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Die Erfindung betrifft eine Meßverstärkervorrichtung für
Meßbrückenschaltungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
sowie ein Trägerfrequenzmeßverfahren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 10.
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Meßverstärkervorrichtungen und damit durchzuführende
Meßverfahren in Trägerfrequenztechnik sind seit langem bekannt und
erlauben eine bessere Störspannungsunterdrückung als
vergleichbare Gleichspannungsmeßverfahren. Dadurch sind mit
Trägerfrequenzmeßverfahren eine höhere Genauigkeit und Auflösung
zu erzielen, als mit den Meßverfahren mit
Gleichspannungsspeisung. Bei den Trägerfrequenzmeßverfahren werden sowohl
sinusförmige als auch rechteckförmige Trägerfrequenzspannungen
verwendet. Bei beiden Trägerfrequenzmeßverfahren werden
sogenannte Demodulatoren zur phasenrichtigen Gleichrichtung der
Meßspannungen und nachgeschaltete Tiefpaßfilter zur Glättung der
demodulierten Meßspannung eingesetzt. Insgesamt ist der
Schaltungsaufwand bei Trägerfrequenzverstärkern und hier
insbesondere bei den Verfahren mit sinusförmiger Speisung
beträchtlich. Die Verfahren mit einer Rechteckspeisung sind etwas
weniger aufwendig, haben jedoch größere Nullpunktdriften infolge
der steilen Meßsignalflanken während der Umschaltung des
Demodulators.
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Eine derartige Meßverstärkerschaltung mit einer
Rechteckträgerfrequenz ist aus dem Fachbuch E. Schrüfer, Elektrische
Meßtechnik, 5. Auflage, München-Wien, 1992, Seite 160 bekannt.
Dabei wird eine Eingangsmeßspannung durch eine
Zerhackerschaltung moduliert, anschließend verstärkt und mit einem
Demodulator wieder zu einer Gleichspannung umgewandelt. So soll der
Nullpunkt des Wechselspannungsverstärkers zwar ein stabiles
Verhalten aufweisen, aber der der Modulatoren gewissen
Änderungen unterworfen sein. Dazu wird vorgeschlagen, derartige
Modulationsverstärker mit aufwendigen
Gegenkopplungsschaltungen zu stabilisieren.
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Aus dem Schrüfer, Seite 237 bis 243 sind auch
Differenzverstärkerschaltungen für Aufnehmer in Meßbrücken und
entsprechende Meßverstärkervorrichtungen für Trägerfrequenzbrücken
mit Trägerfrequenzmeßverstärkern bekannt. Dabei wird die
Meßbrücke mit einer Trägerfrequenzspannung gespeist und im
Meßpfad die modulierte Meßspannung abgegriffen und einem
Wechselstromverstärker zugeführt. Nach der Verstärkung wird das
modulierte Signal mittels eines gesteuerten Gleichrichters
demoduliert und anschließend geglättet. Allerdings arbeitet diese
Trägerfrequenzschaltung mit einer sinusförmigen
Trägerfrequenzspannung, die in gleichstromgespeisten elektronischen
Schaltungen nicht immer zur Verfügung steht oder nur mit
großem Schaltungsaufwand erzeugbar ist.
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Aus der EP 0 760 936 B1 ist ein Dehnungsmeßstreifenaufnehmer
und ein Modulationsverstärker für Brückenschaltungen bekannt,
der mit einer Rechteckträgerfrequenz arbeitet. Der
Dehnungsmeßstreifenaufnehmer wird mit einer Rechteckspannung gespeist,
die auf einfache Weise in einer Zusatzschaltung aus einer
Gleichspannungsversorgung erzeugt wird, die unmittelbar dem
Aufnehmer vorgelagert ist. Diese Zusatzschaltung beinhaltet
zusätzlich noch einen Differenzverstärker und eine
Demodulatorschaltung, sowie Filterschaltungen zur Glättung der
Ausgangsmeßspannung, so daß am Ausgang ein verstärktes
Gleichspannungsmeßsignal anliegt. Da die Zusatzschaltung unmittelbar
jeder Aufnehmerschaltung zugeordnet ist, ist sie vorzugsweise
zur Integration in einer Aufnehmerschaltung vorgesehen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Trägerfrequenzmeßverstärkervorrichtung zu schaffen, die mit einem
äußerst geringen Schaltungsaufwand auskommt und dies bei
höchster Meßgenauigkeit.
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Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 und
Patentanspruch 10 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und
vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die direkte Erfassung
der Meßwerte aus den modulierten verstärkten Meßsignalen eine
Demodulations- und eine zusätzliche Filterschaltung eingespart
werden kann. Dies ist bei einer Rechteckträgerspannung
besonders vorteilhaft, da durch die steilen Flanken häufig Driften
und Offsetspannungen auftreten, die zu Meßfehlern führen oder
nur durch aufwendige Schaltungen verhindert werden können.
Deshalb eignet sich eine derart einfache Schaltungsausbildung
vorteilhaft für Vielstellenmessungen mit bis zu mehreren
tausend Meßstellen, wodurch kleinvolumige und leichtgewichtige
Verstärkerschaltungen kostengünstig herstellbar sind. Dabei
ist insbesondere vorteilhaft, daß durch die Einsparung der
Demodulator- und Filterstufe sich die Meßzeit erheblich
verkürzen läßt, so daß insbesondere bei derartigen
Vielstellenmessungen die Meßwerte nahezu in Echtzeit auswertbar sind. Durch
die direkte Abtastung der Amplituden oder des direkten
Vergleichs mit einer vorgegebenen Bezugsspannung während
mindestens einer Periode des Trägerfrequenzsignals heben sich
vorteilhafterweise Driften und Offseterscheinungen durch die
Differenzbildung auf, so daß auch eine hohe Meßgenauigkeit
erzielbar ist.
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Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung, wo die
Abtastmittel in Form eines handelsüblichen Analog-Digital-Wandlers
eingesetzt werden, ist vorteilhaft, daß das Meßsignal sogleich
in digitaler Form vorliegt und ohne weiteren
Bearbeitungsvorgang und Zeitverzug zur Weiterverarbeitung oder zur Anzeige
vorliegt. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, daß die
verhältnismäßig ungenauen Meßsignalwerte während des
Einschwingvorgangs im Bereich der Trägeranstiegsflanke bei der
Differenzberechnung unberücksichtigt bleiben können, wodurch eine
hervorragende Meßgenauigkeit erzielbar ist. Mit einem derartigen
Abtastverfahren können viele hundert Meßwerte pro Sekunde
ermittelt und ausgewertet werden.
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Bei der Dehnungsmessung mit Dehnungsmeßstreifen sind mit
diesem Verfahren, auch bei verhältnismäßig geringen
Speisespannungen, hohe Meßraten und Auflösungen erreichbar, so daß sich
damit neben den klassischen Kraft- und Gewichtsmessungen auch
Aufgabenbereiche aus der Materialprüfung erschließen.
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Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, die
in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Aufnehmer- und eine Meßverstärkerschaltung
mit einer Amplitudenerfassungs- und einer
Rechenschaltung;
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Fig. 2 einen Signalspannungsverlauf bei einer Abtastung
mittels der Amplitudenerfassungsschaltung;
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Fig. 3 einen Signalspannungsverlauf bei einer
Mehrfachabtastung mittels eines Analog-Digital-Wandlers;
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Fig. 4 eine Aufnehmer- und eine Meßverstärkerschaltung
mit einem Komparator und Gatterschaltungen als
Vergleichsmittel;
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Fig. 5 einen Signalspannungsverlauf bei einer
Pulsbreitenmodulation mittels einer vorgegebenen
Bezugsspannung mit einer Frequenz gleich dem Doppelten
der Trägerfrequenz;
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Fig. 6 eine Aufnehmer- und eine Meßverstärkerschaltung
mit einem Komparator und einem exklusiven Nand-
Gatter als Vergleichsmittel, und
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Fig. 7 einen Signalspannungsverlauf bei einer
Pulsbreitenmodulation mittels einer dreieckförmigen
Bezugsspannung mit einer Frequenz gleich der
Trägerfrequenz.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Aufnehmerbrückenschaltung 1,
ein Rechteckgenerator 2 und eine Meßverstärkervorrichtung 6
dargestellt, wobei die Verstärkervorrichtung 6 aus einer
Verstärkerschaltung 3 und einer nachfolgenden Auswerteschaltung
besteht, die eine Amplitudenerfassungs- 4 und eine
Rechenschaltung 5 enthält.
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Die Aufnehmerschaltung 1 besteht aus einer Wheatstone'schen
Meßbrückenschaltung, bei der mindestens ein Widerstand als
veränderlicher Widerstand vorgesehen ist, der sich
entsprechend der zu erfassenden physikalischen Meßgröße verändert.
Vorliegend ist eine Aufnehmerschaltung 1 dargestellt, die
beispielsweise aus vier veränderlichen Widerständen besteht, die
als Dehnungsmeßstreifen (DMS) ausgebildet sind. Derartige
Aufnehmerschaltungen 1 werden vorzugsweise in Wägezellen oder
Kraftmeßvorrichtungen eingesetzt.
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Häufig wird die Meßbrücke auch als Viertelbrücke geschaltet,
wie bei Dehnungserfassungen bei belastbaren Bauteilen an
Automobilen oder Flugzeugen und dergleichen, wo teilweise bis
1.000 und mehr Meßstellen vorgesehen sind. Bei derartigen
Vielstellenmessungen ist es wichtig, preiswerte und dennoch
genaue Meßschaltungen zu verwenden, da die
Dehnungsunterschiede oft sehr gering sind und der Schaltungsaufwand wegen der
Menge der Meßstellen gering zu halten ist. Derartige
Meßverstärkervorrichtungen 6 sollen häufig auch zu einer Vielzahl in
einem Gerät integriert werden, so daß bei geringem
Schaltungsaufwand die Kosten sinken und die Flexibilität der Geräte
zunimmt.
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Der Speisezweig der Aufnehmerschaltung 1 ist mit einer
Geratorschaltung 2 verbunden, die diese mit einer
Rechteckträgerspannung UB speist. Vorzugsweise werden Trägerspannungen von
0,5 bis 5 V eingesetzt, die eine Trägerfrequenz von
beispielsweise fT = 600 Hz aufweisen.
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An dem Meßzweig der Brückenschaltung 1 ist eine
Verstärkerschaltung 3 geschaltet, die aus einem einfachen
Operationsverstärker oder auch aus einem ein- oder mehrstufigen
Differenzverstärker bestehen kann, der das amplitudenmodulierte
Meßsignal zur Weiterverarbeitung um einen vorgegebenen Faktor V von
beispielsweise V = 100 verstärkt.
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Ein Signalspannungsverlauf in der Schaltung nach Fig. 1 ist in
Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Dabei ist beispielsweise ein
Meßsignalverlauf vorgesehen, bei dem der Aufnehmer ein relativ
hohes Meßsignal Um erfaßt und zusätzlich von einer
Offsetspannung ΔA beeinflußt wird. Am Ausgang der Verstärkerschaltung 3
liegt deshalb eine amplitudenmodulierte Meßspannung Um an,
deren Phase synchron zur Rechteckträgerspannung UB verläuft und
als ausgezogene Linie dargestellt ist. Gleichzeitig ist
zusätzlich die Rechteckträgerspannung UB gestrichelt dargestellt,
die symmetrisch zur Nullinie verläuft. Vorzugsweise wird eine
Trägerfrequenzspannung von fT = 600 Hz verwandt, die eine
vorgegebene Periodenlänge T besitzt. Die Meßspannung Um ist
während der positiven Halbwelle der Trägerfrequenzspannung UB
positiv und stellt somit eine Dehnung dar. Diese weist während
der positiven Halbwelle eine Amplitude Ap auf, die um eine
Offsetspannung ΔA gegenüber dem Nullpunkt verschoben ist. Deshalb
ist die Amplitude An während der negativen
Trägerfrequenzhalbwelle um die Offsetspannung ΔA gegenüber der tatsächlichen
Amplitude A vermindert.
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Die verstärkte Meßspannung Um wird im Anschluß einer
Auswerteschaltung zugeführt, die als Amplitudenerfassungsschaltung 4ausgebildet ist und ein Abtastmittel darstellt. Mittels der
Amplitudenerfassungsschaltung 4 wird die Amplitude mit
mindestens der zweifachen Trägerfrequenz 2.fT abgetastet und deren
Meßspannungswerte Ap und An erfaßt. Die Abtastfrequenz fA kann
aber auch ein Vielfaches der Trägerfrequenz besitzen. Dabei
bestimmt sich die Abtastfrequenz nach der Formel fA = 2.fT.n,
wobei n = 1, 2, 3 oder ein Vielfaches davon sein kann. Durch
die Abtastung mit der mindestens zweifachen Trägerfrequenz
wird jeweils mindestens ein Amplitudenwert Ap der Meßspannung
für die positive Halbwelle und mindestens ein Amplitudenwert An
für die negative Halbwelle der Trägerspannungsperiode erfaßt.
Diese in der Amplitudenerfassungsschaltung abgetasteten
Meßwerte Ap, An werden nachfolgend einer Rechenschaltung 5
zugeführt und daraus die Differenz gebildet, die sogleich einen
Wert für die erfaßte physikalische Größe am Aufnehmer 1
darstellt. Mit einer derartigen Schaltung 6 kann auch ohne einen
aufwendigen Demodulator direkt aus den abgetasteten Meßwerten
ein Wert für die erfaßte Dehnung, die Kraft oder eine andere
erfaßte physikalische Größe ermittelt werden. Denn es hat sich
überraschenderweise herausgestellt, daß bei einem
Rechteckträgerfrequenzmeßsystem bei doppelter Abtastfrequenz fA sogleich
das Meßergebnis ableitbar ist. So ergibt sich die Amplitude A
der Meßspannung aus der Summe
AΣ = Ap - An
wobei
Ap = A + ΔA
An = -A + ΔA
so daß
AΣ = (A + ΔA) - (-A + ΔA)
AΣ = 2A
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Dabei hat sich gleichzeitig gezeigt, daß eine derartige
Meßschaltung auch Offsetanteile ΔA oder vergleichbare
Störspannungsanteile rechnerisch kompensiert. Eine derartige
Meßschaltung arbeitet daher sehr genau und ist deshalb auch für hohe
Auflösungsanforderungen einsetzbar. Dabei können auch
Abflachungen an den steilen Flanken der Rechteckspannung nicht zu
Meßfehlern führen, wenn die Abtastung erst nach der
Einschwingzeit und phasensynchron mit der Trägerfrequenz erfolgt.
Die so ermittelten Meßwerte können dann nachfolgend sowohl
analog als auch digital weiterverarbeitet werden.
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Bei einer besonderen Ausführung der Meßschaltung ist in der
Auswerteschaltung 6 vorteilhafterweise als
Amplitudenerfassungsschaltung 4 ein handelsüblicher Analog-Digital-Umsetzer
eingesetzt, der die Meßwerte abtastet und gleichzeitig
digitalisiert. Eine derartige Abtastung ist in Fig. 3 der Zeichnung
dargestellt. Dabei ist beispielsweise eine Abtastrate von acht
Meßwerten pro Periode T der Trägerfrequenzspannung UB
vorgesehen, bei der sogleich acht digitale Meßwerte Ap1 bis An4 durch
den A/D-Umsetzer erfaßbar sind. Diese können dann in der
nachfolgenden Rechenschaltung 5, die als Mikroprozessor
ausgebildet ist, zur Meßwertberechnung nach der Formel
verwandt werden, dessen Ergebnis AΣ sogleich einen Wert für
einen gemittelten digitalen Meßwert darstellt. Hat der A/D-
Umsetzer eine längere Einschwingzeit von mehreren Meßzyklen,
so kann die Meßgenauigkeit dadurch erhöht werden, daß nur
Meßwerte Api und Ani zur Meßwertermittlung genutzt werden, die erst
nach einer vorgegebenen Einschwingzeit erfaßbar sind. Bei der
A/D-Abtastung in Fig. 3 können beispielsweise nur die
digitalen Amplitudenwerte Ap4 und An4 in der Mikroprozessorschaltung 5
weiterverarbeitet werden, wenn die A/D-Einschwingzeit z. B.
drei Meßzyklen lang ist. Dabei wird aus den beiden
Amplitudenwerten Ap4 und An4 die Differenz gebildet, die sogleich den
digitalen Meßwert darstellt. Eine derartige Abtastung mittels
A/D-Umsetzer erfolgt dabei immer phasensynchron mit der
Periode T der Rechteckträgerfrequenz UB. Zur Abtastung kann aber
auch ein integrierender A/D-Umsetzer eingesetzt werden, bei
dem eine Integrationszeit von etwa 90% einer halben
Trägerfrequenzperiode vorgesehen ist. Der Start der A/D-Umsetzung
beginnt immer erst etwa 10% nach der Polaritätsumschaltung der
Trägerfrequenz.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Meßschaltung ist in
Fig. 4 der Zeichnung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel
der Meßverstärkervorrichtung 6 unterscheidet sich von den
Ausführungen nach Fig. 1 bis 3 lediglich durch die Ausbildung
der Auswerteschaltung und dem Zählverfahren in der
Rechenschaltung 5. Die Auswerteschaltung besteht dabei aus einem
Komparator 7 und nachfolgend drei Nand-Gattern 8, 9, 10, die
Vergleichsmittel darstellen. Der Komparator 7 wird auf seinem
ersten Eingang mit der modulierten Meßspannung Um beaufschlagt,
wobei auf dem zweiten Eingang eine Sägezahn- oder
Dreieckspannung UD als Bezugssignal anliegt. Dabei wird die Meßspannung Um
mit der Dreieck- oder Sägezahnspannung UD mit einer Frequenz
fD = 2.fT.n phasensynchron zur Trägerfrequenz fT
verglichen, so daß am Ausgang des Komparators 7 mindestens zwei
pulsbreitenmodulierte Spannungsimpulse UKP und UKn pro Periode T
gebildet werden.
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In Fig. 5 der Zeichnung ist ein derartiger Spannungsverlauf am
Komparator 7 über der Zeit t aufgetragen. Dabei ist wiederum
eine Meßspannung Um gewählt, bei der der Aufnehmer 1 während
der Periode T der Trägerfrequenz positive Meßwerte Um erfaßt,
die phasensynchron zur Trägerspannung UB verlaufen. Durch die
Vergleichs-Dreieckspannung UD wird am Ausgang des Komparators 7
eine pulsbreitenmodulierte Ausgangsspannung UKp und UKn erzeugt,
deren zeitliche Differenz ein Maß für den Meßwert darstellt.
Da auch hier jeweils mindestens ein Puls UKp für die positive
und ein Puls UKn für die negative Halbwelle der Trägerfrequenz
gebildet wird, heben sich auch hierbei beispielsweise
Offsetspannungen und dergleichen auf, weil die Differenz der
gebildeten Pulszeiten von UKp und UKn, bei einer Nullpunktverschiebung
gleich bleiben. Die so am Ausgang des Komparators 7 erzeugten
modulierten Pulse UKp und UKn werden auf jeweils einen Eingang
von zwei Nand-Gattern 9, 10 gelegt, deren zweiter Eingang über
ein weiteres Nand-Gatter 8 mit der Trägerfrequenzspannung UB
verbunden ist. Dadurch werden am Ausgang der beiden mit dem
Komparator 7 verbundenen Nand-Gatter 9, 10 jeweils die Pulse
UKp und UKn für die positive und die negative Halbwelle der
Trägerfrequenz gebildet, die dann einer Rechenschaltung 5
zugeführt wird, die als einfache Zählschaltung ausgebildet ist.
Mittels einer Vor- und Rückwärtszählung kann aus den beiden
Pulszeiten von UKp und UKn die Differenzzeit ausgezählt werden,
die dann einen Wert der Meßspannung in digitaler Form
darstellt.
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Die jeweiligen Pulsbreiten UKp und UKn können aber auch in
getrennten Zählern ausgezählt und aus den beiden Ergebnissen in
der Rechenschaltung 5 eine Differenzbildung durchgeführt
werden, die dann auch einen Wert für das erfaßte Meßergebnis in
digitaler Form liefert. Dieser digital vorliegende Meßwert
kann sogleich ohne weitere A/D-Umsetzung weiterverarbeitet
oder angezeigt werden. Dabei muß lediglich die vergleichende
Dreieck- UD oder Sägezahnspannung mit der Trägerfrequenz UB
phasensynchron gebildet werden, wobei die Dreieckspannung UD
vorteilhaft durch bekannte Integratorschaltungen aus der
Rechteckträgerspannung UB ableitbar ist. Die vergleichende
Bezugsspannung kann dabei sowohl als Dreieck- UD oder auch als
Sägezahnspannung ausgebildet sein, wobei deren Frequenz auch
ein Vielfaches n von der doppelten Trägerfrequenz 2fT sein
kann, so daß sich die Sägezahn- oder Dreiecksfrequenz fD aus
der Formel fD = 2fT.n ergibt. Bei n ≥ 2 werden in Schaltungen
gemäß Fig. 4 n.Pulse UKP und n.Pulse UKn pro Trägerfrequenzperiode
erzeugt, die Trägerfrequenz-Amplituden werden somit normal
abgetastet. Diese Art der Auswertung kann Vorteile beim
Rauschverhalten besitzen, da durch die Mehrfachabtastung der
positiven und negativen Amplituden einzelne Rauschspannungsstörungen
weniger in das Messergebnis eingehen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6
der Zeichnung dargestellt. Die Meßschaltung besteht dabei
wiederum aus einer Rechteckgeneratorschaltung 2, einer
Aufnehmerbrückenschaltung 1, einer Verstärkerschaltung 3 und einer
Komparatorschaltung 7 wie nach Fig. 4 der Zeichnung. Dabei wird
auch der Komparator 7 an seinem zweiten Eingang mit einer
Dreieckspannung UD beaufschlagt, die mit konstanter Phasenlage
und mit gleicher Frequenz fT zur Trägerspannung UB verläuft. Am
Ausgang des Komparators 7 wird somit ein Impulssignal UK mit
50% Pulsbreite gebildet, dessen Phasenlage sich zur
Trägerfrequenzspannung UB proportional mit der Meßspannung Um verändert.
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Die entsprechenden Spannungsverläufe in Abhängigkeit zweier
möglicher Meßspannung +Um und -Um sind in Fig. 7 der Zeichnung
dargestellt. Dabei würde beispielsweise bei einer
Dehnungsmessung mittels DMS eine positive Meßspannung +Um, die als
durchgezogene Linie dargestellt ist, eine Dehnung und eine negative
Meßspannung -Um, die als gestrichelte Linie dargestellt ist,
eine Stauchung am Aufnehmer bedeuten. Die Brücke wird mit
einer Trägerfrequenzspannung UB gespeist. Bei einer positiven
Dehnung ε wird dann am Ausgang der Verstärkerschaltung 3 ein
Spannungsverlauf +Um erzeugt. Dieser Spannungsverlauf +Um wird
dem Komparator 7 zugeführt und mit der phasensynchronen
Dreieckspannung UD verglichen, wodurch am Ausgang des Komparators 7
der phasenverschobene Spannungsverlauf UK(+Um) gebildet wird.
Dabei entsteht am Ausgang des Komparators 7 immer ein
moduliertes Pulssignal mit einem Pulsbreitenverhältnis von 50% zu
50%. Dieses Pulssignal wird nun einem exklusiven Und-Gatter
11 bzw. einem exklusiven Oder-Gatter zugeführt, das
gleichzeitig mit der Trägerspannung UB verbunden ist. Am Ausgang des
exklusiven Und-Gatters 11 wird jeweils bei Spannungsgleichheit
ein Ausgangssignal Ux = 0 und bei Spannungsverschiedenheit ein
Ausgangssignal Ux = 1 gebildet.
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Da sich das Pulssignal UK(+Um) nach dem Komparator 7
entsprechend der Größe des Meßsignals +Um in seiner Phasenlage
proportional zur Speisespannung UB verschiebt, wird nach dem
exklusiven Und-Gatter 11 ein Meßsignal Ux(+Um) generiert, dessen Breite
sich linear zur Meßgröße +Um ändert. Bei einem Meßsignal Um = 0
ergäbe sich für Ux eine Pulsbreite von 50%, so daß auch bei
dieser Schaltung die Offsetspannungen von der
Meßverstärkerschaltung 3 und der Komparatorschaltung 7 unterdrückt werden,
da die beiden aufeinanderfolgenden Impulse innerhalb der
Trägerfrequenzperiode T den Fehler mit umgekehrten Vorzeichen
erfassen, so daß bei einer Mittelwertbildung über mindestens
einer Trägerfrequenzperiode T die Summe des Fehlers zu null
wird.
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In Fig. 7 der Schaltung ist der Meßspannungsverlauf bei einer
Stauchung gestrichelt dargestellt, daraus ergibt sich am
Ausgang des Komparators 7 dann ein Spannungsverlauf UK(-Um), der
auch ein Impulsbreitenverhältnis von 50% : 50% aufweist und
wiederum in seiner Phasenlage zur Trägerfrequenzspannung UB und
der Meßspannung +Um bei einer Dehnung verschoben ist. Durch
diese beiden Darstellungen ist etwa der Bereich ersichtlich,
zwischen dem sich die Phasenlage verschiebt und dessen
Pulsbreitenverhältnis Ux einen Wert der erfaßten Dehnung oder
Stauchung darstellt. Aus diesem Größenverhältnis der Pulsbreiten
Ux(+Um) bzw. Ux(-Um) wird mindestens während einer Periode T in
der nachfolgenden Rechenschaltung 5 die Differenz gebildet,
die einen direkt proportionalen Meßwert der erfaßten Dehnung,
Stauchung oder ermittelten sonstigen physikalischen Größe
darstellt, die beispielsweise mittels Dehnungsmeßstreifen erfaßt
wurde.