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Die
vorliegende Erfindung betrifft Drucksensoren nach dem Resonatorprinzip
und ein Verfahren zu dessen Betrieb. Genauer betrifft die Erfindung
Drucksensoren mit mechanischen Resonatoren. Bei Messungen nach dem
Resonatorprinzip wird ein Resonator in Abhängigkeit der zu messenden Größe verstimmt.
In dem US-Patent Nr. 4 926 143 wird ein Drucksensor nach dem Resonatorprinzip
offenbart, der einen Resonator aufweist, welcher die Form des Buchstabens „H" ausweist, bei dem
die vier Enden des „H" fest eingespannt sind.
Die beiden langen Seiten des „H" stellen je einen
Schwingbalken dar. Durch einen Verbindungssteg sind die beiden Balken
mechanisch miteinander verbunden. Im Betrieb wird der erste Schwingbalken
zum Schwingen angeregt, wobei die Schwingungen über den Verbindungssteg auf
den zweiten Schwingbalken übertragen werden.
Zum Messen der Schwingung weist der zweite Schwingbalken Piezowiderstände auf.
Das erfaßte
sinusförmige
Meßsignal
des zweiten Balkens wird als Anregesignal auf den ersten Balken
rückgekoppelt.
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Anregung
und Messung erfolgen also gleichzeitig an zwei verschiedenen Schwingbalken,
die jedoch mechanisch miteinander verbunden sind. Insoweit als die
beiden Schwingbalken in ihren Schwingungseigenschaften niemals ganz
identisch sein werden, ist eine ggf. ungünstige Beeinflussung des Meßsignals
durch den angeregten Balken zu erwarten. Zudem wirkt das Anregesignal
auf das Meßsignal
ein.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drucksensor
mit einem Resonator, und ein Verfahren zu dessen Betrieb bereitzustellen,
bei dem das Meßsignal
nicht durch das Anregungssignal beeinträchtigt wird.
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Der
Erfindung liegt der Lösungsgedanke
zugrunde, die Anregung und Messung nicht räumlich sondern zeitlich zu
trennen. Hierzu wird ein vorzugsweise einfach geformter Resonator
verwendet, an dem alternierend Anregungen und Messungen erfolgen.
D.h., innerhalb eines ersten Zeitintervalls wird der Resonator zum
Schwingen angeregt. Während
eines zweiten Zeitintervalls erfolgt das Messen der freien Schwingung
des Resonators. Während
dieses zweiten Zeitintervalls erfolgt keine Schwingungsanregung.
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Der
erfindungsgemäße Drucksensor
zum Erfassen eines Drucks umfaßt
einen mit Druck beaufschlagbaren Verformungskörper, einen mit dem Verformungskörper gekoppelten
Resonator, wobei die Eigenfrequenz des Resonators von der Verformung
des Verformungskörpers
abhängt,
eine Schaltung zur Anregung des Resonators und zur Erfassung der
Schwingungen des Resonators, wobei die Anregung der Schwingungen
und die Erfassung der Schwingungen alternierend erfolgt.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Drucksensor
ist der Verformungskörper
beispielsweise als Membran ausgestaltet. Der Resonator ist beispielsweise
ein Schwingbalken, welcher auf der dem Meßdruck abgewandten Rückseite
der Membran mit beiden Enden fixiert bzw. eingespannt. Bei einer
meßdruckabhängigen Auslenkung
der Meßmembran
wird der Schwingbalken mechanisch verspannt, wodurch sich die Resonanzfrequenz
des Schwingbalkens ändert.
Die Frequenz wird detektiert, um daraus den Meßdruck zu bestimmen.
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In
einem ersten Zeitintervall erfolgt die Anregung. Danach wird die
Anregung deaktiviert und der Biegebalken schwingt frei, aber gedämpft. Die
Schwingungsamplitude A(t) klingt exponentiell mit der Zeit ab gemäß
f Frequenz
Q
Güte
t
Zeit
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Die
erzielbare Auflösung
der Frequenzmessung steigt mit der Meßdauer. Außerdem können große Schwingungsamplituden besser
aufgelöst
werden als kleine.
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Zur
Erzielung einer großen
Auflösung
ist es daher anzustreben, daß die
Schwingungsamplitude innerhalb einer hinreichend langen Meßdauer nur
geringfügig
abnimmt. Dies erfordert eine hinreichend hohe Güte Q. Derzeit werden u.a. metallische
Schwingbalken und Halbleiterschwingbalken, insbesondere monokristalline Halbleiterschwingbalken,
in Erwägung
gezogen. Beispielsweise sind mit Schwingbalken aus monokristallinem Silizium,
welche im Vakuum schwingen, Güten
von mehreren 10.000 möglich.
Bei Verwendung solcher Silizium-Resonatoren kann daher erreicht
werden, daß die
Schwingungsamplitude innerhalb der Meßdauer von beispielsweise ca.
0,01 ... 0,1 Sekunden um weniger als die Hälfte des Anfangswerts abfällt.
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Bei
jeder neuen Anregung muß der
Schwingung wieder die während
der frei schwingenden Phase abgegebene Energie zugeführt werden.
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Die
Schwingungsenergie des Schwingbalkens beträgt:
ρ Dichte des
Balkenmaterials
b Balkenbreite
h Balkebdicke f Frequenz
l
Balkenlänge
w(x)
Biegelinie das Balkens bei Vollauslenkung
mit
w(x,t) = A(t)∙g(x) (3) -
Die
Schwingungsenergie hängt
quadratisch von der Schwingungsamplitude A(t) ab. Ist die Amplitude der
freien gedämpften
Schwingung auf etwa die Hälfte
abgefallen, so sind ¾ der
ursprünglich
vorhandenen Energie verloren gegangen und müssen bei der anschließenden Anregephase
wieder zugeführt
werden.
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Die
Anregung kann auf verschiedene Arten erfolgen, wie beispielsweise
elektrostatisch, optisch, thermisch, magnetisch, unter Ausnutzung
der Lorentzkraft.
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Im
folgenden soll eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung, nämlich die
elektrostatische Anregung (d.h. mittels Kondensator) näher beschrieben
werden.
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Während eines
ersten Zeitintervalls, welches mehrere Schwingungsperioden umfassen
kann, wird der Schwingbalken angeregt. Dabei dienen der Schwingbalken
und eine im Abstand d (typisch einige wenige Mikrometern) angebrachte,
zum Schwingbalken parallele Elektrode als Elektrodenpaar eines Kondensators,
an welches eine Spannung U angelegt wird. Der Schwingbalken wird
dadurch mit einer Kraft F in Richtung feste Elektrode gezogen. Für die Kraft
F gilt:
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Steht
eine genügend
große
Spannung zur Verfügung,
so kann der Schwingbalken während
der Dauer einer halben Schwingungsperiode um den gewünschten
Betrag ausgelenkt werden. Alternativ kann man mit kleineren Spannungswerten
arbeiten und die Energie während
mehrerer Perioden zuführen.
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Mit
dem Kondensator kann der Schwingbalken nur zur feststehenden Elektrode
hingezogen aber nicht weggeschoben werden. Alternativ kann man auf
beiden Seiten des Schwingbalkens feststehende Elektroden anordnen,
wobei während
der ersten Hälfte
der Periode die Spannung zwischen Schwingbalken und erster Elektrode
und während
der zweiten Hälfte
der Periode zwischen Balken und zweiter Elektrode anliegt. Alternativ
kann man eine Gleichspannung und eine Wechselspannung (mit gleicher
Amplitude) überlagern.
Verschiedene geeignete elektrostatische Anregungsarten werden im
folgenden näher
beschrieben Eine einfache Variante der Anregung besteht in dem Anlegen
einer konstanten Spannung während
eines ersten Zeitintervalls. Danach wird die Kondensatorspannung
schlagartig abgeschaltet und der Schwingbalken vollführt eine gedämpfte Schwingung.
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Dabei
ergibt sich jedoch aufgrund der intrinsisch hohen Güte des Schwingbalkens
ein Phänomen,
welches zusätzlicher
Maßnahmen
bedarf. Wird nämlich
der Schwingbalken durch das Anlegen der Kondensatorspannung um einen
Wert y1 ausgelenkt so vollführt
er eine Schwingung um die neue Ruhelage y1. Je höher die Güte des Systems ist, desto langsamer
klingt diese eigentlich unerwünschte
Schwingung ab. Um dies zu verhindern verfolgt ein Ausführungsbeispiel
den Ansatz, die Güte
des Systems während
der Anregungsphase herabzusetzen. Stellt man beispielsweise die
Güte während der
Anregungsphase so ein, daß der
aperiodische Grenzfall erreicht wird (Güte Q=0,5), so schwingt der
Balken nicht über
und nähert
sich schnellstmöglich
der Auslenkung y1 an. Vor dem Schwingenlassen, welches durch schlagartiges
Abschalten der Kondensatorspannung eingeleitet wird, wird die Güte des Systems
wieder auf einen hinreichend großen Wert erhöht, damit
eine genaue Frequenzbestimmung über
eine ausreichende Anzahl von Schwingungen möglich ist.
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Das
Einstellen der Güte
des Systems kann z.B. mit einer Schaltung erreicht werden, bei der
die Anregungsspannung über
einen in Reihe geschalteten Widerstand angelegt wird, und die Entladung
des Kondensators durch eine direkte Kopplung der Elektrodenanschlüsse ohne
zwischengeschaltete Widerstände
erfolgt. Schwingt der Schwingbalken, welcher eine erste Elektrode
eines Kondensators darstellt, so ändert sich die Kapazität dieses
Kondensators und es fließen
elektrische Ladungen. Dabei wird elektrische Leistung verbraucht, wenn
die elektrischen Ladungen über
einen Widerstand R fließen.
Hierdurch wird die Güte
des Systems herabgesetzt.
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In
einer anderen Ausgestaltung einer Schaltung zur Gütesteuerung
wird parallel zum sehr kleinen Anregekondensator ein Kondensator
mit größerer Kapazität angeordnet.
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Will
man die Güte
während
der Anregungsphase nicht verringern, so sind andere Maßnahmen
zu ergreifen. Ist nämlich
beim Anliegen der konstanten Spannung die Güte sehr groß, so schwingt der Biegebalken so
stark über,
daß er
dabei immer wieder seine ursprüngliche
Nulllage erreicht. Schaltet man in einem solchen Moment die Spannung
ab, so würde
der Balken anschließend überhaupt
nicht bzw. nur noch vernachlässigbar schwingen.
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Ist
also die Güte
beim Anregen sehr groß,
so muß die
Spannung bei der richtigen Phasenlage – nämlich dann, wenn der Balken
maximal ausgelenkt ist – abgeschaltet
werden. Auf diese Weise kann man sogar erreichen, daß der Balken
mit doppelt so großer
Amplitude schwingt, als es bei der Anregung im aperiodischen Grenzfall
Anregung der Fall wäre.
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Gemäß einer
weiteren Alternative kann die Anregung auch mit jeweils einem sehr
kurzen Anregespannungspulsen erfolgen, welcher kürzer als etwa die halbe Periodendauer
ist.
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Kann
eine hinreichende Spannung nicht an den Anregekondensator angelegt
werden, so sieht eine weitere Ausgestaltung vor, mehrere Spannungspulse
mit geringerer Amplitude zeitlich aufeinander folgend Spannungspulsen
in geeigneter Phasenlage anzulegen. Nach jedem Spannungspuls wird
dadurch die Schwingungsamplitude weiter erhöht. Hinsichtlich der Phasenlage
reicht es aus daß die
Spannungspulse „einigermaßen" zum richtigen Zeitpunkt,
d.h. gleichsinnig mit der bestehenden Schwingung, erfolgen.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, daß die
Kondensatorspannung nicht wie zuvor beschrieben schlagartig mit
einem Rechteckpuls angelegt wird, sondern allmählich, z.B. linear, ansteigt
und nach Erreichen des Zielwertes der Schwingbalkenauslenkung schlagartig
abgeschaltet wird. Selbstverständlich
kann die Resonatorschwingung während
des (z.B. linearen) Ansteigens der Kondensatorspannung gedämpft sein.
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Die
zuvor beschriebenen Anregungen gehen zunächst davon aus, daß sich der
Biegebalken zuvor in einer Ruhelage befindet und nicht schwingt.
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Dies
kann bei einem Sensor mit alternierenden Anregungs- und Meßphasen
dadurch erzielt werden, daß der
Schwingbalken nach Abschluß einer
Messung vor einer erneuten Anregung zunächst durch das Einschalten
einer großen
Dämpfung
abgebremst wird, und danach aus der Ruhelage eine erneute Anregung
erfolgt. In diesem Fall herrschen bei jeder neuen Anregung die oben
beschriebenen Verhältnisse
und die Anregung kann mit einer der oben beschriebenen Methoden
erfolgen.
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Der
Schwingbalken kann dabei wahlweise in seiner ursprünglichen
Nulllage oder auch beim Wert der maximalen Auslenkung zur Ruhe kommen.
Arbeitet man mit einer Spannungsrampe, so kann diese auch schon
gestartet werden bevor der Schwingbalken abgebremst wurde. D.h.
der Beginn des Spannungsanstiegs kann auch etwa zeitgleich mit dem
Einschalten der Dämpfung
erfolgen.
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Verzichtet
man auf das Abbremsen des Schwingbalkens, der nach Abschluß einer
Messung beispielsweise mit noch etwa der Hälfte der ursprünglichen
Amplitude schwingt, so muß die
erneute Anregung „einigermaßen" phasenrichtig erfolgen,
damit die erneute Anregung nicht zur vollständigen oder partiellen Auslöschung der
Schwingung führt.
Zur Identifizierung eines geeigneten Anregungszeitpunktes kann beispielsweise die
Erkennung des Nulldurchgang und die Identifizierung der Schwingungsphase
Phasenlage durch eine dem Fachmann geläufige Komparatorschaltung erfolgen.
Ist der Anregungszeitpunkt identifiziert, so kann die Anregung mit
einem hinreichend kurzem Puls nach den oben beschriebenen Prinzipien
erfolgen.
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Die
erfindungsgemäßen Anregungsprinzipien
haben deutliche Vorteile gegenüber
einer sinusförmigen Anregung,
welche genau mit der Resonanzfrequenz erfolgen muß da sonst
dem System praktisch keine Energie zugeführt werden kann. Bei Systemen
mit hoher Güte,
welche nötig
ist um eine hohe Auflösung
zu erhalten, ist das schwer zu realisieren, da der Resonanzpeak
sehr schmal ist und deshalb die Resonanzfrequenz sehr genau getroffen
werden muß.
Bei den hier beschriebenen Anregungsarten ist das Problem entschärft.
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Bei
statischer Auslenkung, also bei Auslenkung mit großer Bedämpfung bzw.
geringer Güte,
entfällt das
Problem ganz Bei Anregung mit kurzen Pulsen, welche bis zu einer
halben Periodendauer lang sein können,
muß lediglich
in der richtigen Schwingungsphase angeregt werden.
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Bei
Anregung mit mehreren Pulsen (z.B. Rechteck), welche mehrere Periodendauern
lang sind, muß lediglich
gewährleistet
werden, daß der
Anregepuls dann endet, wenn sich der Biegebalken in einem Schwingungsmaximum
oder nahe bei einem Schwingungsmaximum befindet.
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Ein
weiterer Vorteil der zeitlichen Trennung von Anregung und Messung
ergibt sich aus einem typischen Nebeneffekt der elektrostatischer
Anregung. Hierzu wird üblicherweise
eine Gleichspannung und eine dieser überlagerte Wechselspannung
angelegt. Die Gleichspannung hat den Nebeneffekt, daß sie die
Resonanzfrequenz des Systems erniedrigt. Da die Frequenz das eigentliche
Meßsignal
darstellt, die Frequenz aber von der angelegten Gleichspannung abhängt, resultiert
ein Meßfehler,
falls die angelegte Gleichspannung nicht exakt konstant bleibt.
Bei einer zeitlichen Trennung von Anregung und Messung kann dieser
Fehler nicht auftreten.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es
zeigt:
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1a: Einen schematischen
Längsschnitt
eines erfindungsgemäßen Drucksensors;
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1b: Einen schematischen
Querschnitt durch den Drucksensor entlang der Linie Ib aus 1a;
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1c: Ein Ausführungsbeispiel
für eine
Anregungsschaltung mit umschaltbarer Resonatorgüte.
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2a-d: Den zeitlichen Verlauf
der Schwingbalkenauslenkung bei einer Anregung mit einem Puls mit einer
Dauer von mehreren Schwingungsperioden in Abhängigkeit von der Güte während der
Anregung und von der Phasenlage beim Abschalten des Pulses.
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3a-c: Den zeitlichen Verlauf
der Schwingbalkenauslenkung bei einer Anregung mit einem Puls oder
mehreren Pulsen mit einer Dauer von 0,25 Schwingungsperioden.
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4a-b: Den zeitlichen Verlauf
der Schwingbalkenauslenkung bei Folgeanregungen mit einem Puls mit
einer Dauer von 0,25 Schwingungsperioden in Abhängigkeit von der Phasenlage.
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5a-b: Den zeitlichen Verlauf
der Schwingbalkenauslenkung bei einer Anregung mit Puls mit einer Dauer
von mehreren Schwingungsperioden und einer langsam steigenden Anstiegsflanke.
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Der
in 1a und 1b gezeigte Drucksensor weist
einen Grundkörper 1 mit
im wesentlichen zylindrischer Geometrie und einer Resonatorkammer 10 an
seiner druckseitigen Stirnfläche
auf, wobei die Resonatorkammer 10 von einem ringförmigen Vorsprung 9 begrenzt
ist. Der ringförmige
Vorsprung 2 trägt
eine Membran 2, welche die Resonatorkammer druckdicht verschließt. Die äußere Oberfläche der
Membran 2 ist im Einsatz mit einem Druck beaufschlagbar.
An der inneren, der Resonatorkammer zugewandten, Oberfläche der Membran 2 ist
ein Schwingbalken 3 angeordnet, der mit beiden Enden mit
der Membran 2 gekoppelt ist. Die Eigenfrequenz für die Biegeschwingung
des Schwingbalkens 3 in einer Ebene senkrecht zur Fläche der
Membran 2 ist eine Funktion der druckabhängigen Durchbiegung
der Membran.
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Einzelheiten
zum allgemeinen Aufbau eines Drucksensors mit Schwingbalken sind
dem Fachmann beispielsweise aus dem US Patent Nr. 4,962,143 bekannt.
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Der
Schwingbalken 3 dient als erste Elektrode eines Kondensators
C, dessen zweite Elektrode 4 an der Stirnfläche des
Grundkörpers 1 in
der Resonatorkammer 10 angeordnet ist. Der Schwingbalken
ist über eine
zumindest Abschnittsweise leitfähige
Schicht 6, welche auf der inneren Oberfläche der
Membran 2 angeordnet ist, und eine erste elektrische Durchführung 8,
die sich durch den Grundkörper
erstreckt, mit einer Anregungsschaltung 5 verbunden. Die
zweite Elektrode 4 ist über
eine zweite elektrische Durchführung 7,
mit der Anregungsschaltung 5 verbunden.
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Die
in 1c schematisch dargestellte
Steuerschaltung 5 zur Speisung des Kondensators C, umfaßt eine
Gleichspannungsquelle U, welche den Kondensator C über einen
Widerstand R, und einen Schalter S2 speist. Weiterhin weist die
Steuerschaltung 5 einen Schalter S1 auf, mit dem der Kondensator
C kurzgeschlossen werden kann. S1 und S2 sind alternierend geschlossen,
d.h., wenn der Schalter S1 geschlossen ist, muß der Schalter S2 offen sein,
und umgekehrt. Dies kann beispielsweise durch MOSFET-Analogschalter realisiert werden,
wobei die Steuereingänge
von S1 und S2 von einem gemeinsamen Steuersignal gespeist werden, welches
für einen
der Schalter über
einen Inverter geführt
wird.
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Nachfolgend
werden verschiedene Aspekte der unterschiedlichen Anregungsmoden
anhand von Diagrammen in 2a – 5b erörtert.
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Die
dargestellten Kurven zeigen numerische Lösungen der Schwingungsgleichung
für die
diskutierten Anregungsmoden unter der Näherung, daß die elektrostatische Kraft
zwischen dem Schwingungsbalken und der Gegenelektrode unabhängig von
der Schwingbalkenauslenkung ist, also daß die Auslenkung des Schwingungsbalkens
erheblich kleiner ist als der Abstand des Schwingungsbalkens von
der Gegenelektrode ist.
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Die 2a-2d zeigen den Schwingungsverlauf
des Biegebalkens bei Anregung mit einer konstanten Kondensatorspannung
für unterschiedliche
Gütewerte
Q während
der Anregungsphase.
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2a zeigt die Auslenkung
des Biegebalkens bei angelegter Kondensatorspannung über einen
Widerstand R, der eine Güte
von Q=0,5 bewirkt, Schalter S2 ist geschlossen und Schalter S1 ist
offen. Nach einer Zeitspanne von etwa drei Periodendauern wird die
Spannung schlagartig abgeschaltet und die Güte wird maximiert. D.h., der
Schalter S1 wird geschlossen und Schalter S2 wird geöffnet. Der
Schwingbalken schwingt mit seiner druckabhängigen Eigenfrequenz und minimaler
Dämpfung
um die Gleichgewichtslage.
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Ist
die Güte
Q während
des Anlegens der Kondensatorspannung größer als 0,5, so kann der Schwingbalken
beim Auslenken überschwingen. 2b zeigt den entsprechenden
Fall zu 2a wobei aufgrund
eines kleineren Widerstands R eine Güte von Q = 2 für die Anregungsphase
erzielt wird. Es tritt ein leichtes Überschwingen auf, welches jedoch
nach einer Zeitspanne von etwa drei Periodendauern soweit abgeklungen
ist, daß eine
hinreichend definierte Ausgangsamplitude für das Schwingenlassen des Biegebalkens
um die Gleichgewichtslage ohne Kondensatorspannung gegeben ist.
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2c und 2d zeigen schließlich das Auslenkungsverhalten
für den
Fall, daß auf
eine Verringerung der Güte
während
des Anlegens der Kondensatorspannung verzichtet wird, d.h., es ist
kein zusätzlicher
Widerstand zur Verringerung der Güte vorgesehen. Nach dem Anlegen
der Kondensatorspannung schwingt der Schwingbalken nahezu ungedämpft um
seine durch die Kondensatorspannung definierte Gleichgewichtslage.
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Die
resultierende Amplitude nach dem Abschalten der Kondensatorspannung
hängt nun
empfindlich von der Phasenlage zum Zeitpunkt des Abschaltens der
Kondensatorspannung ab. Wenn die Abschaltung zu einem Zeitpunkt
erfolgt, in dem sich der Biegebalken fast exakt in der Gleichgewichtslage
für abgeschaltete Spannung
und in einer Extremallage für
die angelegte Kondensatorspannung befindet, wird er nach dem Abschalten
nur mit vernachlässigbar
kleiner Amplitude weiterschwingen (2c).
Erfolgt dagegen die Abschaltung nach 2,5 Periodendauern, also in
dem von der Gleichgewichtslage bei abgeschalteter Spannung entfernten
Schwingungsmaximum, tritt eine außergewöhnlich hohe Schwingungsamplitude
nach dem Abschalten auf. Die Phasenlage im Abschaltungszeitpunkt
ist also für
Anregungen bei hoher Güte
Q ein äußerst kritischer
Parameter. Die Anregung mit konstanter Kondensatorspannung und anschließendem schlagartigen
Abschalten der Spannungsquelle ist daher im Ergebnis mit einer geringen
Güte Q
während
der Anregungsphase beherrschbarer.
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Die 3a-3c zeigen den Schwingungsverlauf
des Schwingbalkens bei Anregung mit einem oder mehreren Spannungspulsen
von etwa 0,25 Periodendauern. Die Güte wurde während der Anregung nicht variiert,
sondern auf dem Maximalwert belassen.
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3a zeigt den Schwingungsverlauf
für eine
Anregung aus der Ruhelage mit einem Spannungspuls von 0,25 Periodendauern. 3b und 3c zeigen den Schwingungsverlauf für den Fall,
daß mehrmals
ein eine viertel Periodendauer andauernder Spannungspuls angelegt
wurde. Die Spannungspulse erfolgten nach Zeiten von 0; 3; 6; 9 Periodendauern
(in 3b) bzw. 0; 2.8;
5.8; 8.8 Periodendauern (in 3c).
Nach jedem Spannungspuls wird die Schwingungsamplitude weiter erhöht. Die
erzielte Amplitude unterscheidet sich nach vier Anregungen nur unwesentlich.
Im Ergebnis zeigt sich, daß es
ausreicht, wenn die Spannungspulse „einigermaßen" zum richtigen Zeitpunkt, d.h. in Phase
mit der bestehenden Schwingung, erfolgen. Dies ist insbesondere
dann von Interesse, wenn nach einer erfolgten Frequenzmessung die
erneute Anregung bzw. Folgeanregung des Schwingungsbalkens ohne
vorherige Bedämpfung
der noch nicht vollständig
abgeklungenen Schwingung erfolgen soll.
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Die
Phasensensitivität
für Folgeanregungen
mit einem Rechteck-Spannungspuls
von 0,25 Periodendauern wird anhand der 4a und 4b dargestellt.
Wird der Spannungspuls für
die Folgeanregung in Phase angelegt (4a),
so tritt eine Verstärkung
der bestehenden Schwingung auf. Bei gegenphasiger Folgeanregung
erfolgt eine Auslöschung
der bestehenden Schwingung (4b).
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5a und 5b zeigen schließlich den Verlauf der Schwingungsbalkenauslenkung
für Anregung
mittels einer Spannungsrampe am Kondensator. Die Güte bleibt
auch während
der Anregung auf dem Maximalwert. Der Zielwert der Kondensatorspannung
ist nach drei Periodendauern erreicht. Bei dem in 5a gezeigten Verlauf wird sofort nach
erreichen des Zielwerts die Spannung schlagartig abgeschaltet, während bei
dem Verlauf in 5b nach
erreichen des Zielwerts der Kondensatorspannung noch eine Periode
gewartet wird. Das Warten bringt keine erkennbaren Vorteile, da
in beiden Fällen
die Schwingungen etwa mit gleicher Amplitude verlaufen.
