DE19750648C2 - Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktivitätsänderungs- Erfassungsvorrichtung die eine Induktivitätsänderung bei Spulen erfaßt und genauer eine Schaltung, die Induktivität­ scharakteristiken kompensiert.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Induktivitätsän­ derungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht, die beispielsweise in der japanischen Of­ fenlegungsschrift Nr. 8-105464 beschrieben ist. Gemäß Fig. 5 erfaßt eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung 100 eine Induktivitätsänderung bei Spulen L1 und L2, wobei die Spulen L1 und L2 in Reihe geschaltet sind. Die Reihen­ schaltung ist zwischen dem positiven Anschluß einer Gleich­ spannungsversorgung 101 und der Masse geschaltet. Ein Wi­ derstand 102 ist parallel zu der Spule L1 geschaltet. Ein Widerstand 103 ist parallel zu der Spule L2 geschaltet. Diese Widerstände beschränken den durch die Spulen L1 und L2 fließenden Strom.

Eine aus den Widerständen 104 und 105 gebildete Reihen­ schaltung ist parallel zu der Reihenschaltung der Spulen L1 und L2 geschaltet. Die Verbindung zwischen den Spulen L1 und L2 ist über ein Hochpaßfilter 106 mit dem invertieren­ den Eingangsanschluß eines Differenzverstärkers 107 verbun­ den. Die Verbindung zwischen den Widerständen 104 und 105 ist über ein Hochpaßfilter 108 mit dem nichtinvertierenden Anschluß des Differenzverstärkers 107 verbunden. Das Aus­ gangssignal des Differenzverstärkers 107 wird einer Induk­ tivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 109 zugeführt. Das Ausgangssignal der Induktivitätsänderungs-Erfassungs­ schaltung 109 ist das Ausgangssignal der Induktivitätsände­ rungs-Erfassungsvorrichtung 100. Die Induktivitätsände­ rungs-Erfassungsschaltung 109 erfaßt die Induktivitätsände­ rung bei den Spulen L1 und L2 auf der Grundlage des Aus­ gangssignals des Differenzverstärkers 107.

Unnötige Niederfrequenzsignale der an der Verbindung zwi­ schen den Spulen L1 und L2 auftretenden, durch die Spulen geteilten Spannung VL werden durch das Hochpaßfilter 106 unterdrückt. Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 106 ist an den invertierenden Eingangsanschluß des Differenzver­ stärkers 107 angelegt. Demgegenüber werden unnötige Nieder­ frequenzsignale einer an der Verbindung zwischen den Wider­ ständen 104 und 105 auftretenden Bezugsspannung V_ref durch das Hochpaßfilter 108 unterdrückt. Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 108 ist an den nichtinvertierenden Eingangs­ anschluß des Differenzverstärkers 107 angelegt. Der Diffe­ renzverstärker 107 verstärkt das Differenzsignal zwischen der an dessen invertierenden Eingangsanschluß angelegten, durch die Spulen geteilten Spannung VL und der an dessen nichtinvertierenden Eingangsanschluß angelegten Bezugsspan­ nung V_ref und gibt das verstärkte Differenzsignal aus.

Falls sich beispielsweise die aus der Gleichspannungsver­ sorgung 101 zugeführte Versorgungsspannung VB derart ver­ ringert, daß der durch die Spulen geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung V_ref ein Gleichspannungssignal überla­ gert wird, wird das Gleichspannungssignal durch die Hoch­ paßfilter 106 und 108 blockiert. Deshalb beeinflußt das Gleichspannungssignal das Ausgangssignal des Differenzver­ stärkers 107 nicht. Jedoch weist die durch die Spulen ge­ teilte Spannung VL eine Frequenzcharakteristik auf, wohin­ gegen die Bezugsspannung V_ref keinerlei Frequenzcharakteri­ stik aufweist. Deshalb gibt der Ausgangsanschluß des Diffe­ renzverstärkers 107 bei Überlagerung der Versorgungsspan­ nung VB mit einem Wechselspannungssignal ein Signal aus, das angibt, als ob sich die Induktivität der Spulen L1 und L2 verändert hätte. Folglich erfaßt die Induktivitätsände­ rungs-Erfassungsschaltung 109 fälschlicherweise Induktivi­ tätsveränderungen bei den Spulen L1 und L2.

Fig. 6 zeigt Frequenzspektren, die die Frequenzcharakteri­ stiken der durch die Spulen geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung V_ref veranschaulichen. Gemäß Fig. 6 weist die Bezugsspannung keinerlei Frequenzcharakteristik auf, wohingegen die durch die Spulen geteilte Spannung VL eine Frequenzcharakteristik aufweist.

Deshalb wurde eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsvor­ richtung 110 wie in Fig. 7 gezeigt erdacht, damit die Be­ zugsspannung Vref eine Frequenzcharakteristik ähnlich wie die der durch die Spulen geteilten Spannung VL hat. Fig. 7 unterscheidet sich dahingehend von Fig. 5, daß eine CR- Schaltung 111 parallel zu dem Widerstand 105 derart ge­ schaltet ist, daß die Bezugsspannung V_ref eine Frequenzcha­ rakteristik hat, die ähnlich der der durch die Spulen ge­ teilten Spannung VL ist. Durch diese Einrichtung werden die Frequenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Span­ nung VL und der Bezugsspannung V_ref zu Frequenzsspektren wie in Fig. 8 gezeigt. Folglich kann, wenn die Erfassung einer Induktivitätsänderung in einem Niederfrequenzbereich unnötig ist, praktisch eine korrekte Erfassung der Indukti­ vitätsänderung in einem Hochfrequenzbereich erreicht wer­ den.

Jedoch verändert sich, falls die zwei Spulen L1 und L2 un­ ter verschiedenen Temperaturbedingungen angeordnet sind, die Frequenzcharakteristik der Bezugsspannung V_ref nicht, jedoch verändert sich die Frequenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Spannung VL, wie durch die Frequenz­ spektren gemäß Fig. 9 dargestellt ist. Deshalb kann, obwohl Veränderungen bei der durch die Spulen geteilten Spannung VL aufgrund einer Störung bei der Energieversorgung bei ei­ ner normalen Temperatur aufgehoben werden können, die durch die Spulen geteilte Spannung VL nicht bei einer tiefen Tem­ peratur oder bei einer hohen Temperatur aufgehoben bzw. ausgeglichen werden. Folglich wird, selbst wenn keine Ände­ rung bei der Induktivität der Spulen L1 und L2 vorhanden ist, ein ein Auftreten einer Induktivitätsänderung anzei­ gendes Signal aus dem Differenzverstärker 107 ausgegeben. Deshalb erfaßt der Induktivitätsänderungs-Erfassungsein­ richtung 109 fälschlicherweise Induktivitätsänderungen bei den Spulen L1 und L2.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das vorste­ hend beschriebene Problem zu lösen und eine Induktivitäts­ änderungs-Erfassungsvorrichtung zu schaffen, die nicht auf­ grund von Störungen, Temperaturänderungen und dergleichen fälschlicherweise eine Induktivitätsänderung bei den Spulen erfaßt.

Diese Aufgabe wird durch die in den beiliegenden Patentan­ sprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.

Zum Lösen der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ei­ ne Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung zur Erfas­ sung von Induktivitätsänderungen bei Spulen geschaffen, die einen Induktivitätsänderungswandler, der Induktivitätsände­ rungen bei den Spulen in Spannungen umwandelt, um diese auszugeben, einen Bezugsspannungsgenerator, der eine vorbe­ stimmte Bezugsspannung erzeugt und ausgibt, eine Fre­ quenzcharakteristik-Hinzufügungseinrichtung, die eine Fre­ quenzcharakteristik, die ähnlich der der durch den Indukti­ vitätsänderungswandler umgewandelten Spannung ist, zu der von dem Bezugsspannungsgenerator ausgegebenen Bezugsspan­ nung hinzufügt, eine Bezugsspannungs-Kompensationseinrich­ tung, die das Frequenzspektrum der Bezugsspannung ein­ schließlich der hinzugefügten Frequenzcharakteristik paral­ lel in Amplitudenrichtung entsprechend einer in Amplituden­ richtung parallelen Variation des Frequenzspektrums der durch den Induktivitätswandler umgewandelten Spannung vari­ iert und kompensiert, und eine Induktivitätsänderungs- Erfassungseinrichtung aufweist, die die durch den Indukti­ vitätsänderungswandler umgewandelte Spannung mit der durch die Bezugsspannungs-Kompensationseinrichtung kompensierten Bezugsspannung zur Erfassung von Induktivitätsänderungen bei den Spulen vergleicht.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Bezugs­ spannungs-Kompensationseinrichtung einen Spannungsteiler, der die Versorgungsspannung in eine vorbestimmte Spannung teilt, um diese auszugeben, eine Spannungsdifferenz- Erfassungseinrichtung, die die Spannungsdifferenz zwischen der durch den Induktivitätsänderungswandler umgewandelten Spannung und der durch den Spannungsteiler geteilten Span­ nung erfaßt, und eine Kompensationseinrichtung auf, die die geteilte Spannung und die durch den Bezugsspannungsgenera­ tor erzeugte Bezugsspannung in Abhängigkeit von der durch die Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung erzeugte Span­ nungsdifferenz zur Kompensation der Bezugsspannung vari­ iert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung einen Meßverstär­ ker, der die Differenz zwischen der durch den Induktivi­ tätswandler umgewandelten Spannung und der durch den Span­ nungsteiler geteilten Spannung verstärkt, sowie ein Tief­ paßfilter auf, das mit dem Ausgangsanschluß des Meßverstär­ kers verbunden ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung variiert die Kompensationseinrichtung die geteilte Spannung in der­ selben Weise wie die Variation der umgewandelten Spannung und die Bezugsspannung bei einer vorbestimmten Rate vari­ iert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine In­ duktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß einem er­ sten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 2 ein Schaltbild, das ein Beispiel für die Induktivi­ tätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aus­ führungsbeispiel darstellt,

Fig. 3 eine Darstellung der Frequenzspektren einer durch Spulen geteilten Spannung VL und einer Bezugsspannung VR bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 ein Schaltbild eines anderen Beispiels für eine In­ duktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das eine herkömmliche Indukti­ vitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung veranschaulicht,

Fig. 6 eine Darstellung der Frequenzspektren einer durch Spulen geteilten Spannung VL und einer Bezugsspannung V_Ref bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das ein anderes Beispiel für eine herkömmliche Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrich­ tung darstellt,

Fig. 8 eine Darstellung der Frequenzspektren der durch die Spulen geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung V_Ref bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß Fig. 7 und

Fig. 9 eine Darstellung der Frequenzspektren der durch die Spulen geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung V_Ref in dem Fall, in dem die Spulen L1 und L2 unter unterschiedli­ chen Temperaturbedingungen angeordnet sind.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Be­ zug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt. Fig. 2 zeigt ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine Induktivitätsände­ rungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel darstellt. Gemäß Fig. 1 und 2 weist eine Indukti­ vitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung 1 eine Induktivität­ sänderungs-Wandlerschaltung 2, eine Bezugsspannungs- Erzeugungsschaltung 3, eine Bezugsspannungs-Kompensations­ schaltung 4, eine CR-Schaltung 5, Hochpaßfilter 6 und 7, einen Differenzverstärker 8, eine Induktivitätsänderungs- Erfassungsschaltung 9 sowie eine Gleichspannungsversorgung (Gleichstromenergieversorgung) 10 auf. Die Induktivitätsän­ derungs-Wandlerschaltung 2 bildet einen Induktivitätsände­ rungswandler, die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 3 bildet einen Bezugsspannungsgenerator, die Bezugsspannungs- Kompensationsschaltung 4 bildet eine Bezugsspannungs- Kompensationseinrichtung, die CR-Schaltung 5 bildet eine Frequenzcharakteristik-Hinzufügungseinrichtung, wobei die Hochpaßfilter 6 und 7, der Differenzverstärker 8 sowie die Induktivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 eine Indukti­ vitätsänderungs-Erfassungseinrichtung bilden.

Die Induktivitätsänderungs-Wandlerschaltung 2 ist eine Schaltung, die Induktivitätsänderungen bei den Spulen L1 und L2 in Spannungsänderungen umwandelt, um diese auszuge­ ben. Die Induktivitätsänderungs-Wandlerschaltung 2 besteht aus Spulen L1 und L2 sowie Widerständen 12 und 13. Die Spu­ len L1 und L2 sind in Reihe geschaltet. Diese Reihenschal­ tung ist zwischen dem positiven Anschluß der Gleichspan­ nungsversorgung 10 und der Masse geschaltet. Der Widerstand 12 ist parallel zu der Spule L1 geschaltet, wobei der Wi­ derstand 13 parallel zu der Spule L2 geschaltet ist. Diese Widerstände begrenzen den durch die Spulen L1 und L2 flie­ ßenden Strom.

Die Verbindung zwischen den Spulen L1 und L2 ist über das aus einem Kondensator 14 und einem Widerstand 15 bestehende Hochpaßfilter 6 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 8 verbunden. An der Verbindung zwi­ schen den Spulen L1 und L2 tritt eine durch die Spulen ge­ teilte Spannung VL auf. Die durch die Spulen geteilte Span­ nung VL ist eine umgewandelte Spannung, die durch Umwandeln der Induktivitätsänderung bei den Spulen L1 und L2 erhalten wird. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 3 ist eine Schaltung, die eine Bezugsspannung VR erzeugt. Die Bezugs­ spannungs-Erzeugungsschaltung 3 besteht aus einer Reihen­ schaltung, die aus Widerständen 16 und 17 aufgebaut ist. Diese Reihenschaltung ist zwischen dem positiven Anschluß der Gleichspannungsversorgung 10 und der Masse geschaltet.

Die Verbindung zwischen den Widerständen 16 und 17 ist über ein aus einem Kondensator 18 und einem Widerstand 19 beste­ hendes Hochpaßfilter 7 mit dem nichtinvertierenden Ein­ gangsanschluß des Differenzverstärkers 8 verbunden. Die CR- Schaltung 5 ist parallel zu dem Widerstand 17 geschaltet. Die CR-Schaltung 5 ist derart aufgebaut, daß die Bezugs­ spannung VR eine Frequenzcharakteristik haben sollte, die ähnlich der der durch die Spulen geteilten Spannung VL ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8 wird an die Induktivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 angelegt, de­ ren Ausgangssignal das Ausgangssignal der Induktivitätsän­ derungs-Erfassungsvorrichtung 1 ist. Die Induktivitätsände­ rungs-Erfassungsschaltung 9 erfaßt die Induktivitätsände­ rung bei den Spulen L1 und L2 auf der Grundlage des Aus­ gangssignals des Differenzverstärkers 8. Weiterhin sind die Verbindung zwischen den Spulen L1 und L2 sowie die Verbin­ dung zwischen den Widerstand 16 und 17 mit der Bezugsspan­ nungs-Kompensationsschaltung 4 verbunden.

Die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 4 ist aus Span­ nungsteilerschaltungen 21, 22 und 23, einem Meßverstärker (instrumentation amplifier) 24, einem Tiefpaßfilter 25 so­ wie einer Kompensationsschaltung 26 aufgebaut. Der Meßver­ stärker wird auch als Instrumentenverstärker oder Datenver­ stärker bezeichnet, wobei dieser nachstehend als Datenver­ stärker 24 bezeichnet ist. Die Spannungsteilerschaltung 21 bildet eine Spannungsteilereinrichtung, wobei die Span­ nungsteilerschaltungen 22 und 23, der Datenverstärker 24 sowie das Tiefpaßfilter 25 eine Spannungsdifferenz- Erfassungseinrichtung bilden, und die Kompensationsschal­ tung 26 eine Kompensationseinrichtung bildet.

Die Spannungsteilerschaltung 21 ist aus einer parallel zu der Gleichspannungsversorgung 10 geschalteten, aus Wider­ ständen 31 und 32 bestehenden Reihenschaltung aufgebaut. An der Verbindung zwischen den Widerständen 31 und 32 tritt eine Teilungsspannung (geteilte Spannung) VX auf. Die Span­ nungsteilerschaltung 22 ist aus einer parallel zu dem Wi­ derstand 13 geschalteten Reihenschaltung aus Widerständen 33 und 34 aufgebaut. Die Spannungsteilerschaltung 23 ist aus einer parallel zu dem Widerstand 32 geschalteten Rei­ henschaltung aus Widerständen 35 und 36 aufgebaut. Dabei sind die Widerstände 33 bis 36 derart hohe Widerstände, daß diese keinen Einfluß auf die Spulen L1 und L2 oder die Wi­ derstände 31 und 32 haben. Außerdem sind die Bezugsspannung VR und die Teilungsspannung VX derart eingestellt, daß sie dieselbe Größe aufweisen.

Der Datenverstärker 24 besteht aus Operationsverstärkern 41, 42 und 43 sowie Widerständen 44 bis 50. Der Datenver­ stärker 24 ist ein Hochleistungs-Differenzverstärker mit einem guten Gleichtakt-Unterdrückungs-Verhältnis. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operationsverstär­ kers 41 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 33 und 34 verbunden. Das Ausgangssignal des Operationsverstär­ kers 41 ist über den Widerstand 46 an dessen invertierenden Eingangsanschluß angelegt. Der Ausgangsanschluß des Opera­ tionsverstärkers 41 ist über den Widerstand 47 mit dem in­ vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 43 verbun­ den. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operati­ onsverstärkers 42 ist mit der Verbindung zwischen den Wi­ derständen 35 und 36 verbunden. Das Ausgangssignal des Ope­ rationsverstärkers 42 ist über den Widerstand 44 an dessen invertierenden Eingangsanschluß angelegt. Eine aus den Wi­ derständen 48 und 49 bestehende Reihenschaltung ist zwi­ schen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 42 und der Masse geschaltet. Die Verbindung zwischen den Wider­ ständen 48 und 49 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangs­ anschluß des Operationsverstärkers 43 verbunden. Die inver­ tierenden Eingangsanschlüsse der Operationsverstärker 41 und 42 sind über den Widerstand 45 miteinander verbunden. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 43 ist über den Widerstand 50 an dessen invertierenden Eingangsanschluß angelegt.

Das Tiefpaßfilter 25 besteht aus einem Widerstand 55 und einem Kondensator 56. Eine aus dem Widerstand 55 und dem Kondensator 56 bestehende Reihenschaltung ist zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 43 und der Masse geschaltet. An der Verbindung zwischen dem Widerstand 55 und dem Kondensator 56 wird das Ausgangssignal des Tiefpaß­ filters 25 ausgegeben.

Die Kompensationsschaltung 26 besteht aus Operationsver­ stärkern 61, 62 und 63, PNP-Transistoren 64 bis 67, NPN- Transistoren 68 und 69, Widerständen 70 bis 73 sowie Gleichspannungsversorgungen (Gleichstrom-Energieversor­ gungen) 74 und 75. Bei der Kompensationsschaltung 26 bilden die PNP-Transistoren 64 und 65 eine Stromspiegelschaltung, bei der deren Emitter miteinander verbunden sind sowie mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstär­ kers 61 und über den Widerstand 70 ebenfalls mit der Ver­ bindung zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden sind. Die Basisanschlüsse der PNP-Transistoren 64 und 65 sind miteinander und mit dem Kollektor des PNP-Transistors 64 verbunden. Der Kollektor des PNP-Transistors 64 ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 61 verbunden. Die eine vorbestimmte Spannung Va erzeugende Gleichspan­ nungsversorgung 74 ist zwischen dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 und der Masse geschaltet.

Der Kollektor des PNP-Transistors 65 ist mit den Emittern der PNP-Transistoren 66 und 67 verbunden. Die eine vorbe­ stimmte Spannung Vb erzeugende Gleichspannungsversorgung 75 ist zwischen der Basis des PNP-Transistors 66 und der Masse geschaltet. Der Kollektor des PNP-Transistors 66 ist über den Widerstand 71 geerdet und mit den nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen der Operationsverstärker 62 und 63 ver­ bunden. Die Basis des PNP-Transistors 67 ist mit der Ver­ bindung zwischen dem Widerstand 55 und dem Kondensator 56 bei dem Tiefpaßfilter 25 verbunden. Der Kollektor des PNP- Transistors 67 ist geerdet.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 ist an die Basis des NPN-Transistors 68 angelegt. Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 62 ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 68 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors 68 ist über den Widerstand 72 geerdet. Der Kollektor des PNP-Transistors 68 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden. Das Aus­ gangssignal des Operationsverstärkers 63 ist an die Basis des NPN-Transistors 69 angelegt. Der invertierende Ein­ gangsanschluß des Operationsverstärkers 63 ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 69 verbunden. Der Emitter des NPN-Transi-stors 69 ist über den Widerstand 73 geerdet. Der Kollektor des NPN-Transistors 69 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 16 und 17 verbunden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist nach Unterdrüc­ kung der unnötigen Niederfrequenzsignale durch das Hochpaß­ filter 6 die an der Verbindung zwischen den Spulen L1 und L2 auftretende, durch die Spulen geteilte Spannung VL an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstär­ kers 8 angelegt. Demgegenüber hat die an der Verbindung zwischen den Widerständen 16 und 17 auftretende Bezugsspan­ nung VR mittels der CR-Schaltung 5 eine Frequenzcharakteri­ stik, die ähnlich der der durch die Spulen geteilten Span­ nung VL ist. Nach Unterdrückung unnötiger Niederfrequenzsi­ gnale durch das Hochpaßfilter 7 ist die durch die Spulen geteilte Spannung VL an den nichtinvertierenden Eingangsan­ schluß des Operationsverstärkers 8 angelegt. Der Differenz­ verstärker 8 verstärkt das Differenzsignal der an den in­ vertierenden Eingangsanschluß angelegten, durch die Spulen geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung VR. Die Induk­ tivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 erfaßt Induktivi­ tätsänderungen bei den Spulen L1 und L2 anhand des Aus­ gangssignals des Operationsverstärkers 8.

Dabei steigt die durch die Spulen geteilte Spannung VL an, falls die Umgebungstemperatur sich derart verringert, daß die Impedanz der Spule L1 kleiner wird. Dann steigt die durch die Spannungsteilerschaltung 22 geteilte Spannung ebenfalls an, so daß ebenfalls das elektrische Potential an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsver­ stärkers 41 ansteigt. Dieser nichtinvertierende Eingangsan­ schluß ist der Eingangsanschluß des Datenverstärkers 24. Deshalb verringert sich das elektrische Potential an dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 43 durch eine negative Rückkopplung. Dieser Ausgangsanschluß ist der Aus­ gangsanschluß des Datenverstärkers 24. Dabei ist die Ände­ rung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 43 auf­ grund einer Temperaturänderung eine Änderung eines Gleich­ spannungssignals, so daß diese durch das Tiefpaßfilter 25 nicht unterdrückt wird. Deshalb wird diese an die Basis des PNP-Transistors 67 angelegt, so daß die Basisspannung ab­ sinkt. Demgegenüber werden die Induktivitätsänderung in den Spulen L1 und L2 sowie durch eine Störung bei der Energie­ versorgung (Spannungsversorgung) verursachte Wechselspan­ nungssignale durch das Tiefpaßfilter 25 derart unterdrückt, daß diese die Basispannung des PNP-Transistors 67 nicht än­ dern.

Mit Absinken der Basisspannung des PNP-Transistors 67 steigt der Kollektorstrom Ic1 des PNP-Transistors 67. Dabei wird der in die Emitter der PNP-Transistoren 66 und 67 hin­ einfließende Strom aus der aus den PNP-Transistoren 64 und 65 gebildeten Stromspiegelschaltung zugeführt. Die Emitter­ spannung der PNP-Transistoren 64 und 65 wird durch den Ope­ rationsverstärker 61 auf eine vorbestimmte Spannung Va kon­ stant gehalten. Deshalb ist der aus dem Kollektor des PNP- Transistors 65 zugeführte Strom konstant. Daher verringert sich der Kollektorstrom Ic2 des PNP-Transistors 66 um den Betrag des Anstiegs bei dem Kollektorstrom Ic1 des PNP- Transistors 67.

Mit Verringern des Kollektorstroms Ic2 sinkt das elektri­ sche Potential an den nichtinvertierenden Eingangsanschlüs­ sen der Operationsverstärker 62 und 63 derart ab, daß das elektrische Potential an den invertierenden Eingangsan­ schlüssen der Operationsverstärker durch einen imaginären Kurzschluß derart absinkt, daß es dasselbe wie das elektri­ sche Potential an den nichtinvertierenden Eingangsanschlüs­ sen wird. Das elektrische Potential an der Verbindung zwi­ schen dem Emitter des NPN-Transistors 68 und des Wider­ stands 72 sinkt um das Absinken des elektrischen Potentials an dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsver­ stärkers 62 ab. Folglich verringert sich der durch den Wi­ derstand 72 fließende Strom, bei dem es sich um den Kollek­ torstrom Ic3 des NPN-Transistors 68 handelt, derart, daß die Teilungsspannung VX ansteigt. Ähnlich sinkt das elek­ trische Potential an der Verbindung zwischen dem Emitter des NPN-Transistors 69 und dem Widerstand 73 um das Absin­ ken des elektrischen Potentials an dem invertierenden Ein­ gangsanschluß des Operationsverstärkers 63 ab. Folglich verringert sich der durch den Widerstand 73 fließende Strom, bei dem es sich um den Kollektorstrom Ic4 des NPN- Transistors 69 handelt, derart, daß die Bezugsspannung VR ansteigt.

Demgegenüber beginnt das elektrische Potential an dem in­ vertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 mit Ansteigen der Teilungsspannung VX zu steigen. Jedoch nimmt der Operationsverstärker 61 durch dessen Ausgangsan­ schluß über den Transistor 64 Strom auf, um den imaginären Kurzschluß beizubehalten. Deshalb wird das elektrische Po­ tential an dem invertierenden Eingangsanschluß das elektri­ sche Potential an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß annehmen, so daß dieses ohne Anstieg konstant gehalten wird. Deshalb wird die Spannung an den Emittern der PNP- Transistoren 64 und 65 auf eine vorbestimmte Spannung Va gehalten.

Der vorstehende Vorgang wird fortgesetzt, bis die durch die Spulen geteilte Spannung VL und die Teilungsspannung VX gleich werden. Wenn die durch die Spulen geteilte Spannung VL und die Teilungsspannung VX gleich werden, stoppt der Anstieg der Teilungsspannung VX, wobei der Anstieg der Be­ zugsspannung VR ebenfalls stoppt. Falls die Änderung bei der Bezugsspannung VR gleich der Änderung bei der Teilungs­ spannung VX ist, wird lediglich das Gleichspannungssignal des Änderungswertes bei der durch die Spulen geteilten Spannung VL aufgehoben, so daß sich die Frequenzcharakteri­ stik um die Wechselspannungssignale des Änderungswertes verschiebt.

Jedoch kann die Änderungsrate bei der Bezugsspannung VR entsprechend einer Änderung bei der Teilungsspannung VX durch die Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 frei eingestellt werden. Deshalb sind die Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 derart eingestellt, daß die Fre­ quenzcharakteristik der Bezugsspannung VR mit der Fre­ quenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Spannung VL übereinstimmen sollten, indem die Verschiebung zwischen dem Gleichspannungssignal der Änderung bei der durch die Spulen geteilten Spannung VL aufgrund der Temperaturände­ rung und der Veränderung bei der Frequenzcharakteristik der Induktivität bei den Spulen L1 und L2 in Betracht gezogen werden.

Beispielsweise sei angenommen, daß es keinen Bedarf nach einer Erfassung der Induktivitätsänderung bei den Spulen L1 und L2 in einem Niederfrequenzbereich gibt. In diesem Fall sind, wie bei den Frequenzspektren gemäß Fig. 3 gezeigt, die Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 derart ein­ gestellt, daß die Variation der Frequenzcharakteristik der durch die Spulen geteilte Spannung VL mit der Variation der Frequenzcharakteristik der Bezugsspannung VR in einem Hoch­ frequenzbereich übereinstimmen sollte, bei dem die Indukti­ vitätsänderung bei den Spulen L1 und L2 überprüft wird. In diesem Fall kann wie in Fig. 3 gezeigt die Variation der Frequenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Span­ nung VL mit der Variation der Frequenzcharakteristik in ei­ nem Niederfrequenzbereich nicht übereinstimmen.

Weiterhin zeigt Fig. 4 ein Schaltbild, das ein anderes Bei­ spiel für eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar­ stellt. In Fig. 4 sind dieselben Bauelemente wie in Fig. 1 oder 2 durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, weshalb deren Beschreibung nachstehend entfällt. Lediglich die von Fig. 1 oder 2 unterschiedlichen Punkte sind im folgenden beschrieben.

Fig. 4 unterscheidet sich von Fig. 1 oder 2 dahingehend, daß der Schaltungsaufbau der Kompensationsschaltung 26 ver­ ändert ist. Deshalb ist die Kompensationsschaltung 26 gemäß Fig. 2 in eine Kompensationsschaltung 86 geändert. Mit die­ ser Änderung ist die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 4 gemäß Fig. 1 in eine Bezugsspannungs- Kompensationsschaltung 84 geändert. Die Induktivitätsände­ rungs-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 und 2 ist in ei­ ne Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung 81 geän­ dert. Die Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung 81 hat dasselbe Blockschaltbild wie gemäß Fig. 1 mit der Aus­ nahme, daß die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 4 durch die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 84 ersetzt ist, weshalb dieses Blockschaltbild hier entfällt.

Gemäß Fig. 4 weist die Induktivitätsänderungs-Erfassungs­ vorrichtung 81 eine Induktivitätsänderungs-Wandlerschaltung 2, eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 3, eine Bezugs­ spannungs-Kompensationsschaltung 84, eine CR-Schaltung 5, Hochpaßfilter 6 und 7, einen Differenzverstärker 8, eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 sowie eine Gleichspannungsversorgung (Gleichstromenergieversorgung) 10 auf. Die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 84 ist eine aus Spannungsteilerschaltungen 21, 22 und 23, einem Daten­ verstärker (Meßverstärker) 24, einem Tiefpaßfilter 25 sowie einer Kompensationsschaltung 86 aufgebaut. Die Bezugsspan­ nungs-Kompensationsschaltung 84 bildet eine Bezugsspan­ nungs-Kompensationseinrichtung und die Kompensationsschal­ tung 86 eine Kompensationseinrichtung.

Die Kompensationsschaltung 86 besteht aus Operationsver­ stärkern 61, 62, 63 und 85, einer Diode 82, PNP-Transi­ storen 64 und 65, NPN-Transistoren 68 und 69, Widerständen 70, 72, 73 und 83 sowie einer Gleichspannungsversorgung (Gleichstrom-Energieversorgung) 74. Bei der Kompensations­ schaltung 86 ist der Emitter des PNP-Transistors 64 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 und ebenfalls über einen Widerstand 70 mit der Verbin­ dung zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden. Die Ba­ sisanschlüsse der PNP-Transistoren 64 und 65 sind miteinan­ der und mit dem Kollektor des PNP-Transistors 64 verbunden. Der Kollektor des PNP-Transistors 64 ist mit dem Ausgangs­ anschluß des Operationsverstärkers 61 verbunden. Die eine vorbestimmte Spannung Va erzeugende Gleichspannungsversor­ gung 74 ist zwischen dem nicht invertierenden Eingangsan­ schluß des Operationsverstärkers 61 und der Masse geschal­ tet.

Der Operationsverstärker 85 und die Diode 82 bilden eine Strombegrenzungsschaltung. Das Ausgangssignal des Operati­ onsverstärkers 85 wird über die Diode 82 an dessen inver­ tierenden Eingang gelegt. Der nichtinvertierende Eingangs­ anschluß des Operationsverstärkers 85 ist mit dem invertie­ renden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 ver­ bunden. Die Verbindung zwischen dem invertierenden Ein­ gangsanschluß des Operationsverstärkers 85 und der Anode der Diode 82 ist mit dem Emitter des PNP-Transistors 65 und mit der Verbindung zwischen dem Widerstand 55 und dem Kon­ densator 56 bei dem Tiefpaßfilter 25 verbunden. Der Kollek­ tor des PNP-Transistors 65 ist über den Widerstand 83 geer­ det und ebenfalls mit den nichtinvertierenden Eingangsan­ schlüssen der Operationsverstärker 62 und 63 verbunden.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 ist an die Basis des NPN-Transistors 68 angelegt. Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 62 ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 68 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors 68 ist über den Widerstand 72 geerdet. Der Kollektor des NPN-Transistors 68 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden. Das Aus­ gangssignal des Operationsverstärkers 63 ist an die Basis des NPN-Transistors 69 angelegt. Der invertierende Ein­ gangsanschluß des Operationsverstärkers 63 ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 69 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors 69 ist über den Widerstand 73 geerdet. Der Kollektor des NPN-Transistors 69 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 16 und 17 verbunden.

Bei dem vorstehende Aufbau steigt die durch die Spulen ge­ teilte Spannung VL an, falls die Umgebungstemperatur derart absinkt, daß die Impedanz der Spule L1 kleiner wird. Dann steigt ebenfalls die durch die Spannungsteilerschaltung 22 geteilte Spannung derart an, daß das elektrische Potential an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operations­ verstärkers 41 ansteigt. Dieser nichtinvertierende Ein­ gangsanschluß ist der Eingangsanschluß des Datenverstärkers 24. Deshalb sinkt durch die negative Rückkopplung das elek­ trische Potential an dem Ausgangsanschluß des Operations­ verstärkers 43. Dieser Ausgangsanschluß ist der Ausgangsan­ schluß des Datenverstärkers 24. Dabei ist die Änderung bei der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 43 aufgrund der Temperaturänderung eine Änderung eines Gleichspannungs­ signals, so daß diese nicht durch das Tiefpaßfilter 25 un­ terdrückt wird. Deshalb wird diese in den Emitter des PNP- Transistors 65 bei der Kompensationsschaltung 86 eingege­ ben, so daß die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des PNP-Transistors 65 klein wird.

Wenn die Spannung zwischen dessen Basis und dessen Emitter klein wird, verringert sich der Kollektorstrom Ic5 des PNP- Transistors 65. Deshalb verringert sich der in den Wider­ stand 83 fließende Strom derart, daß das elektrische Poten­ tial an den nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen der Operationsverstärker 62 und 63 absinkt. Weiterhin sinkt das elektrische Potential an den invertierenden Eingangsan­ schlüssen der Operationsverstärker 62 und 63 durch einen imaginären Kurzschluß derart ab, daß dieses dasselbe wie das elektrische Potential an den nichtinvertierenden Ein­ gangsanschlüssen wird. Deshalb sinkt das elektrische Poten­ tial an der Verbindung zwischen dem Emitter des NPN- Transistors 68 und dem Widerstand 72. Folglich verringert sich der durch den Widerstand 72 fließende Strom, bei dem es sich um den Kollektorstrom Ic3 des NPN-Transistors 68 handelt, derart, daß die Teilungsspannung VX ansteigt. Ähn­ lich sinkt das elektrische Potential an der Verbindung zwi­ schen dem Emitter des NPN-Transistors 68 und dem Widerstand 73 um die Absenkung des elektrischen Potentials an dem in­ vertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 63 ab. Folglich verringert sich der durch den Widerstand 73 fließende Strom, bei dem es sich um den Kollektorstrom Ic4 des NPN-Transistors 69 handelt, derart, daß die Bezugsspan­ nung VR ansteigt.

Demgegenüber ist der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 85 mit dem invertierenden Ein­ gangsanschluß des Operationsverstärkers 61 verbunden, wobei die Spannung an dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 durch einen imaginären Kurzschluß auf eine vorbestimmte Spannung Va begrenzt wird. Weiterhin ist durch einen imaginären Kurzschluß der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 85 auf dasselbe elektrische Potential wie an dessen nicht invertierenden Eingangsanschluß begrenzt, so daß die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des PNP-Transistors 65 auf die vorbe­ stimmte Spannung Va begrenzt ist. Folglich kann der Kollek­ torstrom Ic5 des PNP-Transistors 65 durch die vorbestimmte Spannung Va begrenzt werden. Deshalb kann verhindert wer­ den, daß ein übermäßiger Kollektorstrom Ic5 des PNP-Tran­ sistors 65 durch den Widerstand 83 fließt, so daß verhin­ dert werden kann, daß die Kollektorspannung des PNP-Transi­ stors 65 derart zu stark ansteigt, daß eine Sättigung ver­ ursacht wird.

Auf diese Weise kann wie bei der Induktivitätsänderungs- Erfassungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 die Änderungsrate bei der Bezugsspannung VR entsprechend einer Änderung bei der Teilungsspannung VX durch Variieren des Verhältnisses der Widerstandswerte 72 und 73 frei eingestellt werden. Deshalb sind wie bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrich­ tung 1 gemäß Fig. 1 die Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 derart eingestellt, daß die Frequenzcharakteristik der Bezugsspannung VR mit der Frequenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Spannung VL übereinstimmen soll­ te, indem die Verschiebung zwischen dem Gleichspannungs­ signal der Änderung bei der durch die Spulen geteilte Span­ nung VL aufgrund der Temperaturänderung und der Änderung bei der Frequenzcharakteristik der Induktivität bei den Spulen L1 und L2 in Betracht gezogen wird.

Wie vorstehend beschrieben kann bei der Induktivitätsände­ rungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung die Änderungsrate bei der Bezugs­ spannung entsprechend der Änderung bei der durch die Spulen geteilten Spannung VL durch Variieren der Verhältnisse der Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 frei eingestellt werden. Das Frequenzspektrum der Bezugsspannung kann paral­ lel zur Amplitudenrichtung entsprechend einer durch eine Temperaturänderung oder dergleichen verursachten in Ampli­ tudenrichtung parallelen Variation des Frequenzspektrums der durch die Spulen geteilten Spannung VL frei variiert werden. Deshalb kann erreicht werden, daß die Frequenzspek­ tren der durch die Spulen geteilten Spannung VL und der Be­ zugsspannung VR in einem gewünschten Frequenzbereich mit­ einander übereinstimmen. Folglich kann eine Induktivität­ sänderung ohne Fehler aufgrund einer Störung bei der Ener­ gieversorgung, einer Temperaturänderung und dergleichen derart genau erfaßt werden, daß die Genauigkeit der Induk­ tivitätserfassung verbessert werden kann.

Claims (4)

1. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung zur Er­ fassung von Induktivitätsänderungen bei Spulen, mit einem Induktivitätsänderungswandler (2), der Induktivitätsände­ rungen bei den Spulen (L1, L2) in Spannungen umwandelt, um diese auszugeben,
einem Bezugsspannungsgenerator (3), der eine vorbe­ stimmte Bezugsspannung (VR) erzeugt und ausgibt,
einer Frequenzcharakteristik-Hinzufügungseinrichtung (5), die eine Frequenzcharakteristik, die ähnlich der der durch den Induktivitätsänderungswandler umgewandelten Spannung ist, zu der von dem Bezugsspannungsgenerator ausgegebenen Bezugsspannung hinzufügt,
einer Bezugsspannungs-Kompensationseinrichtung (4), die das Frequenzspektrum der Bezugsspannung einschließ­ lich der hinzugefügten Frequenzcharakteristik parallel in Amplitudenrichtung entsprechend einer in Amplitudenrich­ tung parallelen Variation des Frequenzspektrums der durch den Induktivitätswandler umgewandelten Spannung variiert und kompensiert, und
einer Induktivitätsänderungs-Erfassungseinrichtung (6, 7, 8, 9), die die durch den Induktivitätsänderungs­ wandler umgewandelte Spannung mit der durch die Bezugs­ spannungs-Kompensationseinrichtung kompensierten Bezugs­ spannung zur Erfassung von Induktivitätsänderungen bei den Spulen vergleicht.

2. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bezugsspannungs- Kompensationseinrichtung (4) einen Spannungsteiler (21) der die Versorgungsspannung in eine vorbestimmte Spannung teilt, um diese auszugeben, eine Spannungsdifferenz- Erfassungseinrichtung (22, 23, 24, 25), die die Span­ nungsdifferenz zwischen der durch den Induktivitätsände­ rungswandler umgewandelten Spannung (VL) und der durch den Spannungsteiler (VX) geteilten Spannung erfaßt, und eine Kompensationseinrichtung (26; 86) aufweist, die die geteilte Spannung (VX) und die durch den Bezugsspannungs­ generator erzeugte Spannung in Abhängigkeit von der durch die Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung erfassten Spannungs­ differenz zur Kompensation der Bezugsspannung variiert.

3. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spannungsdifferenz- Erfassungseinrichtung (22, 23, 24, 25) einen Meßverstär­ ker (24), der die Differenz zwischen der durch den Induk­ tivitätswandler umgewandelten Spannung und der durch den Spannungsteiler geteilten Spannung verstärkt, sowie ein Tiefpaßfilter (25) aufweist, das mit dem Ausgangsanschluß des Meßverstärkers verbunden ist.

4. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Kompensationseinrichtung die ge­ teilte Spannung in derselben Weise wie die Variation der umgewandelten Spannung variiert und die Bezugsspannung bei einer vorbestimmten Rate variiert.