DE10339753A1 - Capacitance or inductance measurement procedure for proximity sensors has successive measurements at different frequencies to eliminate mobile phone interference - Google Patents

Capacitance or inductance measurement procedure for proximity sensors has successive measurements at different frequencies to eliminate mobile phone interference Download PDF

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Abstract

A capacitance or inductance measurement procedure has a controllable (5) working frequency inductive or capacitive (9) proximity sensor (1) with processor (7) to make successive measurements at different frequencies for processing to remove measurements with interference at mobile phone or other frequencies. Includes Independent claims for the use of software controlled impulse patterns and switched impedance circuits to generate the working frequencies and for equipment using the procedure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer physikalischen Größe bzw. der Änderung einer physikalischen Größe mit einem eine steuerbare Arbeitsfrequenz aufweisenden Sensor, insbesondere mit einem induktiven oder einem kapazitiven Näherungsschalter, wobei der Sensor mindestens ein Sensorelement und eine Auswerteschaltung aufweist.The The invention relates to a method for measuring a physical Size or of change a physical quantity with a a controllable working frequency sensor, in particular with an inductive or a capacitive proximity switch, the Sensor has at least one sensor element and an evaluation circuit.

Daneben betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes, mit einer Spannungsquelle, mit mindestens einem Umschaltkontakt, mit einem den Umschaltkontakt steuernden, vorzugsweise einen Taktgenerator enthaltenden Steuergerät, mit mindestens einem Lade- bzw. Speicherkondensator und mit einer an den Speicherkondensator angeschlossenen Auswerteschaltung, wobei eine Elektrode des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes mit dem Eingang des Umschaltkontakts verbunden ist, der erste Ausgang des Umschaltkontakts mit einem Bezugspotential, der zweite Ausgang des Umschaltkontakts mit der ersten Elektrode des Lade- bzw. Speicherkondensators, die erste Elektrode des Lade- bzw. Speicherkondensators einerseits mit der Spannungsquelle verbindbar und andererseits mit der Auswerteschaltung verbunden ist und die zweite Elektrode des Lade- bzw. Speicherkondensators mit Bezugspotential verbindbar ist.Besides The invention relates to a circuit arrangement for detecting the capacity or a change in capacity a capacitive circuit or component, with a voltage source, with at least one changeover contact, with one the changeover contact controlling, preferably containing a clock generator, with at least a charging or storage capacitor and with one to the storage capacitor connected evaluation circuit, one electrode of the capacitive Circuit or component with the input of the changeover contact is connected, the first output of the changeover contact with a Reference potential, the second output of the changeover contact with the first electrode of the charging or Storage capacitor, the first electrode of the charging or storage capacitor connectable on the one hand to the voltage source and on the other hand with the evaluation circuit is connected and the second electrode of the Charging or storage capacitor with reference potential can be connected.

Sensoren, insbesondere induktive und kapazitive Näherungsschalter, werden in einer Vielzahl von ganz unterschiedlichen Anwendungsgebieten in der industriellen Technik eingesetzt. Dabei kann es sich sowohl um berührungslos arbeitende Sensoren handeln, d. h. um solche Sensoren, bei denen sich das Betätigungsobjekt lediglich der aktiven Fläche des Sensors, d. h. dem Sensorelement nähert, als auch um berührend arbeitende Sensoren handeln, d. h. um solche Sensoren, bei denen das Betätigungsobjekt das Sensorelement berührt. Gemeinsam ist diesen Sensoren, daß es sich um sogenannte offene elektronische Systeme handelt, d. h. die aktiven Sensorelemente nicht gänzlich abgeschirmt sind und somit elektromagnetische Strahlen und Signale in ihre Um wert abgeben und umgekehrt elektromagnetische Strahlen und Signale aus der Umwelt aufnehmen. Dieser Umstand kann einerseits zu Störabstrahlungen des Sensors, andererseits auch zu Störeinstrahlungen in den Sensor und damit zu fehlerhaften Meßergebnissen führen.sensors in particular inductive and capacitive proximity switches are used in a variety of very different areas of application in used in industrial technology. It can be both to be contactless act working sensors, d. H. around those sensors where the operating object only the active area the sensor, d. H. approaches the sensor element, as well as touching Act sensors, d. H. around such sensors in which the operating object touches the sensor element. Common to these sensors is that they are so-called open electronic systems, d. H. the active sensor elements not entirely are shielded and thus electromagnetic radiation and signals in their order value and vice versa electromagnetic radiation and pick up signals from the environment. This fact can on the one hand to interference emissions of the sensor, on the other hand also to interference in the sensor and thus to incorrect measurement results to lead.

Das zuvor erläuterte Problem versucht man bei Näherungsschaltern dadurch in den Griff zu bekommen, daß einerseits die aktiven Sensorelemente zumindest teilweise abgeschirmt werden, daß andererseits die am Näherungsschalter anliegende Spannung verringert wird. Beides führt jedoch automatisch zu einem geringeren maximal möglichen Objekterfassungsabstand – allgemein als Schaltabstand bezeichnet – und/oder zu einem schlechteren Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal.The previously explained A problem is tried with proximity switches to get a grip on the one hand that the active sensor elements be at least partially shielded, on the other hand, that on the proximity switch applied voltage is reduced. However, both automatically result in a smaller one maximum possible Object detection distance - general referred to as the switching distance - and / or to a worse relationship from useful signal to interference signal.

Durch die zunehmende Verbreitung von elektromagnetische Strahlen und Signale aussendenden Geräten, wie beispielsweise Mobiltelefone oder Fernbedienungen, und durch die verstärkte Anwendung von Näherungsschaltern auch in der Nähe solcher elektromagnetische Signale aussendender Geräte kann es verstärkt zu Fehlfunktionen der Näherungsschalter kommen. Als Beispiel sei hier die Verwendung von kapazitiven Näherungsschaltern in Türgriffen von Kraftfahrzeugen genannt, die durch die abgestrahlten Signale eines Autotelefons gestört werden.By the increasing spread of electromagnetic rays and signals transmitting devices, such as cell phones or remote controls, and by the reinforced Use of proximity switches also nearby devices emitting such electromagnetic signals can it reinforces malfunction of the proximity switches come. An example is the use of capacitive proximity switches in door handles of motor vehicles called by the emitted signals of a car phone disturbed become.

Bei Sensoren, beispielsweise bei induktiven oder bei kapazitiven Näherungsschaltern, die eine im wesentlichen diskrete Arbeitsfrequenz verwenden, wobei die Arbeitsfrequenz des Sensors von außen steuerbar ist, sind solche Störsignale besonders schwer zu unterdrücken, die eine Frequenz aufweisen, die in unmittelbarer spektraler Nähe zur Arbeitsfrequenz des Sensors liegen und die Arbeitsfrequenz überlagern. Das besondere Problem derartiger Störgrößen liegt darin, daß aufgrund der Nähe der Frequenz der Störgröße zur Arbeitsfrequenz des Sensors eine Unterdrückung der Störgröße durch Filtermaßnahmen kaum zu realisieren ist.at Sensors, for example in the case of inductive or capacitive proximity switches, who use a substantially discrete operating frequency, where the working frequency of the sensor can be controlled from the outside noise particularly difficult to suppress which have a frequency that is in close spectral proximity to the working frequency of the sensor and superimpose the working frequency. The special problem such disturbances in that due to nearby the frequency of the disturbance to the working frequency suppression of the sensor the disturbance variable filter actions can hardly be realized.

Bei der durch das Verfahren zu messenden physikalischen Größe kann es sich beispielsweise um eine Länge, einen Abstand, eine definierte Position oder einen Füllstand handeln. Durch das Verfahren bzw. mit Hilfe des Sensors wird dann die zu messende physikalische Größe bzw. eine Änderung der zu mes senden physikalischen Größe in einen dazu proportionalen bzw. von der zu messende physikalische Größe abhängigen Meßwert, beispielsweise einen Strom, eine Spannung oder einen Ereigniszählwert umgewandelt.at the physical quantity to be measured by the method for example, a length a distance, a defined position or a fill level act. Then by the method or with the help of the sensor the physical quantity to be measured or a change the physical quantity to be measured in a proportion proportional to it or a measurement value dependent on the physical quantity to be measured, for example a Current, voltage, or event count converted.

Im Rahmen der Erfindung ist mit "Kapazität" der Kapazitätswert eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes gemeint; eine "Kapazitätsänderung" meint folglich eine Änderung des Kapazitätswertes eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes. Mit "Erfassung" der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung ist im Rahmen der Erfindung sowohl eine nur qualitative Erfassung als auch eine quantitative Erfassung, also eine echte Messung, gemeint. "Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" meint im Rahmen der Erfindung jedes Schaltungselement und jedes Bauelement, das kapazitive Eigenschaften hat, häufig auch als Kapazität bezeichnet wird, wobei dann nicht der Kapazitätswert gemeint ist. Ein "kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" ist insbesondere ein Kondensator. Als "kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" wird im Rahmen der Erfindung aber auch die Elektrode eines kapazitiven Näherungsschalter, im Zusammenwirken mit einem Beeinflussungskörper, bezeichnet. Nachfolgend wird statt von einem "kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement" immer von einem Sensorkondensator gesprochen, ohne daß damit eine Einschränkung auf einen Kondensator im engeren Sinne verbunden ist.In the context of the invention, “capacitance” means the capacitance value of a capacitive circuit or component; a "change in capacitance" therefore means a change in the capacitance value of a capacitive circuit or component. In the context of the invention, “detection” of the capacity or a change in capacity means both only a qualitative detection and a quantitative detection, that is to say a real measurement. "Capacitive circuit or component" means everyone in the context of the invention Circuit element and any component that has capacitive properties is often also referred to as capacitance, in which case it is not the capacitance value that is meant. A "capacitive circuit or component" is in particular a capacitor. In the context of the invention, the term "capacitive circuit or component" also refers to the electrode of a capacitive proximity switch, in cooperation with an influencing body. In the following, instead of a "capacitive circuit or component", one always speaks of a sensor capacitor without being restricted to a capacitor in the narrower sense.

Im Rahmen der Erfindung ist mit "Spannungsquelle" sowohl eine interne Spannungsquelle insgesamt als auch ein Anschluß für eine externe Spannungsquelle gemeint.in the The scope of the invention is both an internal "voltage source" Total voltage source as well as a connection for an external voltage source meant.

Die Schaltungsanordnung, von der die Erfindung ausgeht, arbeitet nach dem sogenannten "Ladungsverschiebungsprinzip", auch mit "Charge Transfer Sensing" bezeichnet, ist z. B. aus den deutschen Patentschriften 197 01 899 und 197 44 152 bekannt und soll im folgenden in Verbindung mit einer Skizze, 1, erläutert werden:
Die 1 zeigt – prinzipiell, als Ausführungsbeispiel – eine Schaltungsanordnung zur quantitativen Erfassung, also zur Messung der Kapazität eines Sensorkondensators 1, – wobei der Sensorkondensator 1 nur beispielhaft, wie zuvor erläutert, für ein kapazitives Schaltungs- oder Bauelement steht. Zu der Schaltungsanordnung gehört zunächst eine Spannungsquelle 2, wobei bei der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung nur ein Anschluß für eine – interne oder externe – Spannungsquelle vorgesehen ist; gleichwohl wird nachfolgend dieser Anschluß für eine Spannungsquelle immer mit Spannungsquelle 2 bezeichnet.The circuit arrangement from which the invention is based operates on the so-called "charge transfer principle", also referred to as "charge transfer sensing". B. known from German patents 197 01 899 and 197 44 152 and is in the following in connection with a sketch, 1 , are explained:
The 1 shows - in principle, as an embodiment - a circuit arrangement for quantitative detection, ie for measuring the capacitance of a sensor capacitor 1 , - where the sensor capacitor 1 only as an example, as previously explained, stands for a capacitive circuit or component. First of all, a voltage source belongs to the circuit arrangement 2 , with the in 1 circuit arrangement shown only one connection is provided for an - internal or external - voltage source; nevertheless this connection for a voltage source is always followed by a voltage source 2 designated.

Zu der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung gehören weiter ein Ladeschalter 3' und ein Umladeschalter 4, ein den Ladeschalter 3' und den Umladeschalter 4 – abwechselnd – steuerndes, vorzugsweise einen nicht dargestellten Taktgenerator enthaltendes Steuergerät 5, ein Speicherkondensator 6 und eine an den Speicherkondensator 6 angeschlossene Auswerteschaltung 7. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Steuergerät 5 und die Auswerteschaltung 7 zu einer Steuer- und Auswerteeinheit 8 zusammengefaßt, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 8 insbesondere von einem Mikroprozessor realisiert werden kann. An Stelle eines separaten Ladeschalters 3' und eines separaten Umladeschalters 4 kann auch ein einzelner Umladeschalter verwendet werden, wobei dann der Eingang des Umschaltkontakts mit einer Elektrode des Sensorkondensators, der erste Ausgang des Umschaltkontakts mit einem Bezugspotential und der zweite Ausgang des Umschaltkontakts mit der ersten Elektrode des Speicherkondensators verbunden ist. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Schaltungsanordnung mit einem Umschaltkontakt ist in der 1 der DE 197 01 899 C2 dargestellt.To the in 1 Circuit arrangement shown further include a charging switch 3 ' and a charge switch 4 , the charging switch 3 ' and the charge switch 4 - alternately - controlling, preferably containing a clock generator, not shown, control unit 5 , a storage capacitor 6 and one to the storage capacitor 6 connected evaluation circuit 7 , In the illustrated embodiment, the control device 5 and the evaluation circuit 7 to a control and evaluation unit 8th summarized, the control and evaluation unit 8th can be realized in particular by a microprocessor. Instead of a separate charging switch 3 ' and a separate transfer switch 4 A single charge switch can also be used, in which case the input of the switch contact is connected to an electrode of the sensor capacitor, the first output of the switch contact is connected to a reference potential and the second output of the switch contact is connected to the first electrode of the storage capacitor. An embodiment of such a circuit arrangement with a changeover contact is in the 1 the DE 197 01 899 C2 shown.

Wie die 1 zeigt, ist die Spannungsquelle 2 über den geschlossenen Ladeschalter 3' mit einer Elektrode 9 des Sensorkondensators 1 verbindbar und die zweite Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 mit dem dem Ladeschalter 3' fernen Anschluß der Spannungsquelle 2 verbunden; im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung der zweiten Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 mit dem dem Ladeschalter 3' fernen Anschluß der Spannungsquelle 2 dadurch realisiert, daß sowohl die zweite Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 als auch der dem Ladeschalter 3' ferne Anschluß der Spannungsquelle 2 auf einem gemeinsamen Potential liegen, nämlich dem Massepotential 11. Die zuvor beschriebene Verbindung von Sensorkondensator 1, Spannungsquelle 2 und Ladeschalter 3' führt dazu, daß bei geschlossenem Ladeschalter 3' der Sensorkondensator 1 von der Spannungsquelle 2 geladen wird.As the 1 shows is the voltage source 2 via the closed charging switch 3 ' with an electrode 9 of the sensor capacitor 1 connectable and the second electrode 10 of the sensor capacitor 1 with the charging switch 3 ' remote connection of the voltage source 2 connected; in the exemplary embodiment shown is the connection of the second electrode 10 of the sensor capacitor 1 with the charging switch 3 ' remote connection of the voltage source 2 realized in that both the second electrode 10 of the sensor capacitor 1 as well as that of the charging switch 3 ' remote connection of the voltage source 2 lie on a common potential, namely the ground potential 11 , The previously described connection of the sensor capacitor 1 , Voltage source 2 and charging switch 3 ' causes that when the charging switch is closed 3 ' the sensor capacitor 1 from the voltage source 2 is loaded.

Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, ist eine Elektrode 12 des Speicherkondensators 6 mit der Elektrode 9 des Speicherkondensators 1 verbunden und ist die zweite Elektrode 13 des Speicherkondensators 6 über den geschlossenen Umladeschalter 4 mit der zweiten Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 verbindbar. Die zuvor beschriebene Verbindung von Sensorkondensator 1, Umladeschalter 4 und Speicherkondensator 6 führt dazu, daß bei geöffnetem Ladeschalter 3' und geschlossenem Umladeschalter 4 der Sensorkondensator 1 auf den Speicherkondensator 6 entladen bzw. die in dem Sensorkondensator 1 gespeicherte Ladung in den Speicherkondensator 6 umgeladen wird.Again 1 is an electrode 12 of the storage capacitor 6 with the electrode 9 of the storage capacitor 1 connected and is the second electrode 13 of the storage capacitor 6 via the closed charge switch 4 with the second electrode 10 of the sensor capacitor 1 connectable. The previously described connection of the sensor capacitor 1 , Reload switch 4 and storage capacitor 6 leads to that when the charging switch is open 3 ' and closed charge switch 4 the sensor capacitor 1 on the storage capacitor 6 discharge or those in the sensor capacitor 1 stored charge in the storage capacitor 6 is reloaded.

Schließlich zeigt die 1 noch, daß an die Elektrode 12 des Speicherkondensators 6 ein Entladeschalter 14 angeschlossen ist, mit dem die Elektrode 12 des Speicherkondensators 6 mit dem Massepotential 11 verbindbar ist. Vor dem Beginn einer Messung der Kapazität des Sensorkondensators 1 wird der Speicherkondensator 6 zuerst definiert entladen, und zwar dadurch, daß sowohl der Umladeschalter 4 als auch der Entladeschalter 14 geschlossen werden; sind der Umladeschalter 4 und der Entladeschalter 14 geschlossen, so ist der Speicherkondensator 6 über den Umladeschalter 4, Massepotential 11 und den Entladeschalter 14 kurzgeschlossen.Finally, the shows 1 nor that to the electrode 12 of the storage capacitor 6 a discharge switch 14 with which the electrode is connected 12 of the storage capacitor 6 with the ground potential 11 is connectable. Before starting a measurement of the capacitance of the sensor capacitor 1 becomes the storage capacitor 6 first defined discharge, namely that both the reload switch 4 as well as the discharge switch 14 getting closed; are the reload switch 4 and the discharge switch 14 closed, so is the storage capacitor 6 via the reload switch 4 , Ground potential 11 and the discharge switch 14 shorted.

Wie im Stand der Technik zum "Ladungsverschiebungsprinzip" bzw. zum "Charge Transfer Sensing" bekannt, ist aus der am Speicherkondensator 6 nach einer bestimmten Anzahl von Lade- und Umladezyklen anstehenden Spannung durch die Auswerteschaltung 7 die Kapazität des Sensorkondensators 1 bestimmbar, und zwar unter der Voraussetzung, daß die Spannung der Spannungsquelle 2 und die Kapazität des Speicherkondensators 6 bekannt sind, – weil bekanntermaßen die Spannung an einem Kondensator proportional zu seiner Ladung ist.As is known in the prior art for the “charge transfer principle” or for “charge transfer sensing”, this is based on the storage capacitor 6 after a certain number of charging and recharging cycles the voltage applied by the evaluation circuit 7 the capacitance of the sensor capacitor 1 determinable, provided that the voltage of the voltage source 2 and the capacitance of the storage capacitor 6 are known - because it is known that the voltage across a capacitor is proportional to its charge.

Aus der bekannten Spannung der Spannungsquelle 2, der Kapazität des Speicherkondensators 6 und der Anzahl x von Lade- und Entladezyklen läßt sich die Kapazität des Sensorkondensators 1 entweder dadurch bestimmen, daß die Anzahl x der für eine bestimmte Spannung am Speicherkondensator 6 erforderlichen Lade- und Umladezyklen festgestellt wird, oder dadurch, daß die bei einer bestimmten Anzahl x von Lade- und Umladezyklen am Speicherkonden sator 6 anstehende Spannung festgestellt wird. Wird die Anzahl x der für eine bestimmte Spannung am Speicherkondensator 6 erforderlichen Lade- und Umladezyklen festgestellt bzw. gemessen, so kann entweder der Speicherkondensator 6 mit Hilfe des Sensorkondensators 1 auf die Spannung aufgeladen werden, oder es kann – bei einer geringfügig veränderten Schaltungsanordnung – der Speicherkondensator 6 mit Hilfe des Sensorkondensators 1 entladen werden. In diesem Fall kann der Speicherkondensator 6 auch als Ladekondensator bezeichnet werden, da der Ladekondensator zunächst über die Spannungsquelle 2 auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wird und dann durch den Sensorkondensator 1 entladen wird.From the known voltage of the voltage source 2 , the capacitance of the storage capacitor 6 and the number x of charge and discharge cycles can be the capacitance of the sensor capacitor 1 either determine that the number x of a given voltage across the storage capacitor 6 required charging and recharging cycles is determined, or in that the capacitor at a certain number x of charging and recharging cycles on the storage capacitor 6 voltage is detected. Is the number x of a certain voltage across the storage capacitor 6 required charging and recharging cycles determined or measured, either the storage capacitor 6 with the help of the sensor capacitor 1 can be charged to the voltage, or it can - with a slightly modified circuit arrangement - the storage capacitor 6 with the help of the sensor capacitor 1 be discharged. In this case, the storage capacitor 6 also be referred to as a charging capacitor, since the charging capacitor is initially via the voltage source 2 is charged to a certain voltage and then through the sensor capacitor 1 is discharged.

Die bekannten, nach dem "Ladungsverschiebungsprinzip" ("Charge Transfer Sensing") arbeitenden Schaltungsanordnungen haben sich in der Praxis durchaus bewährt und werden deshalb umfangreich realisiert. Sie sind jedoch mit einem Nachteil behaftet, nämlich empfindlich gegen Störspannungen und zwar sowohl gegen NF-Störspannungen als auch gegen HF-Störspannungen. Solche Störspannungen können das Meßergebnis verfälschen. Eine Möglichkeit, den negativen Einfluß von NF-Störspannungen zu vermeiden ist in der nachveröffentlichten DE 102 04 572 A1 beschreiben.The known circuit arrangements which operate according to the "charge transfer sensing" principle have proven their worth in practice and are therefore being implemented extensively. However, they have a disadvantage, namely sensitive to interference voltages and to both NF interference voltages and HF interference voltages. Such interference voltages can falsify the measurement result. One way to avoid the negative influence of LF interference voltages is in the post-published DE 102 04 572 A1 describe.

Bei der in der DE 102 04 572 A1 beschriebenen Schaltungsanordnung ist ein dem kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement entsprechender Störspannungskompensationskondensator vorgesehen, wobei die der ersten Elektrode des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes entsprechende ersten Elektrode des Störspannungskompensationskondensators an die zweite Elektrode des Speicherkondensators angeschlossen ist und der Störspannungskompensationskondensator so ausgebildet und angeordnet ist, daß er in gleicher Weise wie das kapazitive Schaltungs- oder Bauelement durch eine NF-Störspannung beeinflußt wird. Bei einer entsprechenden Einstellung der Zykluszeiten des Lade- und des Umladezyklus heben sich die in entgegengesetzter Richtung fließenden Störladungen gegenseitig auf, wodurch der Einfluß einer NF-Störspannung eliminiert wird. Diese Lösung ist zum einen stark abhängig von der gewählten Schaltungsanordnung, kann zum anderen nur bei Störfrequenzen ausgenutzt werden, die wesentlich niedriger als die Arbeitsfrequenz sind.At the in the DE 102 04 572 A1 The circuit arrangement described is provided with an interference voltage compensation capacitor corresponding to the capacitive circuit or component, the first electrode of the interference voltage compensation capacitor corresponding to the first electrode of the capacitive circuit or component being connected to the second electrode of the storage capacitor and the interference voltage compensation capacitor being designed and arranged such that it is in the same way as the capacitive circuit or component is influenced by an LF interference voltage. With a corresponding setting of the cycle times of the charging and the recharging cycle, the interfering charges flowing in the opposite direction cancel each other out, as a result of which the influence of an NF interference voltage is eliminated. On the one hand, this solution is heavily dependent on the selected circuit arrangement, on the other hand, it can only be used at interference frequencies that are significantly lower than the operating frequency.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen einer physikalischen Größe bzw. der Änderung einer physikalischen Größe mit einem eine steuerbare Arbeitsfrequenz aufweisenden Sensor, insbesondere mit einem induktiven oder einem kapazitiven Näherungsschalter, zur Verfügung zu stellen, bei dem die Empfindlichkeit des Meßwertes gegenüber Störsignalen, insbesondere solchen Störsignalen, deren Frequenz fS in der Nähe der Arbeitsfrequenz liegt, verringert ist.The present invention is therefore based on the object of providing a method for measuring a physical variable or the change in a physical variable with a sensor having a controllable operating frequency, in particular with an inductive or a capacitive proximity switch, in which the sensitivity of the Measured value compared to interference signals, in particular those interference signals whose frequency f S is close to the working frequency, is reduced.

Daneben liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung so auszugestalten und weiterzubilden, daß eine Verfälschung des Meßergebnisses durch Störsignale, insbesondere durch HF-Spannungen, nicht mehr bzw. nur noch in geringem Maße auftritt.Besides is the object of the invention, the one described above Circuit arrangement to design and further develop that a falsification of the measurement result by interference signals, especially by HF voltages, no longer occurs or only to a small extent.

Die zuvor genannte Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Verfahren zunächst und im wesentlichen dadurch gelöst, daß in einem ersten Meßintervall eine erste Messung der physikalischen Größe mit einer ersten Arbeitsfrequenz f1 durchgeführt wird, daß in mindestens einem zweiten Meßintervall eine zweite Messung der physikalischen Größe mit mindestens einer zweiten Arbeitsfrequenz f2 durchgeführt wird und daß durch einen Vergleich und eine Bewertung des Meßergebnisses ml der ersten Messung und des Meßergebnisses m2 der zweiten Messung eine durch ein Störsignal mit einer Frequenz fS gestörte Messung erkannt und der Einfluß des Störsignals eliminiert wird.The above-mentioned object is initially and essentially achieved in the method described at the outset in that a first measurement of the physical quantity is carried out at a first operating frequency f 1 in a first measurement interval and that a second measurement of the physical quantity is carried out in at least a second measurement interval at least one second operating frequency f 2 is carried out and that by comparing and evaluating the measurement result ml of the first measurement and the measurement result m 2 of the second measurement, a measurement disturbed by an interference signal with a frequency f S is recognized and the influence of the interference signal is eliminated.

Erfindungsgemäß ist dabei folgendes erkannt und zur Eliminierung des Einflusses des Störsignals auf das Meßergebnis ausgenutzt worden:
Wenn die zu messende physikalische Größe das Meßergebnis – gewünscht – beeinflußt, d.h. wenn sich beispielsweise bei einem kapazitiven Näherungsschalter ein Gegenstand dem Sensorelement nähert, so wirkt sich dies auch bei verschiedenen Arbeitsfrequenzen in ähnlicher Weise aus. Wenn dagegen ein – unerwünschtes – elektrische Störsignal mit einer Störfrequenz fS die Messung beeinfluß, so ist der Grad der Beeinflussung stark abhängig von der Nähe der Arbeitsfrequenz zur Frequenz fS des Störsignals. Weist das Störsignal beispielsweise eine Frequenz fS auf, die der ersten Arbeitsfrequenz f1 im wesentlichen entspricht, so wird durch das Störsignal die Messung mit der Arbeitsfrequenz f1 stark beeinflußt. Wird dagegen bei einem Störsignal mit einer Fre quenz fS die Messung bei der zweiten Arbeitsfrequenz f2 durchgeführt, wobei die Arbeitsfrequenz f2 einen ausreichenden Abstand von der Frequenz fS des Störsignals aufweist, so wird diese Messung durch das Störsignal nur unwesentlich oder gar nicht beeinflußt.According to the invention, the following has been recognized and used to eliminate the influence of the interference signal on the measurement result:
If the physical quantity to be measured influences the measurement result, if desired, ie if an object approaches the sensor element in a capacitive proximity switch, for example, this also has a similar effect at different working frequencies. If, on the other hand, an - undesirable - electrical interference signal with an interference frequency f S influences the measurement, the degree of influence is strongly dependent on the proximity of the working frequency to the frequency f S of the interference signal. If the interference signal has a frequency f S , for example, which essentially corresponds to the first operating frequency f 1 , then the measurement with the operating frequency f 1 is strongly influenced by the interference signal. If, however, the measurement is carried out at the second operating frequency f 2 in the case of an interference signal with a frequency f S, the operating frequency f 2 being at a sufficient distance from the frequency f S of the interference signal, this measurement by the interference signal is only insignificant or not at all affected.

Dieser in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz unterschiedliche Einfluß der zu messenden physikalischen Größe einerseits und eines unerwünschten Störsignals andererseits auf die Messung wird erfindungsgemäß durch einen Vergleich und eine Bewertung der beiden Meßergebnisse bei den beiden mit verschiedenen Arbeitsfrequenzen f1, f2 durchgeführten Meßintervallen ausgenutzt, um zu erkennen, ob eine Veränderung eines Meßergebnisses durch eine Änderung der zu messenden physikalischen Größe oder durch ein Störsignal verursacht worden ist.This, depending on the working frequency, different influence of the physical quantity to be measured on the one hand and an undesired interference signal on the other hand on the measurement is used according to the invention by comparing and evaluating the two measurement results at the two measurement intervals carried out with different working frequencies f 1 , f 2 in order to recognize whether a change in a measurement result was caused by a change in the physical quantity to be measured or by an interference signal.

Im einfachsten Fall kann der Vergleich bzw. die Bewertung der beiden Meßergebnisse so aussehen, daß als Ausgangssignal der Auswerteschaltung nur dann eine relevante Änderung der zu messenden physikalischen Größe ausgegeben wird, wenn sowohl bei dem mit der ersten Arbeitsfrequenz f1 durchgeführten Meßintervall als auch bei dem mit der zweiten Arbeitsfrequenz f2 durchgeführten Meßintervall ein einen Schwellwert übersteigendes Meßergebnis gemessen wird. Wird dagegen bei lediglich einem von – beispielhaft – zwei Meßintervallen ein derartiges Meßergebnis gemessen, so wird dies von der Auswerteschaltung dahingehend bewertet, daß das den Schwellwert überschreitende Meßergebnis durch ein Störsignal verursacht worden ist.In the simplest case, the comparison or evaluation of the two measurement results can be such that a relevant change in the physical quantity to be measured is only output as the output signal of the evaluation circuit if both at the measurement interval carried out with the first working frequency f 1 and at that a measurement result exceeding a threshold value is measured at the second operating frequency f 2 . If, on the other hand, such a measurement result is measured at only one of - by way of example - two measurement intervals, this is evaluated by the evaluation circuit in such a way that the measurement result exceeding the threshold value was caused by an interference signal.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird – wie zuvor bereits angesprochen – ein Ausgangssignal, insbesondere bei einem Näherungsschalter ein Schaltsignal, nur dann ausgegeben, wenn die einzelnen Meßergebnisse m1, m2, m3, ... aller Messungen jeweils einen definierten Schwellwert erreicht haben. Dadurch wird verhindert, daß ein Meßergebnis, das aufgrund des Einflusses eines Störsignals und nicht aufgrund der zu messenden physikalischen Größe den definierten Schwellwert erreicht hat, zu einem Ausgangssignal führt, welches eigentlich – richtigerweise – nur beim Vorliegen einer bestimmten physikalischen Größe erzeugt werden sollte.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, as already mentioned above, an output signal, in particular a switching signal in the case of a proximity switch, is only output when the individual measurement results m 1 , m 2 , m 3 , ... of all measurements each have a defined threshold value achieved. This prevents a measurement result that has reached the defined threshold value due to the influence of an interference signal and not due to the physical quantity to be measured, which leads to an output signal which - correctly - should only be generated when a specific physical quantity is present.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird als Meßergebnis während eines Meßintervalls der zeitliche Verlauf der physikalischen Größe, insbesondere die Steilheit der Änderung der physikalischen Größe, gemessen. Bei dieser Ausgestaltung wird somit weder eine konkrete Spannung noch einen Anzahl x am Ende eines Meßintervalls, sondern der zeitliche Verlauf der physikalischen Größe während eines Meßintervalls gemessen. Dies hat den Vorteil, daß während eines Meßintervalls nicht nur ein Meßwert, sondern eine Vielzahl von Meßwerten gewonnen werden können, die mathematisch miteinander verknüpft werden können. Dadurch kann entweder bei gleichbleibender Genauigkeit die Meßdauer verkürzt werden, oder es kann bei gleichbleibender Meßdauer die Meßgenauigkeit erhöht werden.According to one another preferred embodiment of the method is used as the measurement result while a measuring interval the time course of the physical quantity, especially the steepness of change the physical quantity measured. With this configuration, there is therefore no specific tension another number x at the end of a measuring interval, but the temporal Course of the physical quantity during a measurement interval measured. This has the advantage that during a measurement interval not just a measured value, but a variety of measurements can be won that can be linked mathematically. Thereby can be shortened either with constant accuracy, or it can with the same measurement duration the measurement accuracy elevated become.

Wie zuvor bereits ausgeführt wird dabei bevorzugt eine mathematische Analyse des gemessenen zeitlichen Verlaufs der physikalischen Größe durchgeführt. Durch eine mathematische Analyse des gemessenen zeitlichen Verlaufs der physikalischen Größe ist es dann auch möglich, Rückschlüsse auf die Art und Intensität des Störsignals zu gewinnen, wodurch das Störsignal noch effektiver eliminiert werden kann. Bei Verwendung einer ausreichend schnellen Auswerteschaltung und einer entsprechenden mathematischen Analyse kann das Meßergebnis dann in einen Anteil, der durch das Störsignal erzeugt worden ist und in einen Anteil, der dem Nutzsignal entspricht, zerlegt werden.How previously run a mathematical analysis of the measured time is preferred The course of the physical quantity was carried out. By a mathematical analysis of the measured time course of the physical size it is then also possible Conclusions on the type and intensity of the interference signal to gain, causing the interference signal can be eliminated even more effectively. When using a sufficient fast evaluation circuit and a corresponding mathematical Analysis can measure the result then into a portion that has been generated by the interference signal and broken down into a portion that corresponds to the useful signal.

Zuvor ist ebenfalls bereits ausgeführt worden, daß für das erfindungsgemäße Verfahren die Werte der einzelnen Arbeitsfrequenzen von besonderer Bedeutung sind. Vorteilhafterweise liegt dabei der Wert der einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... zwischen einigen 10 kHz und einigen MHz, insbesondere im Bereich von ca. 100 kHz bis 300 kHz. Damit der zuvor beschriebene physikalische Effekt ausgenutzt werden kann, daß dann, wenn ein Störsignal mit einer bestimmten Frequenz fS die bei einer Arbeitsfrequenz f1 durchgeführte Messung beeinflußt, die bei einer anderen Arbeitsfrequenz f2 durchgeführte Messung von dem Störsignal jedoch nicht oder nur unwesentlich beeinflußt wird, ist es erforderlich, daß die einzelnen Arbeitsfrequenzen bestimmten Anforderungen entsprechen. Hierfür gibt es im wesentlichen zwei Kriterien.It has also already been stated above that the values of the individual working frequencies are of particular importance for the method according to the invention. The value of the individual operating frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... is advantageously between a few 10 kHz and a few MHz, in particular in the range from approximately 100 kHz to 300 kHz. So that the physical effect described above can be exploited, that if an interference signal with a specific frequency f S influences the measurement carried out at an operating frequency f 1 , the measurement carried out at another operating frequency f 2 depends on the interference signal However, if it is not influenced or is influenced only insignificantly, it is necessary that the individual working frequencies meet certain requirements. There are two main criteria for this.

Zum einen sollte die Differenz Δf zwischen den einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... möglichst groß sein. Als zweites Kriterium für die Wahl der Diffe renz Δf zwischen den einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... ist es vorteilhaft, wenn das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) der einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... möglichst groß ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß die einzelnen Arbeitsfrequenzen möglichst bis zu höheren Ordnungen keine gemeinsamen Oberwellen aufweisen. Hierfür wäre es vorteilhaft, wenn die Differenz Δf zwischen den einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... möglichst klein wäre. Um beide Kriterien zu erfüllen, beträgt die Differenz Δf zwischen den einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... vorteilhafterweise jeweils zwischen einigen kHz und einigen 10 kHz. Wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise mit zwei verschiedenen Arbeitsfrequenzen f1, f2 durchgeführt, so kann die erste Arbeitsfrequenz f1 beispielsweise 200 kHz und die zweite Arbeitsfrequenz f2 beispielsweise 166 kHz betragen.On the one hand, the difference Δf between the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... should be as large as possible. As a second criterion for the choice of the difference Δf between the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... it is advantageous if the smallest common multiple (kgV) of the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 .. is as large as possible. This ensures that the individual working frequencies do not have any common harmonics up to higher orders. For this it would be advantageous if the difference Δf between the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... were as small as possible. In order to meet both criteria, the difference Δf between the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... is advantageously in each case between a few kHz and a few 10 kHz. If the method according to the invention is carried out, for example, with two different working frequencies f 1 , f 2 , the first working frequency f 1 can be, for example, 200 kHz and the second working frequency f 2 can be, for example, 166 kHz.

Grundsätzlich gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Insbesondere ist das Verfahren bei einer Vielzahl unterschiedlicher, an die jeweiligen Anforderungen angepaßter Schaltungsanordnungen anwendbar. So gibt es beispielsweise eine Vielzahl von Möglichkeiten, die unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen zu realisieren. Eine Möglichkeit zur Realisierung der verschiedenen Arbeitsfrequenzen besteht dabei darin, daß die Auswerteschaltung, die beispielsweise von einem Mikrocontroller gebildet wird, mit einem externen Taktgenerator verbunden ist. Dabei wird dann einerseits der externe Taktgenerator von dem Mikrocontroller gesteuert, erhält andererseits der Mikrocontroller von dem Taktgenerator seine – variable – Taktfrequenz, aus der dann durch eine entsprechende Frequenzteilung die jeweiligen Arbeitsfrequenzen gewonnen werden.Basically there there are a variety of ways the inventive method to design and develop. In particular, the process with a variety of different, to the respective requirements matched Circuit arrangements applicable. For example, there is one Variety of ways to realize the different working frequencies. A possibility to realize the different working frequencies in that the Evaluation circuit, for example by a microcontroller is formed, is connected to an external clock generator. there on the one hand, the external clock generator from the microcontroller controlled, maintained on the other hand the microcontroller from the clock generator its - variable - clock frequency, from which the respective frequency division is then used Working frequencies can be obtained.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen dadurch realisiert, daß bei einem Sensor mit einer einen Mikrocontroller aufweisenden Auswerteschaltung aus der festen Taktfrequenz fT des Mikrocontrollers die einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... durch softwaregesteuerte Ausgabe bestimmter Impulsmuster erzeugt werden. Eine derartige Realisierung der verschiedenen Arbeitsfrequenzen ist besonders einfach, da hierfür ein handelsüblicher Mikrocontroller verwendet werden kann, so daß keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the different working frequencies are realized in that, in the case of a sensor with an evaluation circuit having a microcontroller, the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... are determined by software-controlled output from the fixed clock frequency f T of the microcontroller Pulse patterns are generated. Such an implementation of the different working frequencies is particularly simple, since a commercially available microcontroller can be used for this, so that no additional components are required.

Beträgt die Taktfrequenz fT des Mikrocontrollers beispielsweise 1 MHz und die Zykluszeit 1 μs, so kann die Arbeitsfrequenz dadurch eingestellt werden, daß ein binärer Ausgangsport des Mikrocontrollers im Zeitraster von 1 μs entweder auf den logischen Zustand "High" oder auf den logischen Zustand "Low" gesetzt wird. Wird beispielsweise das Ausgangsport für eine Zeitdauer von 1 μs auf den logischen Zustand "High" und anschließend für eine Zeitdauer von 4 μs auf den logischen Zustand "Low" gesetzt, so ergibt sich dadurch eine erste Arbeitsfrequenz f1 für die gilt f1 = 1/(1 μs + 4 μs) = 200 kHz. Eine zweite Arbeitsfrequenz f2 = 166 kHz kann dann dadurch realisiert werden, daß das Ausgangsport für eine Zeitdauer von 2 μs auf den logischen Zustand "High" gesetzt wird, und anschließend für eine Zeitdauer von 4 μs auf den logischen Zustand "Low" gesetzt wird, so daß dann für die zweite Arbeitsfrequenz f2 gilt: f2 = 1/(2 μs + 4 μs) = 166 kHz.If the clock frequency f T of the microcontroller is, for example, 1 MHz and the cycle time is 1 μs, the working frequency can be set in such a way that a binary output port of the microcontroller in a time pattern of 1 μs either to the logic state "High" or to the logic state "Low""is set. If, for example, the output port is set to the logic state "High" for a period of 1 μs and then to the logic state "Low" for a period of 4 μs, this results in a first operating frequency f 1 for which f 1 = 1 applies / (1 μs + 4 μs) = 200 kHz. A second operating frequency f 2 = 166 kHz can then be realized in that the output port is set to the logic state "high" for a period of 2 μs and then to the logic state "low" for a period of 4 μs , so that then applies to the second operating frequency f 2 : f 2 = 1 / (2 μs + 4 μs) = 166 kHz.

Eine Zykluszeit von 1 μs kann natürlich auch dadurch erreicht werden, daß bei einer Taktfrequenz fT des Mikrocontrollers von 250 MHz die Zykluszeit von 1 μs durch Frequenzteilung um den Faktor 4 aus der Taktfrequenz fT erreicht wird.A cycle time of 1 μs can of course also be achieved in that at a clock frequency f T of the microcontroller of 250 MHz, the cycle time of 1 μs by frequency division by a factor 4 is reached from the clock frequency f T.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die einzelnen Arbeitsfrequenzen bei einem Sensor mit einer einen Mikrocontroller aufweisenden Auswerteschaltung auch dadurch realisiert werden, daß die einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3 ... aus der durch Zu- oder Abschalten einzelner RL-, RC- und/oder LC-Glieder zum Mikrocontroller veränderten Taktfrequenz fT erzeugt werden.According to a further embodiment of the method according to the invention, the individual working frequencies in a sensor with an evaluation circuit having a microcontroller can also be realized in that the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... from the by switching on or off individual RL- , RC and / or LC elements to the microcontroller modified clock frequency f T are generated.

Zuvor ist bereits ausgeführt worden, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren angewendet werden kann. Eine bevorzugte Vorrichtung zur Messung einer physikalischen Größe, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann, ist dabei die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements.before has already been executed been that the inventive method can be used with a variety of different sensors can. A preferred device for measuring a physical Size, at which the inventive method can be used is the circuit arrangement described above to measure capacity or a change in capacity a capacitive circuit or component.

Bei einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung wird dabei – wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt – aus der am Lade- bzw. Speicherkondensator nach einer bestimmten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f1 durchgeführter Umladezyklen anstehenden Spannung oder aus der bis zum Erreichen einer bestimmten Spannung erfolgten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f1 durchgeführten Umladezyklen durch die Auswerteschaltung ein Meßergebnis m1 ermittelbar ist, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes darstellt.In one embodiment of the circuit arrangement, as is already known from the prior art, the voltage present on the charging or storage capacitor after a certain number x of charge-reversal cycles carried out with an operating frequency f 1 or from the voltage which has occurred until a certain voltage has been reached Number x of recharging cycles carried out with an operating frequency f 1 the evaluation circuit can determine a measurement result m 1 , which is a measure of the capacitance or the change in capacitance of the capacitive circuit or component.

Bei einer derartigen Schaltungsanordnung kann eine Verfälschung des Meßergebnisses durch ein Störsignal dadurch weitestgehend verhindert werden, daß die Arbeitsfrequenz auf mindestens eine weitere, von der ersten Arbeitsfrequenz f1 verschiedene zweite Arbeitsfrequenz f2 einstellbar ist, wobei aus der am Lade- bzw. Speicherkondensator nach einer bestimmten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f2 durchgeführten Umladezyklen anstehenden Spannung oder aus der bis zum Erreichen einer bestimmten Spannung erfolgten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f2 durchgeführten Umladezyklen durch die Auswerteschaltung ein Meßergebnis m2 ermittelbar ist, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes darstellt und wobei die Auswerteschaltung eine Bewertungslogik aufweist, durch die ein Vergleich zwischen dem bei der ersten Arbeitsfrequenz f1 ermittelten Meßergebnis m, und dem bei der zweiten Arbeitsfrequenz f2 ermittelten Meßergebnis m2 durchführbar ist.In such a circuit arrangement, a falsification of the measurement result, by an interfering signal thereby be largely prevented that the work frequency to at least one further, f from the first operating frequency 1 different second operating frequency f 2 is adjustable, from the one on the charge or storage capacitor A certain number x of voltage present with a working frequency f 2 recharging cycles or from the number x of recharging cycles carried out with an operating frequency f 2 to a certain voltage can be determined by the evaluation circuit a measurement result m 2 , which is a measure of the capacity or represents the change in capacitance of the capacitive circuit or component and wherein the evaluation circuit has an evaluation logic, by means of which a comparison between the measurement result m 1 determined at the first operating frequency f 1 and that determined at the second operating frequency f 2 th measurement result m 2 is feasible.

Bei einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung wird zunächst aus dem beim Lade- bzw. Entladevorgang mit der Arbeitsfrequenz f1 am Lade- bzw. Speicherkondensator anstehenden Strom- oder Spannungsverlauf durch die Auswerteschaltung ein Meßergebnis ml ermittelt, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes darstellt. Hier wird somit nicht eine konkrete Spannung oder eine bestimmte Anzahl x von Umladezyklen, sondern vielmehr der zeitliche Verlauf der Spannung oder des Stromes beim Lade- bzw. Entladevorgang gemessen. Insbesondere kann dabei die Steilheit der Lade- oder Entladekurve des Lade- bzw. Speicherkondensators ermittelt und analysiert werden.In another embodiment of the circuit arrangement, a measurement result ml is determined by the evaluation circuit from the current or voltage curve occurring during the charging or discharging process with the operating frequency f 1 at the charging or storage capacitor, which measurement result is a measure of the capacitance or the change in capacitance represents the capacitive circuit or component. It is therefore not a specific voltage or a certain number x of recharging cycles that is measured here, but rather the time profile of the voltage or current during the charging or discharging process. In particular, the steepness of the charging or discharging curve of the charging or storage capacitor can be determined and analyzed.

Eine Verfälschung des Meßergebnisses durch ein Störsignal kann bei dieser Schaltungsanordnung dadurch weitestgehend verhindert werden, daß die Arbeitsfrequenz auf mindestens eine weitere, von der ersten Arbeitsfrequenz f1 verschiedene zweite Arbeitsfrequenz f2 einstellbar ist, wobei aus dem beim Lade- bzw. Entladevorgang mit der Arbeitsfrequenz f2 am Lade- bzw. Speicherkondensator anstehenden Strom- oder Spannungsverlauf durch die Auswerteschaltung ein Meßergebnis m2 ermittelbar ist, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes darstellt und wobei die Auswerteschaltung wiederum eine Bewertungslogik aufweist, durch die ein Vergleich zwischen dem bei der ersten Arbeitsfrequenz f1 ermittelten Meßergebnis ml und dem bei der zweiten Arbeitsfrequenz f2 ermittelten Meßergebnis m2 durchführbar ist.A falsification of the measurement result by an interference signal can be prevented as much as possible in this circuit arrangement is that the operating frequency can be set to at least one further, f from the first operating frequency 1 different second operating frequency f 2, wherein from when charging or discharging at the operating frequency f 2 current or voltage curve present at the charging or storage capacitor can be determined by the evaluation circuit, a measurement result m 2 which represents a measure of the capacitance or the change in capacitance of the capacitive circuit or component and wherein the evaluation circuit in turn has an evaluation logic by a comparison between the measurement result ml determined at the first operating frequency f 1 and the measurement result m 2 determined at the second operating frequency f 2 can be carried out.

Sowohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch bei den beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dabei wesentlich, daß die Messung bei mindestens zwei verschiedenen Frequenzen f1, f2 durchgeführt wird.Both in the method according to the invention and in the two embodiments of the circuit arrangement according to the invention it is essential that the measurement is carried out at at least two different frequencies f 1 , f 2 .

Als Auswerteschaltung eignet sich besonders eine programmgesteuerte Maschine, insbesondere ein Mikrocontroller, da es sich hierbei zum einen um ein handelsübliches Bauteil handelt, welches in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungen erhältlich ist, zum anderen mit einem Mikrocontroller sowohl die Bewertung der einzelnen Meßergebnisse als auch die Steuerung des Umschalterkontakts mit den einzelnen Arbeitsfrequenzen einfach zu realisieren ist.As A program-controlled evaluation circuit is particularly suitable Machine, especially a microcontroller, since this is the one for a commercial one Component which is in a variety of different versions available is, on the other hand with a microcontroller both the evaluation of the individual measurement results as well as the control of the switch contact with the individual Working frequencies are easy to implement.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt dabei die Ermittlung bzw. Bewertung der einzelnen Meßergebnisse u.a. mittels eines Komparators. Als kostengünstigere Variante kann anstelle eines Komparators auch ein einfacher Schmitt-Trigger oder ein Binär-Input des Mikrocontrollers verwendet werden.According to one In a preferred embodiment, the determination or evaluation takes place of the individual measurement results et al by means of a comparator. As a cheaper option, instead of a comparator also a simple Schmitt trigger or a binary input of the microcontroller can be used.

Im einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen. In der Zeichnung zeigenin the Individual, there are a variety of ways, the inventive method or the circuit arrangement according to the invention to design and develop. Please refer to both to the the claims 1 and 10 subordinate claims, as well as on the description of the preferred embodiments shown in the drawing circuit arrangements according to the invention. In show the drawing

1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung, die nach dem sogenannten "Ladungsverschiebungsprinzip" arbeitet, 1 a circuit arrangement known from the prior art, which operates on the so-called "charge shift principle",

2 ein erstes – vereinfachtes – Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 2 a first - simplified - embodiment of a circuit arrangement according to the invention,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 3 a second embodiment of the circuit arrangement according to the invention,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und 4 a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention and

5 eine Auswerteschaltung einer Schaltungsanordnung zur Realisierung verschiedener Arbeitsfrequenzen. 5 an evaluation circuit of a circuit arrangement for realizing different working frequencies.

Die 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements in Form eines Sensorkondensators 1. Dabei sind bei der Schaltungsanordnung gemäß den 2–4 für die Bauteile, die den Bauteilen gemäß der Schaltungsanordnung in 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet worden. Zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehört somit ebenfalls eine Spannungsquelle 2, wobei die Spannungsquelle 2 im vorliegenden Fall zusammen mit dem Steuergerät 5 und der Auswerteschaltung 7 in der durch einen Mikrocontroller realisierten Steuer- und Auswerteeinheit 8 zusammengefaßt ist. Die in den 2, 3 und 4 dargestellten Schaltungsanordnungen weisen – im Unterschied zu der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung – jeweils mehrere Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 auf, die die Funktion des in 1 dargestellten separaten Ladeschalters 3' und des separaten Umladeschalters 4 übernehmen. Darüber hinaus ist in der Schaltungsanordnung gemäß den 2 und 3 – in Übereinstimmung mit der Schaltungsanordnung gemäß 1 – noch ein Lade- bzw. Speicherkondensator 6 vorgesehen.The 2 to 4 show various embodiments of a circuit arrangement according to the invention for detecting the capacitance or a change in capacitance of a capacitive circuit or component in the form of a sensor capacitor 1 , The circuit arrangement according to the 2 - 4 for the components that correspond to the components according to the circuit arrangement in 1 correspond, the same reference numerals have been used. A voltage source also belongs to the circuit arrangement according to the invention 2 , the voltage source 2 in the present case together with the control unit 5 and the evaluation circuit 7 in the control and evaluation unit implemented by a microcontroller 8th is summarized. The in the 2 . 3 and 4 Circuit arrangements shown - in contrast to that in 1 Circuit arrangement shown - each several switch contacts 3 1 . 3 2 . 3 3 on that the function of in 1 shown separate charging switch 3 ' and the separate transfer switch 4 take. In addition, in the circuit arrangement according to the 2 and 3 - In accordance with the circuit arrangement according to 1 - Another charging or storage capacitor 6 intended.

Die einzelnen Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 sind nun so angeordnet und verschaltet, daß der Eingang 3a des Umschaltkontakts 31 mit der Elektrode 91 des Sensorkondensators 1, der erste Ausgang 3b des Umschaltkontakts 31 mit dem Bezugspotential 11 und der zweite Ausgang 3c des Umschaltkontakts 31 mit der Erstelektrode 12 des Lade- bzw. Speicherkondensators 6 verbunden ist. Entsprechend sind auch der Eingang 3a der Umschaltkontakte 32 , 33 mit der Elektrode 92 bzw. 93 und die ersten Ausgänge 3b und die zweiten Ausgänge 3c der Umschaltkontakte 32 , 33 mit dem Bezugspotential 11 und bzw. mit der Erstelektrode 12 des Lade- bzw. Speicherkondensators 6 verbunden. Die erste Elektrode 12 des Lade- bzw. Speicherkondensators 6 ist darüber hinaus einerseits mit der Spannungsquelle 2 verbindbar, andererseits mit der Auswerteschaltung 7 verbunden, wie dies auch bei der Schaltungsanordnung gemäß 1 dargestellt ist. Schließlich ist die zweite Elektrode 13 des Lade- bzw. Speicherkondensators 6 mit dem Bezugspotential 11 verbunden.The individual changeover contacts 3 1 . 3 2 . 3 3 are now arranged and connected so that the input 3a of the changeover contact 3 1 with the electrode 9 1 of the sensor capacitor 1 , the first exit 3b of the changeover contact 3 1 with the reference potential 11 and the second exit 3c of the changeover contact 3 1 with the first electrode 12 of the charging or storage capacitor 6 connected is. The entrance is corresponding 3a of changeover contacts 3 2 . 3 3 with the electrode 9 2 respectively. 9 3 and the first exits 3b and the second outputs 3c of changeover contacts 3 2 . 3 3 with the reference potential 11 and or with the first electrode 12 of the charging or storage capacitor 6 connected. The first electrode 12 of the charging or storage capacitor 6 is also on the one hand with the voltage source 2 connectable, on the other hand with the evaluation circuit 7 connected, as is also the case with the circuit arrangement 1 is shown. Finally, the second electrode 13 of the charging or storage capacitor 6 with the reference potential 11 connected.

Nachfolgend soll das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen an Hand der 2 näher erläutert werden, wobei der Ablauf und die Ansteuerung nur für den Umschaltkontakt 31 und für die Elektrode 9, beschrieben wird. Die Ansteuerung für die Umschaltkontakte 32 , 33 und der Ladungstransport mit den Elektroden 92 , 93 erfolgt dann entsprechend.In the following, the principle of the method according to the invention and the mode of operation of the circuit arrangements according to the invention will be explained using 2 are explained in more detail, the sequence and control only for the changeover contact 3 1 and for the electrode 9 , is described. The control for the changeover contacts 3 2 . 3 3 and the charge transport with the electrodes 9 2 . 9 3 then takes place accordingly.

Bei der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung wird zunächst der Lade- bzw. Speicherkondensator 6 auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladen, wozu der Lade- bzw. Speicherkondensator 6 mit der Spannungsquelle 2 verbunden wird. Dabei sind dann die Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 mit dem zweiten Ausgang 3b, d.h. mit dem Bezugspotential 11 verbunden. Anschließend wird zum einen der Lade- bzw. Speicherkondensator 6 von der Spannungsquelle 2 getrennt, wird zum anderen der Umschaltkontakt 31 mit dem zweiten Ausgang 3c verbunden, wodurch ein quantisierter Ladungstransport vom Lade- bzw. Speicherkondensator 6 in den Sensorkondensator 1 bzw. die Elektrode 91 erfolgt. Der Betrag des Ladungstransport hängt dabei von der zu messenden Kapazität der Elektrode 91 ab, so daß die an dem Lade- bzw. Speicherkondensator 6 meßbare elektrische Größe dann ebenfalls von der zu messenden Kapazität der Elektrode 91 des Sensorkondensators 1 abhängt.At the in 2 Circuit arrangement shown is first the charging or storage capacitor 6 charged to a certain voltage value, for which the charging or storage capacitor 6 with the voltage source 2 is connected. Then the changeover contacts 3 1 . 3 2 . 3 3 with the second exit 3b , ie with the reference potential 11 connected. Then, on the one hand, the charging or storage capacitor 6 from the voltage source 2 the switch contact is also disconnected 3 1 with the second exit 3c connected, whereby a quantized charge transport from the charging or storage capacitor 6 in the sensor capacitor 1 or the electrode 9 1 he follows. The amount of charge transport depends on the capacitance of the electrode to be measured 9 1 from so that the on the charging or storage capacitor 6 measurable electrical quantity then also from the capacitance of the electrode to be measured 9 1 of the sensor capacitor 1 depends.

Vorzugsweise wird nicht die Spannung gemessen, die nach einer bestimmten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f1 durchgeführten Umladezyklen am Lade- bzw. Speicherkondensator 6 anliegt, sondern es wird die Anzahl x der Ladezyklen gemessen, die notwendig ist, damit die an dem Lade- bzw. Speicherkondensator 6 anstehende Spannung einen bestimmten Schwellwert erreicht. Hierzu ist in der Steuer- und Auswerteeinheit 8 ein Komparator vorgesehen, wobei die erste Elektrode 12 des Lade- bzw. Speicherkondensators 6 mit einem Eingang 14 des Komparators verbunden ist.Preferably, the voltage is not measured, which after a certain number x of recharging cycles carried out at an operating frequency f 1 on the charging or storage capacitor 6 is applied, but the number x of charging cycles is measured, which is necessary for the charging or storage capacitor 6 applied voltage reaches a certain threshold. For this is in the control and evaluation unit 8th a comparator is provided, the first electrode 12 of the charging or storage capacitor 6 with an entrance 14 of the comparator is connected.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nun so ausgebildet, daß nach dem zuvor beschriebenen Meßzyklus mit der ersten Arbeitsfrequenz f1 ein zweiter Meßzyklus durchgeführt wird, wobei bei diesem zweiten Meßzyklus eine zweite Arbeitsfrequenz f2 verwendet wird.The circuit arrangement according to the invention is now designed such that a second measuring cycle is carried out with the first working frequency f 1 after the previously described measuring cycle, a second working frequency f 2 being used in this second measuring cycle.

Wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beispielsweise in einem kapazitiven Türgriffsensor eingesetzt, durch den die Annäherung einer Hand gemessen werden soll, so wird durch den Mikrocontroller zunächst die Anzahl x der erforderlichen Umladezyklen bei den beiden Arbeitsfrequenzen f1, f2 gemessen. Erfolgt eine Annäherung einer Hand an den Sensorkondensator 1, so wird dies in der Steuer- und Auswerteschaltung 8 dadurch gemessen, daß sich die Anzahl x der erforderlichen Umladezyklen bis zum Erreichen der Referenzspannung beispielsweise von 1000 auf 900 verringert. Erreicht nun beispielsweise das Meßergebnis m1, das bei der Arbeitsfrequenz f1 ermittelt worden ist, den vorgegebenen Schwellwert, so wird von der Steuer- und Auswerteschaltung 8 zunächst noch kein Schaltsignal "Hand angenähert" ausgegeben. Vielmehr wird zunächst abgewartet, ob auch das Meßergebnis m2 für die zweite Arbeitsfrequenz f2 den vorgegebenen Schwellwert erreicht. Ist dies der Fall, so wird durch die Bewertungslogik entschieden, daß die gemessene Kapazitätsänderung tatsächlich auf der Annäherung einer Hand beruhen muß. Andernfalls wird von der Bewertungslogik entschieden, daß die nur bei der Arbeitsfrequenz f1 gemessene Kapazitätsänderung durch ein Störsignal und nicht durch die eigentlich zu messende Größe, d.h. das Annähern einer Hand, verursacht worden ist. In diesem Fall wird – richtigerweise – ein Schaltsignal "Hand angenähert" nicht ausgegeben. Ein durch ein Störsignal mit einer Frequenz fT, die in der Nähe der ersten Arbeitsfrequenz f1 liegt, erfolgte – unerwünschte – Beeinflussung der Messung führt somit nicht zu einem falschen Meßergebnis. Somit kann durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Verfälschung des Meßergebnisses durch eine Störgröße verhindert werden.If the circuit arrangement according to the invention is used, for example, in a capacitive door handle sensor, by means of which the approach of a hand is to be measured, the microcontroller First the number x of the required recharge cycles at the two working frequencies f 1 , f 2 was measured. If one hand approaches the sensor capacitor 1 , so this is in the control and evaluation circuit 8th measured in that the number x of required recharge cycles is reduced from 1000 to 900, for example, until the reference voltage is reached. If, for example, the measurement result m 1 , which has been determined at the operating frequency f 1 , reaches the predetermined threshold value, the control and evaluation circuit will 8th initially no switching signal "hand approximated" issued. Rather, it is first waited whether the measurement result m 2 for the second operating frequency f 2 also reaches the predetermined threshold value. If this is the case, the evaluation logic decides that the measured change in capacitance must actually be based on the approach of one hand. Otherwise it is decided by the evaluation logic that the change in capacitance measured only at the operating frequency f 1 was caused by an interference signal and not by the size actually to be measured, ie the approaching of a hand. In this case, a switching signal "approximate hand" is not correctly output. An - undesirable - influencing of the measurement by an interference signal with a frequency f T , which is in the vicinity of the first working frequency f 1 , does not lead to an incorrect measurement result. The circuit arrangement according to the invention can thus prevent the measurement result from being falsified by a disturbance variable.

Die Schaltungsanordnung gemäß 3 unterscheidet sich zunächst dadurch von der Schaltungsanordnung gemäß 2, daß der Sensorkondensator 1 nicht drei, sondern nur zwei Elektroden 91 , 92 aufweist. Daher weist die Schaltungsanordnung auch nur zwei Umschaltkontakte 31 , 32 auf, deren Eingänge 3a jeweils mit einer Elektrode 91 bzw. 92 verbunden sind. Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung gemäß 3 noch einen zusätzlichen Umschalter 15 auf, wobei der Eingang 15a des Umschalters 15 mit der Steuer- und Auswerteeinheit 8, der erste Ausgang 15b mit der Steuerleitung 16, des ersten Umschaltkontakts 31 und der zweite Ausgang 15c mit der Steuerleitung 162 des zweiten Umschaltkontakts 32 verbunden ist. Durch den Umschalter 15 wird somit die jeweils eingestellte Arbeitsfrequenz f1, f2 auf den Steuereingang des ersten oder des zweiten Umschaltkontakts 31 , 32 gegeben. Darüber hinaus sind in der Schaltungsanordnung gemäß 3 noch zwei Widerstände 17 dargestellt, die dafür sorgen, daß die beiden Steuerleitungen 161 , 162 der beiden Umschaltkontakte 31 , 32 jeweils auf einem definierten Potential liegen, wenn der jeweilige Umschaltkontakt 31 bzw. 32 durch den Umschalter 15 nicht aktiviert ist.The circuit arrangement according to 3 differs first of all from the circuit arrangement according to 2 that the sensor capacitor 1 not three, but only two electrodes 9 1 . 9 2 having. Therefore, the circuit arrangement also has only two changeover contacts 3 1 . 3 2 on whose inputs 3a each with an electrode 9 1 respectively. 9 2 are connected. In addition, the circuit arrangement according to 3 an additional switch 15 on, with the entrance 15a of the switch 15 with the control and evaluation unit 8th , the first exit 15b with the control line 16 , the first changeover contact 3 1 and the second exit 15c with the control line 16 2 of the second changeover contact 3 2 connected is. Through the switch 15 the operating frequency f 1 , f 2 set at the control input of the first or the second changeover contact 3 1 . 3 2 given. In addition, according to the circuit arrangement 3 two more resistors 17 shown, which ensure that the two control lines 16 1 . 16 2 of the two changeover contacts 3 1 . 3 2 are each at a defined potential if the respective changeover contact 3 1 respectively. 3 2 through the switch 15 is not activated.

Die Schaltungsanordnung gemäß 4 unterscheidet sich dadurch von der Schaltungsanordnung gemäß 2, daß bei der Schaltungsanordnung gemäß 4 drei Lade- bzw. Speicherkondensatoren 61 , 62 und 63 vorgesehen sind. Die Schaltungsanordnung weist somit drei voneinander im wesentlichen unabhängige Meßzweige auf, die jeweils von einem Umschaltkontakt 31 , 32 , 33 , einer Elektrode 91 , 92 und 93 und einem Lade- bzw. Speicherkondensator 61 , 62 und 63 gebildet werden. Die Schaltungsanordnung gemäß 4 hat den Vorteil, daß die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung der einzelnen Elektroden 91 , 92 und 93 unabhängig voneinander gemessen werden kann.The circuit arrangement according to 4 differs from the circuit arrangement according to 2 that according to the circuit arrangement 4 three charging or storage capacitors 6 1 . 6 2 and 6 3 are provided. The circuit arrangement thus has three measuring branches which are essentially independent of one another, each of which has a changeover contact 3 1 . 3 2 . 3 3 , an electrode 9 1 . 9 2 and 9 3 and a charging or storage capacitor 6 1 . 6 2 and 6 3 be formed. The circuit arrangement according to 4 has the advantage that the capacity or the change in capacity of the individual electrodes 9 1 . 9 2 and 9 3 can be measured independently.

Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 durch externe Analogschalter, vorzugsweise durch CMOS-Analogschalter, realisiert. Daneben ist es jedoch auch möglich, daß die Umschaltkontakte 3 in der Auswerteeinheit 7 bzw. in der Steuer- und Auswerteeinheit 8, d.h. in dem Mikrocontroller, integriert sind. Bei dem inIn the exemplary embodiments shown in the figures, the changeover contacts are 3 1 . 3 2 . 3 3 realized by external analog switches, preferably by CMOS analog switches. In addition, it is also possible that the changeover contacts 3 in the evaluation unit 7 or in the control and evaluation unit 8th , ie are integrated in the microcontroller. At the in

2 dargestellten Ausführungsbeispiel steuert der Mikrocontroller die drei Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 mit der jeweiligen Arbeitsfrequenz f1, f2, wobei es bezüglich der Abfolge der Ansteuerung der einzelnen Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 sowie der Auswahl der einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2 unterschiedliche Möglichkeiten gibt. Eine mögliche Abfolge ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben, wobei sich die Abfolge anschließend immer wiederholt:

Figure 00180001
2 In the illustrated embodiment, the microcontroller controls the three changeover contacts 3 1 . 3 2 . 3 3 with the respective operating frequency f 1 , f 2 , with respect to the sequence of the control of the individual changeover contacts 3 1 . 3 2 . 3 3 and the selection of the individual working frequencies f 1 , f 2 are different possibilities. A possible sequence is given in the table below, with the sequence always repeating afterwards:
Figure 00180001

Bei dieser Abfolge werden gleichzeitig immer zwei Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 mit zwei verschiedenen Arbeitsfrequenzen f1, f2 betrieben, so daß sich die Zeitdauer für einen Abfolgezyklus verringert.With this sequence there are always two changeover contacts at the same time 3 1 . 3 2 . 3 3 operated with two different operating frequencies f 1 , f 2 , so that the time period for a sequence cycle is reduced.

Eine andere Abfolge, ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben:

Figure 00180002
Another sequence is given in the table below:
Figure 00180002

Durch diesen Ablauf wird jeder Umschaltkontakt 31 , 32 , 33 bei jeder Arbeitsfrequenz f1, f2 zweimal gemessen, wodurch sich eine höhere Sicherheit und höhere Genauigkeit der Signalauswertung ergibt.Through this process, every changeover contact 3 1 . 3 2 . 3 3 measured twice at each working frequency f 1 , f 2 , which results in higher security and higher accuracy of the signal evaluation.

Daneben ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, immer nur einen Umschaltkontakt 31 , 32 , 33 mit einer Arbeitsfrequenz f1 zu betreiben. Dann können entweder zunächst alle drei Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 nacheinander mit der gleichen Arbeitsfrequenz f1 und anschließend, in einem zweiten Durchgang, alle drei Umschaltkontakte 31 , 32 , 33 mit der zweiten Arbeitsfrequenz f2 betrieben werden, oder es kann zunächst der erste Umschaltkontakt 31 erst mit der ersten Arbeitsfrequenz f1 und dann mit der zweiten Arbeitsfrequenz f2 betrie ben werden und anschließend wird dann erst der zweite Umschaltkontakt 32 und dann der dritte Umschaltkontakt 33 nacheinander mit den beiden Arbeitsfrequenz f1, f2 angesteuert.In addition, however, it is basically also possible to only ever have one changeover contact 3 1 . 3 2 . 3 3 to operate at an operating frequency f 1 . Then either all three changeover contacts can initially 3 1 . 3 2 . 3 3 successively with the same working frequency f 1 and then, in a second pass, all three changeover contacts 3 1 . 3 2 . 3 3 can be operated with the second operating frequency f 2 , or it can first be the first changeover contact 3 1 only be operated with the first operating frequency f 1 and then with the second operating frequency f 2 , and then only the second changeover contact 3 2 and then the third switch contact 3 3 controlled successively with the two working frequencies f 1 , f 2 .

Schließlich zeigt die 5 eine Schaltungsanordnung zur Realisierung zweier verschiedener Arbeitsfrequenzen f1, f2. Hierzu ist in der Steuer- und Auswerteeinheit ein Schalter 18 vorgesehen, durch den ein RC-Glied 19 zu der internen Schwingschaltung der Steuer- und Auswerteschaltung 8 zu- bzw. abgeschaltet werden kann. Dadurch können aus der durch die internen Schwingschaltung der Steuer- und Auswerteschaltung 8 vorgegebenen festen Taktfrequenz fT je nach der Stellung des Schalters 18 unterschiedliche Arbeitsfrequenzen f1, f2 erzeugt werden.Finally, the shows 5 a circuit arrangement for realizing two different working frequencies f 1 , f 2 . For this there is a switch in the control and evaluation unit 18 provided by an RC link 19 to the internal oscillation circuit of the control and evaluation circuit 8th can be switched on or off. As a result, the internal oscillation circuit of the control and evaluation circuit can be used 8th predetermined fixed clock frequency f T depending on the position of the switch 18 different working frequencies f 1 , f 2 are generated.

Claims (22)

Verfahren zum Messen einer physikalischen Größe bzw. der Änderung einer physikalischen Größe mit einem eine steuerbare Arbeitsfrequenz aufweisenden Sensor, insbesondere mit einem induktiven oder einem kapazitiven Näherungsschalter, wobei der Sensor mindestens ein Sensorelement und eine Auswerteschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Meßintervall eine erste Messung der physikalischen Größe mit einer ersten Arbeitsfrequenz f1 durchgeführt wird, daß in mindestens einem zweiten Meßintervall eine zweite Messung der physikalischen Größe mit mindestens einer zweiten Arbeitsfrequenz f2 durchgeführt wird und daß durch einen Vergleich und eine Bewertung des Meßergebnisses m1 der ersten Messung und des Meßergebnisses m2 der zweiten Messung eine durch eine Störsignal mit einer Frequenz fS gestörte Messung erkannt und der Einfluß des Störsignals eliminiert wird.Method for measuring a physical quantity or the change in a physical quantity with a sensor having a controllable operating frequency, in particular with an inductive or a capacitive proximity switch, the sensor having at least one sensor element and an evaluation circuit, characterized in that in a first measurement interval a the first measurement of the physical quantity is carried out with a first working frequency f 1 , that a second measurement of the physical quantity with at least one second working frequency f 2 is carried out in at least a second measuring interval and that by comparing and evaluating the measurement result m 1 of the first measurement and the measurement result m 2 of the second measurement detects a measurement disturbed by an interference signal with a frequency f S and the influence of the interference signal is eliminated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dritten Meßintervall eine dritte Messung der physikalischen Größe mit einer dritten Arbeitsfrequenz f3 durchgeführt wird.Method according to Claim 1, characterized in that a third measurement of the physical quantity is carried out at a third operating frequency f 3 in a third measurement interval. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal, insbesondere bei einem Näherungsschalter ein Schaltsignal, nur dann ausgegeben wird, wenn die Meßergebnisses m1, m2, m3, ... aller Messungen jeweils einen definierten Schwellwert erreicht haben.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that an output signal, in particular a switching signal in the case of a proximity switch, is only output when the measurement results m 1 , m 2 , m 3 , ... of all measurements have each reached a defined threshold value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßergebnis m1, m2, m3 während eines Meßintervalls der zeitliche Verlauf der physikalischen Größe, insbesondere die Steilheit der Änderung der physikalischen Größe, gemessen wird.Method according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the time course of the physical variable, in particular the steepness of the change in the physical variable, is measured as the measurement result m 1 , m 2 , m 3 during a measurement interval. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mathematische Analyse des gemessenen zeitlichen Verlaufs der physikalischen Größe erfolgt.A method according to claim 4, characterized in that a mathematical analysis of the measured time course of the physical Size is done. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßergebnis m1, m2, m3 in einen Anteil, der durch das Störsignal erzeugt worden ist und in einen Anteil, der dem Nutzsignal entspricht, zerlegt wird.Method according to Claim 5, characterized in that the measurement result m 1 , m 2 , m 3 is broken down into a component which has been generated by the interference signal and into a component which corresponds to the useful signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3, ... zwischen einigen 10 kHz und einigen MHz liegt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the value of the working frequencies f 1 , f 2 , f 3 , ... is between a few 10 kHz and a few MHz. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz Δf zwischen den einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3, ... jeweils zwischen einigen kHz und einigen 10 kHz beträgt.Method according to Claim 7, characterized in that the difference Δf between the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 , ... is in each case between a few kHz and a few 10 kHz. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) der einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3, ... möglichst groß ist.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the smallest common multiple (kgV) of the individual working frequencies f 1 , f 2 , f 3 , ... is as large as possible. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Auswerteschaltung einen Mikrocontroller mit einer festen Taktfrequenz fT aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3, ... durch softwaregesteuerte Ausgabe bestimmter Impulsmuster erzeugt werden.Method according to one of claims 1 to 9, wherein the evaluation circuit has a microcontroller with a fixed clock frequency f T , characterized in that the individual operating frequencies f 1 , f 2 , f 3 , ... are generated by software-controlled output of certain pulse patterns. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Auswerteschaltung einen Mikrocontroller mit einer eigenen Taktfrequenz fT aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Arbeitsfrequenzen f1, f2, f3, ... aus der durch Zu- oder Abschalten einzelner RL-, RC- und/oder LC-Glieder zum Mikrocontroller veränderlichen Taktfrequenz fT erzeugt werden.Method according to one of claims 1 to 9, wherein the evaluation circuit has a microcontroller with its own clock frequency f T , characterized in that the individual operating frequencies f 1 , f 2 , f 3 , ... from the by switching on or off individual RL -, RC and / or LC elements to the microcontroller variable clock frequency f T are generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Sensor mehrere Sensorelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Sensorelement mit einer ersten Arbeitsfrequenz f1 und gleichzeitig mindestens ein zweites Sensorelement mit einer zweiten Arbeitsfrequenz f2 betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 11, wherein the sensor has a plurality of sensor elements, characterized in that a first sensor element is operated with a first working frequency f 1 and at the same time at least one second sensor element with a second working frequency f 2 . Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Spannungsquelle (2), mit mindestens einem Umschaltkontakt (3), mit einem den Umschaltkontakt (3) steuernden, vorzugsweise einen Taktgenerator enthaltenden Steuergerät (5), mit mindestens einem Lade- bzw. Speicherkondensator (6) und mit einer an den Lade- bzw. Speicherkondensator (6) angeschlossenen Auswerteschaltung (7), wobei eine Elektrode (9) des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes mit dem Eingang (3a) des Umschaltkontakts (3) verbunden ist, der erste Ausgang (3b) des Umschaltkontakts (3) mit einem Bezugspotential (11), der zweite Ausgang (3c) des Umschaltkontakts (3) mit der ersten Elektrode (12) des Lade- bzw. Speicherkondensators (6), die erste Elektrode (12) des Lade- bzw. Speicherkondensators (6) einerseits mit der Spannungsquelle (2) verbindbar und andererseits mit der Auswerteschaltung (7) verbunden ist und die zweite Elektrode (13) des Lade- bzw. Speicherkondensators (6) mit Bezugspotential (11) verbindbar ist, und wobei aus der am Lade- bzw. Speicherkondensator (6) nach einer bestimmten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f1 durchgeführter Umladezyklen anstehenden Spannung oder aus der bis zum Erreichen einer bestimmten Spannung erfolgten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f1 durchgeführten Umladezyklen durch die Auswerteschaltung (7) ein Meßergebnis m1 ermittelbar ist, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltangs- oder Bauelementes darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz auf mindestens eine weitere, von der ersten Arbeitsfrequenz f1 verschiedene zweite Arbeitsfrequenz f2 einstellbar ist, daß aus der am Lade- bzw. Speicherkondensator (6) nach einer bestimmten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f2 durchgeführten Umladezyklen anstehenden Spannung oder aus der bis zum Erreichen einer bestimmten Spannung erfolgten Anzahl x von mit einer Arbeitsfrequenz f2 durchgeführter Umladezyklen durch die Auswerteschaltung (7) ein Meßergebnis m2 ermittelbar ist, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltangs- oder Bauelementes darstellt und daß die Auswerteschaltung (7) eine Bewertungslogik aufweist, durch die ein Vergleich zwischen dem bei der ersten Arbeitsfrequenz f1 ermittelten Meßergebnis m1 und dem bei der zweiten Arbeitsfrequenz f2 ermittelten Meßergebnis m2 durchführbar ist.Circuit arrangement for detecting the capacitance or a change in capacitance of a capacitive circuit or component, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, with a voltage source ( 2 ), with at least one changeover contact ( 3 ), with the changeover contact ( 3 ) controlling control unit, preferably containing a clock generator ( 5 ), with at least one charging or storage capacitor ( 6 ) and with one to the charging or storage capacitor ( 6 ) connected evaluation circuit ( 7 ), with an electrode ( 9 ) of the capacitive circuit or component with the input ( 3a ) of the changeover contact ( 3 ) is connected, the first output ( 3b ) of the changeover contact ( 3 ) with a reference potential ( 11 ), the second exit ( 3c ) of the changeover contact ( 3 ) with the first electrode ( 12 ) of the charging or storage capacitor ( 6 ), the first electrode ( 12 ) of the charging or storage capacitor ( 6 ) on the one hand with the voltage source ( 2 ) connectable and on the other hand with the evaluation circuit ( 7 ) is connected and the second electrode ( 13 ) of the charging or storage capacitor ( 6 ) with reference potential ( 11 ) is connectable, and from which on the charging or storage capacitor ( 6 ) after a certain number x of pending recharging cycles with an operating frequency f 1 or from the number x of recharging cycles with an operating frequency f 1 until a certain voltage has been reached by the evaluation circuit ( 7 ) A measurement m 1 is determined, which represents a measure of the capacitance or the change in capacitance of the capacitive Schaltangs- or component, characterized in that the operating frequency further from the first working frequency f 1 different second operating frequency f 2 is adjustable to at least one that from the on the charging or storage capacitor ( 6 ) after a certain number x of the pending recharging cycles carried out with an operating frequency f 2 or from the number x of recharging cycles carried out with an operating frequency f 2 until a certain voltage has been reached by the evaluation circuit ( 7 ) a measurement result m 2 can be determined, which is a measure of the capacitance or the change in capacitance of the capacitive switching gear or component, and that the evaluation circuit ( 7 Having) an evaluation logic by the f a comparison between the first at the operating frequency measurement result determined 1 m 1 and the second at the working frequency f 2 detected measurement result m 2 is carried out. Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltangs- oder Bauelementes, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Spannungsquelle (2), mit mindestens einem Umschaltkontakt (3), mit einem den Umschaltkontakt (3) steuernden, vorzugsweise einen Taktgenerator enthaltenden Steuergerät (5), mit mindestens einem Lade- bzw. Speicherkondensator (6) und mit einer an den Lade- bzw. Speicherkondensator (6) angeschlossenen Auswerteschaltung (7), wobei eine Elektrode (9) des kapazitiven Schaltangs- oder Bauelementes mit dem Eingang (3a) des Umschaltkontakts (3) verbunden ist, der erste Ausgang (3b) des Umschaltkontakts (3) mit einem Bezugspotential (11), der zweite Ausgang (3c) des Umschaltkontakts (3) mit der ersten Elektrode (12) des Lade- bzw. Speicherkondensators (6), die erste Elektrode (12) des Lade- bzw. Speicherkondensators (6) einerseits mit der Spannungsquelle (2) verbindbar und andererseits mit der Auswerteschaltung (7) verbunden ist und die zweite Elektrode (13) des Lade- bzw. Speicherkondensators (6) mit Bezugspotential (11) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem beim Lade- bzw. Entladevorgang mit der Arbeitsfrequenz f1 am Lade- bzw. Speicherkondensator (6) anstehenden Strom- oder Spannungsverlauf durch die Auswerteschaltung (7) ein Meßergebnis m1 ermittelbar ist, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltangs- oder Bauelementes darstellt, daß die Arbeitsfrequenz auf mindestens eine weitere, von der ersten Arbeitsfrequenz f1 verschiedene zweite Arbeitsfrequenz f2 einstellbar ist, daß aus dem beim Lade- bzw. Entladevorgang mit der Arbeitsfrequenz f2 am Lade- bzw. Speicherkondensator (6) anstehenden Strom- oder Spannungsverlauf durch die Auswerteschaltung (7) ein Meßergebnis m2 ermittelbar ist, welches ein Maß für die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltangs- oder Bauelementes darstellt und daß die Auswerteschaltung (7) eine Bewertungslogik aufweist, durch die ein Vergleich zwischen dem bei der ersten Arbeitsfrequenz f1 ermittelten Meßergebnis m1 und dem bei der zweiten Arbeitsfrequenz f2 ermittelten Meßergebnis m2 durchführbar ist.Circuit arrangement for detecting the capacitance or a change in capacitance of a capacitive switching circuit or component, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, with a voltage source ( 2 ), with at least one changeover contact ( 3 ), with the changeover contact ( 3 ) controlling control unit, preferably containing a clock generator ( 5 ), with at least one charging or storage capacitor ( 6 ) and with one to the charging or storage capacitor ( 6 ) connected evaluation circuit ( 7 ), with an electrode ( 9 ) of the capacitive switching gear or component with the input ( 3a ) of the changeover contact ( 3 ) is connected, the first output ( 3b ) of the changeover contact ( 3 ) with a reference potential ( 11 ), the second exit ( 3c ) of the changeover contact ( 3 ) with the first electrode ( 12 ) of the loading or storage con sensors ( 6 ), the first electrode ( 12 ) of the charging or storage capacitor ( 6 ) on the one hand with the voltage source ( 2 ) connectable and on the other hand with the evaluation circuit ( 7 ) is connected and the second electrode ( 13 ) of the charging or storage capacitor ( 6 ) with reference potential ( 11 ) is connectable, characterized in that from the charging or discharging process with the working frequency f 1 at the charging or storage capacitor ( 6 ) current or voltage curve due to the evaluation circuit ( 7 ) a measurement result m 1 can be determined, which is a measure of the capacitance or the change in capacitance of the capacitive switching gear or component, that the working frequency can be set to at least one further, different from the first working frequency f 1 second working frequency f 2 that from that during the charging or discharging process with the working frequency f 2 at the charging or storage capacitor ( 6 ) current or voltage curve due to the evaluation circuit ( 7 ) a measurement result m 2 can be determined, which is a measure of the capacitance or the capacitance change of the capacitive switching gear or component, and that the evaluation circuit ( 7 Having) a evaluation logic by the f a comparison between the first 1 determined at the operating frequency measurement result m 1 and the second at the working frequency f 2 detected measurement result m 2 is carried out. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (7) durch eine programmgesteuerte Maschine, insbesondere durch einen Mikrocontroller, realisiert ist.Circuit arrangement according to Claim 13 or 14, characterized in that the evaluation circuit ( 7 ) is implemented by a program-controlled machine, in particular by a microcontroller. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (7) einen Komparator oder einen Schmitt-Trigger aufweist und daß die erste Elektrode (12) des Lade- bzw. Speicherkondensators (6) mit einem Eingang (14) des Komparators bzw. des Schmitt-Triggers verbunden ist.Circuit arrangement according to one of Claims 13 to 15, characterized in that the evaluation circuit ( 7 ) has a comparator or a Schmitt trigger and that the first electrode ( 12 ) of the charging or storage capacitor ( 6 ) with an entrance ( 14 ) of the comparator or the Schmitt trigger is connected. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umschaltkontakte (31 , 32 , 33 ) vorgesehen sind.Circuit arrangement according to one of Claims 13 to 16, characterized in that a plurality of changeover contacts ( 3 1 . 3 2 . 3 3 ) are provided. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Umschaltkontakte in der Auswerteinheit (7) integriert sind.Circuit arrangement according to one of Claims 13 to 17, characterized in that the switch contact or contacts in the evaluation unit ( 7 ) are integrated. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Umschaltkontakte (31 , 32 , 33 ) durch externe Analogschalter, insbesondere durch CMOS-Analogschalter, realisiert sind.Circuit arrangement according to one of Claims 13 to 17, characterized in that the switch contact (s) ( 3 1 . 3 2 . 3 3 ) are implemented by external analog switches, in particular by CMOS analog switches. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lade- bzw. Speicherkondensatoren (61 , 62 , 63 ) vorgesehen sind, die jeweils mit ihrer ersten Elektrode (12) einerseits mit dem zweiten Ausgang (3c) eines Umschaltkontakts (31 , 32 , 33 ) und andererseits mit der Auswerteschaltung (7) und mit ihrer zweiten Elektrode (13) mit Bezugspotential (11) verbindbar sind.Circuit arrangement according to one of claims 17 to 19, characterized in that a plurality of charging or storage capacitors ( 6 1 . 6 2 . 6 3 ) are provided, each with its first electrode ( 12 ) on the one hand with the second exit ( 3c ) of a changeover contact ( 3 1 . 3 2 . 3 3 ) and on the other hand with the evaluation circuit ( 7 ) and with its second electrode ( 13 ) with reference potential ( 11 ) are connectable. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Schaltangs- oder Bauelemente mehrere Elektrode (91 , 92 , 93 ) aufweist, die jeweils mit dem Eingang (3a) eines Umschaltkontakts (31 , 32 , 33 ) verbunden sind.Circuit arrangement according to one of Claims 17 to 20, characterized in that the capacitive switching circuit or component comprises a plurality of electrodes ( 9 1 . 9 2 . 9 3 ), each with the input ( 3a ) of a changeover contact ( 3 1 . 3 2 . 3 3 ) are connected. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocontroller eine interne Schwingschaltung, insbesondere einen internen Schwingkreis, aufweist und daß der internen Schwingschaltung mindestens ein RL-, LC- oder RC-Glied (19) zuschaltbar ist.Circuit arrangement according to one of Claims 13 to 21, characterized in that the microcontroller has an internal oscillation circuit, in particular an internal oscillation circuit, and in that the internal oscillation circuit has at least one RL, LC or RC element ( 19 ) can be activated.
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