23 ist höher als die des ersten Analog-Digital-Wandlers 17.
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Die Ausleseschaltung 12 umfasst weiterhin einen summierenden Kapazität-Spannungswandler 24 für das Sensor-Eingangssignal, wobei dem summierenden Kapazität-Spannungswandler 24 das Sensor-Eingangssignal zugeleitet wird. Die Ausleseschaltung 12 umfasst weiterhin einen dritten Analog-Digital-Wandler 25 zur Digitalisierung des nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazität-Spannungswandlers 24 in ein drittes, digitales Sensorsignal, wobei die Abtastrate des dritten Analog-Digital-Wandlers 25 höher ist, als die des ersten Analog-Digital-Wandlers 17.
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Das dritte digitale Sensorsignal wird dann der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 22 zur Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers 24 zugeleitet. Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 22 erhält dann also ein digitalisiertes, nicht basisbandbegrenztes / hochfrequentes Sensorsignal vom differentiellen Kapazität-Spannungswandler 15 und ein digitalisiertes, nicht basisbandbegrenztes / hochfrequentes Sensorsignal vom summierenden Kapazitäts-Spannungswandler 24, die unabhängige Informationen enthalten und somit die Identifizierung und Korrektur von Vibrationsfehlern erleichtern.
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Das korrigierte digitale Sensorsignal wird von der Korrektureinrichtung 21 erzeugt, die zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignal ausgebildet ist, wobei dieser Kompensation die Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers 24 zugrunde gelegt wird. Die Korrektureinrichtung 21 nutzt zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignal sowohl die Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals, als auch die Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers 24.
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Die Ausleseschaltung 12 umfasst weiterhin eine Erkennungseinrichtung 26 zum Erkennen und/oder Identifizieren von Störeinflüssen auf Basis der Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals und/oder der Analyse des digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers 24.
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Die Erkennungseinrichtung 26 ist zum Detektieren von Schwingungsfehlern in den digitalen Signalen und zur Ausgabe der detektierten Schwingungsfehler über den Eingabe / Ausgabe-Block 20 ausgebildet. Die Erkennungseinrichtung 26 verarbeitet beide von der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 22 ausgegebene verarbeitete Signale, um Schwingungsfehler zu detektieren. Weiterhin verwendet der erste Analog-Digital-Wandler 17 zur Digitalisierung des basisbandbegrenzten Sensorsignals eine Abtastfrequenz von maximal 10 kHz, wobei der zweite und/oder dritte Analog-Digital-Wandler 23 beziehungsweise 25 zur Digitalisierung des nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals bzw. des nicht basisbandbegrenzten Ausgangssignals des summierenden Kapazitäts-Spannungswandlers 24 eine Abtastfrequenz von maximal 10 MHz verwendet.
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In der 3 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor gezeigt.
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Das Verfahren 100 umfasst einen ersten Schritt S1, einen zweiten Schritt S2 und einen dritten Schritt S3. Im ersten Schritt S1 wird ein Sensor-Eingangssignal von einem Sensor erfasst.
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Der zweite Schritt S2 umfasst zwei Teilschritte S21 und S22, einen ersten Teilschritt S21 und einen zweiten Teilschritt S22. Im ersten Teilschritt S21 wird das erfasste Sensor-Eingangssignal in ein digitalisiertes, basisbandbegrenztes Sensorsignal umgewandelt und in dem zweiten Teilschritt S22 wird das erfasste Sensor-Eingangssignal in ein digitalisiertes, nicht basisbandbegrenztes Sensorsignal erzeugt und analysiert. Die Erzeugung und/oder Analyse des mindestens einen digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals erfolgt kontinuierlich oder wird in regelmäßigen Zeitabständen automatisch durchgeführt und/oder wird Ereignis-initiiert und/oder Benutzer-initiiert durchgeführt.
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Im dritten Schritt S3 werden Störeinflusse auf das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignal auf Basis der Analyse des mindestens einen digitalisierten,3 nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals kompensiert. Des Weiteren wird auf Basis der Analyse des mindestens einen digitalisierten nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals im Teilschritt S22 eine Erkennung und/oder Identifizierung von Störeinflüssen im Schritt S3 vorgenommen.
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Das Verfahren 100 kann zum Betreiben der in 2 veranschaulichten Sensoranordnung 11 mit dem mindestens einen kapazitiven Sensor 13 verwendet werden.
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In dem ersten Schritt S1 wird ein Sensor-Eingangssignal vom Sensor 13 erfasst, wobei das von dem Sensor 13 erfasste Sensor-Eingangssignal mit Hilfe eines differentiellen Kapazität-Spannungswandlers 15 in ein analoges, nicht basisbandbegrenztes Sensorsignal umgewandelt wird.
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In dem ersten Teilschritt S21 wird das analoge, nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal basisbandbegrenzt und das basisbandbegrenzte Sensorsignal mit einer ersten niedrigen Abtastrate analog-digital gewandelt.
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In dem zweiten Teilschritt S22 wird das analoge, nicht basisbandbegrenzte Sensorsignal mit einer zweiten, höheren Abtastrate analog-digital gewandelt und analysiert.
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In dem dritten Schritt S3 werden Störeinflusse auf das digitalisierte, basisbandbegrenzte Sensorsignal auf Basis der Analyse des mindestens einen digitalisierten, nicht basisbandbegrenzten Sensorsignals kompensiert.
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Des Weiteren kann das Verfahren 100 einen vierten Schritt umfassen, welcher in 3 nicht veranschaulicht ist. Gemäß dem vierten Schritt wird das vom Sensor 13 erfasste Sensor-Eingangssignal einem summierenden Kapazität-Spannungswandler 24 zugeführt, wobei das nicht basisbandbegrenzte Ausgangssignal des Kapazität-Spannungswandlers 24 mit einer dritten, höheren Abtastrate analog-digital gewandelt wird und das digitalisierte, nicht basisbandbegrenzte Ausgangssignal des Kapazität-Spannungswandlers 24 zur Kompensation von Störeinflüssen auf das digitalisierte basisbandbegrenzte Sensorsignal analysiert wird.
