DE2640057A1 - Geraet zum messen kleiner aenderungen - Google Patents

Geraet zum messen kleiner aenderungen

Info

Publication number
DE2640057A1
DE2640057A1 DE19762640057 DE2640057A DE2640057A1 DE 2640057 A1 DE2640057 A1 DE 2640057A1 DE 19762640057 DE19762640057 DE 19762640057 DE 2640057 A DE2640057 A DE 2640057A DE 2640057 A1 DE2640057 A1 DE 2640057A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
oscillator
stage
converter
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19762640057
Other languages
English (en)
Other versions
DE2640057C3 (de
DE2640057B2 (de
Inventor
Hiroomi Ogasawara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ogasawara Hiroomi Ashigara Kanagawa Jp
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE2640057A1 publication Critical patent/DE2640057A1/de
Publication of DE2640057B2 publication Critical patent/DE2640057B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2640057C3 publication Critical patent/DE2640057C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S73/00—Measuring and testing
    • Y10S73/01—Vibration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S73/00—Measuring and testing
    • Y10S73/04—Piezoelectric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

Herren Hiroomi OGASAWARA, 3821-4, Yamakita, Yamakitamachi, Ashigarakami-Gun, Kanagawa-Ken, Japan
und Masaomi OGASAWARA, 3833, Yamakita, Yamakitamachi, Ashigarakami-Gun, Kanagawa-Ken, Japan
Gerät zum Messen kleiner Änderungen
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen kleiner Änderungen, das in Abhängigkeit kleiner pyhsikalischer Änderungen elektrische Signale erzeugt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Messung einer kleinen mechanischen Änderung, die beispielsweise durch die Rotation einer sich drehenden Anordnung, die Schwingung einer schwingenden Anordnung oder die Bewegung bzw. die Deformation einer Druckspeicheranordnung aufgrund ihrer Druckänderung hervorgerufen werden. Die Erfindung ist auch geeignet, kleine Lichtänderungen, Wärmeänderungen, Druckänderungen, Konzentrationsänderungen, Dichteänderungen usw. zu messen.
Es ist bekannt, einen Kondensator dazu zu verwenden, eine physikalische Änderung, wie z.B. eine mechanische oder Abmessungsanderung, in eine elektrische Änderung umzuwandeln. Ein Kondensator besteht prinzipiell aus zwei Leiterplatten, Die elektrostatische Kapazität zwischen diesen beiden Leiterplatten kann dadurch geändert werden,
Bankhaus Merck. Ffnck & Co., München. Nr. 2S464 I Bankhaus H. Aufhauser, München. Nr. 261300 Postscheck: München 2O9O4-8OO Telegrammadresse: Patentsenior
-2-
709812/0747
daß eine der beiden Leiterplatten mechanisch verschoben wird. Wenn also ein Signalgenerator, dessen Ausgangssignal entsprechend einer Änderung einer elektrostatischen Kapazität geändert wird, mit einem Kondensator kombiniert wird, der eine elektrostatische Kapazität entsprechend der mechanischen Verschiebung ändert, so ist es möglich, eine eine kleine Änderung messende Vorrichtung zu schaffen, die ein elektrisches Signal entsprechend der Größe der mechanischen Verschiebung liefert.
Meßvorrichtungen für kleine Änderungen dieser Art sind bereits vorgeschlagen worden. Es kann aber nicht gesagt werden, daß sie zumindest bezüglich ihrer Leistung ausreichend sind.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer eine kleine Änderung messenden Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad, die ein elektrisches Signal entsprechend einer physikalischen Änderung eines zu messenden Gegenstandes liefert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung einer kleinen Änderung weist nur einen sehr kleinen Meßfehler auf. Dabei enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung einen eine physikalische Änderung eines zu messenden Gegenstandes feststellenden Fühler einfacher Konstruktion auf. Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Gerät die Erzeugung von Störgrößen vermieden. Es besitzt im übrigen eine sehr große Empfindlichkeit und eine sehr gute Linearität. Gegebenenfalls kann eine Signalmeßstufe mit einer Signalverarbeitungsstufe auf drahtlosem Wege verbunden sein. Es ist auch möglich, für die übertragung von Signalen zwischen den Schaltelementen Drahtleiter oder ein drahtloses System zu verwenden. Schließlich ist es auch mög-
709812/0747 -3-
lieh, die Meßresultate auf einem Meßgerät sichtbar zu machen oder durch einem Computer zu verarbeiten.
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen kleiner Änderungen und ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Ein Fühler, der seine elektrische Konstante entsprechend einer physikalischen Änderung des zu messenden Objektes ändert; ein Paar Oszillatorstufen, von denen wenigstens eine ihre Schwingungsfrequenz der elektrischen Konstanten des Fühlers ändert; eine Mischstufe zur Erzeugung eines Schwebungsfrequenzsignals durch Mischung der Ausgangsfrequenzen der Oszillatorstufen; ein Konverter für die Umwandlung des Schwebungsfrequenz-Ausgangssignals der Mischstufe in ein Signal gewünschter Art.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen nähefc erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1: ein Blockdiagramm, welches die grundsätzliche Anordnung eines erfindungsgemäßen Gerätes zum Messen kleiner Änderungen zeigt,
Fig.2(a): ein Schaltbild, teilweise als Blockschaltbild, welches
die wesentlichen Teile des Gerätes nach Fig. 1 zeigt, Fig.2(b): ein Äquivalentschaltbild eines Quarz-Oszillators nach Fig. 2(a), und
Fig.3(a) Blockschaltbilder, welche verschiedene Beispiele des bis 3(d):
erfindungsgemäßen Gerätes zeigen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Es enthält Fühler 1 und 2, von denen jeder seine elektrische Kon-
7 0$812/07 4
stante, wie z.B. seine Kapazität, seine Induktivität oder seinen Widerstand, in Abhängigkeit einer physikalischen Änderung eines zu messenden Gegenstandes ändert. 3 und 4 sind Oszillatorstufen, die jeweils mit den Fühlern 1 und 2 verbunden sind. Jeder Oszillator ändert seine Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit von einer Änderung der elektrischen Konstante des zugehörigen Fühlers. Der Fühler 1 oder 2 kann ein Ausgangssignal erzeugen, das eine Änderung einer elektrischen Größe ist, wie z.B. eine Spannung oder ein Strom. In diesem Falle sollten die Oszillatoren 3 und 4 durch solche ersetzt werden, die in Abhängigkeit von Änderungen einer elektrischen Grösse der entsprechenden Fühler arbeiten.
Einer der beiden Fühler 1 und 2 kann fortfallen (der Fühler 2 in Fig. 1). In diesem Falle hält einer der beiden Oszillatoren 3 und 4 (Oszillator 4 in Fig. 1) seine Ausgangsfrequenz konstant.
Die Oszillatoren 3 und 4 sind bezüglich ihres Frequenzganges, ih-
usw.
rer Driftcharakteristik '/gleich. Wenn infolgedessen zwei einander in ihrer charakteristischen Änderung gleiche Impulse den Oszillatoren 3 und 4 jeweils zugeführt werden, werden die Ausgangsfrequenzen dieser Oszillatoren mit gleicher Geschwindigkeit oder durch die gleiche Frequenz geändert. Die Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren
werden
3 und 4/einer Mischstufe 5 zugeführt, in welcher diese Frequenzen gemischt werden, um ein Schwebungsfrequenzsignal zu erzeugen. Dieses Schwebungsfrequenzsignal wird in eine Spannung oder in einen Impuls umgewandelt, und zwar durch einen Konverter 6, wodurch analoge oder digitale Meßdaten f erhalten werden.
709812/0747 ' _5_
Die Übertragung der Signale zwischen den verschiedenen Stufen des Gerätes wird mit Hilfe von Drahtleitungen bewirkt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, oder es erfolgt die Übertragung auf drahtlosem Wege, wie es später beschrieben wird.
Wenn angenommen wird, daß die Oszillatorstufen 3 und 4 Frequenzen F1- und F„_ aufweisen, kann die Zwischenfrequenz oder Schwebungsfrequenz (f) durch die folgende Gleichung (1) dargestellt werden·.
f =F10 -F20 (1)
Wenn der Fühler 2 nicht betätigt wird, so daß die Schwingungsfrequenz F„_ unverändert gehalten wird, das heißt wenn nur der Fühler 1 betätigt wird, um eine physikalische Änderung der zu untersuchenden Substanz zu messen, wird die Schwingungsfrequenz F1-. der Oszillatorstufe 3 auf eine Schwingungsfrequenz F11 geändert, die durch die folgende Gleichung (2) dargestellt werden kann:
F10 - F11 =F10
Hier bedeutet (f die Frequenzänderungsgeschwindigkeit aufgrund der Messung der physikalischen Änderung und infolgedessen ist ^"F1n
der Wert der Frequenzänderung der Schwingungs frequenz F1f).
Wenn angenommen wird, daß die Frequenzen F„„ und F11 eine Zwischenfrequenz f1 hervorrufen, so ist:
r r1 11 20
= (F10 - F20} +
= f + <?F10 (3)
709812/0747 _6_
Es wird auf diese Weise der Wert der Frequenzänderung ^F._ in Be zug auf die Differenz der Frequenzen der beiden Oszillatorstufen erhalten.
Wenn die Kreiskonstanten und dergleichen jeder Oszillatorstufe sich ändert, wird ihre Schwingungsfrequenz S geändert, oder sie verschiebt sich mit einer Frequenzänderungsgeschwindigkeit€ (im folgenden als Fehlerfrequenzänderungsgeschwindigkeit fc bezeichnet) in eine Schwingungsfrequenz F1. Da die beiden Oszillatorstufen in ihrer Arbeitscharakteristik gleich sind, sind die Fehlerfrequenzänderungsgeschwindigkeiten €. im wesentlichen gleich, und es kann die Frequenz F1 durch die folgende Gleichung (4) dargestellt werden: F -> F1 = F (1 +6 ) (4)
Wenn die Frequenz F1n in die Frquenz F11 mit der Frequenzänderungsgeschwindigkeit δ geändert wird aufgrund der physikalischen Änderung des zu messenden Gegenstandes, wie es vorher beschrieben wurde, so ist:
F10■-» F11 = Fl0 {1 +<f) ····■···· ··· <5)
Wenn in dem Falle, in dem die Frequenz F11 mit der Fehlerfrequenzänderungsgeschwindigkeit ε geändert wird, die resultierende Frequenz mit F11, bezeichnet wird, dann ergibt sich aus den Gleichungen (4) und (5): -
= F10 (1 + rf (1 .+
= F 10 + F1öe+F10(1
709812707 4 7 -7-
AO
In dieser Gleichung ist der Gesamtwert der Frequenzänderungen durch die zweiten und dritten Glieder dargestellt,und der Wert der Frequenzänderung aufgrund der Verschiebung (im folgenden als Wert der Fehlerfrequenzänderung bezeichnet) ist durch das dritte Glied F10(I + cn e .
Wenn in dem Falle, in dem die Schwingungsfrequenz einer der beiden Oszillatorstufen (Oszillatorstufe 4 in Fig. 1) eine Frequenzänderung mit der Fehlerfrequenzänderungsgeschwindigkeit £ erhält (anstelle einer Frequenzänderung mit der Frequenzänderungsgeschwindigkeit<f), wird das Äusgangsergebnis mit f' bezeichnet, und es ist dann:
F20 -^F20- = F20 (1 +fc)
Wenn, dieses in Gleichung (1) eingesetzt wird, dann ergibt sich:
■F1 = F — F
r * 11' 20
(1 +e)
.\f = f + F10<f+ (F10^-HcTK (7)
In dieser Gleichung (7) stellen die zweiten und dritten Glieder den Gesamtwert der Frequenzänderungen dar, während das dritte Glied den Wert der Fehlerfrequenzänderung darstellt.
Nun wird der Fall, in welchem der Wert der Frequenzänderung aufgrund der physikalischen Änderung mit einem einzigen Oszillator gemessen wird, mit dem Fall verglichen, in welchem sie mit zwei Oszillatoren gemessen wird, wobei der Wert der Fehlerfrequenzände rung in Betracht gezogen wird.
Das 'Ausgangsergebnis in dem vorher beschriebenen Fall kann darge-
70981270747
26Λ0057
stellt werden durch Gleichung (6): F11, = F1Q (1 +€) (1 +S): während das Ausgangsergebnis im letzteren Fall durch die Gleichung (?) dargestellt werden kann: f1 = (f + F10 f) (1+6).
Wenn die Wirkung der Fehlerfrequenzänderungsgeschwindigkeit auf das Ausgangsergebnis, das in beiden Fällen gleich ist, eliminiert wird und nur das Verhältnis der Ausgangsfrequenzen in jedem Fall betrachtet wird, so ist im vorigen Falle
F111ZF10 = 1 +<? (8)
und im letzteren Falle
■ . f/f = 1-Üo- .-tf
Wie sich aus dem Vergleich dieser Gleichungen (8) und (9) ergibt, ist das Verhältnis der Ausgangsfrequenzen im letzteren Falle F1Q/f mal so groß wie dasjenige im vorigen Fall. Es kann also mit einem Paar Oszillatorstufen die physikalische Änderung des zu messenden Gegenstandes deutlicher und genauer gemessen werden. Somit ist im vorigen Falle die Konstruktion des Gerätes verhältnismäßig einfach, während im letzteren Falle bei Verwendung eines Paares von Oszillatoren zur Erzeugung von Schwebungsfrequenzen der Wirkungsgrad des Gerätes verbessert werden kann.
Ein Beispiel der Anordnung von wesentlichen Teilen in dem in Fig. gezeigten Gerät, ist in Fig. 2 (a) dargestellt. In diesem Beispiel besitzen die Oszillatorstufen 3 und 4 Quarzoszillatoren X1 und X_ zur Erzeugung von AusgangsSignalen, die jeweils im Frequenzgang stabil sind.
Das Ersatzschaltbild jedes Quarzoszillators, wie es in Fig. 2(b) gezeigt ist, enthält eine Reihenschaltung eines Widerstandes R,'
709812/0747
einer Induktivität L und einer Kapazität C, und es ist eine Kapazität C- der Reihenschaltung parallelgeschaltet. Die Schwingungsfrequenz des Quarzoszillators kann dadurch geändert werden, daß
eine Kapazität in Reihe oder parallel zu den Klemmen P1 und P„
des Ersatzschaltbildes geschaltet wird.
Die in Fig. 2(a) gezeigte Schaltung enthält ferner Kapazitäten,
die aus Leiterplatten 11, 12 und 13 bestehen. Diese Kapazitäten
werden verwendet, um die Schwingungsfrequenzen der Quarzoszillatoren X1 und X„ zu ändern. In dem Falle jedoch, in welchem es gefordert wird, physikalische Größen, wie Licht, Wärme, Druck, Konzentration und Dichte anstelle von mechanischen Abmessungsänderungen zu messen, kann es mdbhmal schwierig sein, diese Größen unmittelbar als Kapazitätsänderung zu messen. Diese Schwierigkeiten
können überwunden werden durch Umwandlung der physikalischen Grossen in Kapazitätsänderungen.
Die Leiterplatten 11 und 12 sind mechanisch festgelegt, während
die Leiterplatte 13 beweglich gelagert ist, so daß sie durch die
Bewegung eines zu messenden Gegenstandes bewegt werden kann. Wenn beispielsweise die bewegliche Leiterplatte 13 nach abwärts bewegt wird (wie in Fig. 2(a) gezeigt), und zwar in Abhängigkeit von der Bewegung des Gegenstands, so wird der Abstand zwischen der beweglichen Leiterplatte 13 und der oberen festen Leiterplatte 11 vergrößert, während der Abstand zwischen der beweglichen Leiterplatte 13 und der unteren feststehenden Leiterplatte verringert wird. Als Ergebnis wird die Kapazität parallel zum Quarzoszillator X1 verringert, wodurch die Schwingungsfceguenz dieses Oszillators erhöht wird, während die Kapazität parallel zum Quarzoszillator X„ vergrößert und damit die Schwingungsfrequenz dieses Oszillators ver-
7 09 812/0747 original inspected
ringert wird. Entsprechend nehmen die Äusgangsfrequenzen der Oszillatoren. 3 raid 4 zn bzw. ab, wodurch die Äusgangsfrequenz der Mischstufe (Fig. 1} ansteigt- Wenn umgekehrt die bewegliche Leiterplatte 13 nach aufwärts bewegt wird, nimmt die Frequenz der Mischstufe 5 ab.
Die Bewegung der beweglichen Leiterplatte 13 kann entweder durch Biegen oder Verschwenken der Platte 13 selbst erreicht werden, oder sie kann begleitet sein von einer Schwingung oder einer Rotation, oder sie kann auch durch Schwingung oder Rotation bewirkt werden. Wenn die feststehende Leiterplatte 11 bzw. 12 und die bewegliche Leiterplatte 13 miteinander ausgetauscht werden oder wenn eine der feststehenden Leiterplatten 11 und 12 entfernt wird, so kann die Äusgangsfrequenz einer der Oszillatorstufen 3 und 4 fest sein oder unverändert gehalten werden.
Die Figuren 3fä> bis 3(d> zeigen drahtlose Obertragungssysteme für die übertragung der Äusgangsfrequenzsignale der Oszillatorstufen 3 und 4. Es wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Vorrichtungen für die HochfrequenzverStärkung, die Modulation, die Demodulation usw., die üblicherweise in einem drahtlosen Übertragungssystem verwendet werden, in den Fig. 3(a) bis 3(d) der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Wenn infolgedessen in den Fig. 3 (a) , 3Cb> und 3 Cd) die Antennen unmittelbar miteinander verbunden werden, können die drahlosen übertragungssysteme in Drahtübertragungssysteme umgewandelt werden. Der gestrichelte Pfeil neben jedem Oszillator 4 soll bedeuten, daß die Frequenz eines der Oszillatoren 3 und 4 (Oszillator 4 in den Fig. 3(a> bis 3(d)} veränderbar oder fest ist. .■■.-.":■■
70S8i2/Ö747
In der Schaltung der Fig. 3{a) wird das Äusgangssignal der Oszillatorstufe 3 der Mischstufe durch die Antennen auf drahtlosem Wege übertragen, und es wird dann mit dem Ausgangssignal der Oszillatorstufe 4 in der Mischstufe 5 gemischt. Das resultierende Äusgangssignal der Mischstufe 5 wird dem Konverter 6 zugeführt, um ein. Meßergebnis f zu erhalten.
In der Schaltung nach Fig. 3(b) werden die Äusgangssignale der Oszillatorstufen 3 und 4 in der Mischstufe 5 gemischt, und es wird das Äusgangssignal der Mischstufe 5 zu dem Konverter 6 auf drahtlosem Wege übertragen, um ein Meßergebnis f zu erhalten.
In der Schaltung nach Fig. 3Cc) werden die Äusgangssignale der Oszillatorstufen 3 und 4 im Raum gemischt, wenn sie übertragen werden, und sie werden dem Konverter 6 zugeführt, um ein Meßergebnis f zu erhalten.
In der Schaltung nach Fig. 3Cd) werden die Ausgangssignale der Oszillatorstufen 3 und 4 getrennt auf drahtlosem Wege zur Mischstufe 5 übertragen, und es wird das resultierende Ausgangssignal der Mischstufe 5 dem Konverter 6 zugeführt, um ein Meßergebnis f zu erzeugen.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird bei der vorliegenden Erfindung die Scbwingungsfrequenz wenigstens eines von zwei •Oszillatorstufen geändert, und es werden die Ausgangssignale von zwei Oszillatorstufen gemischt, um ein Schwebungsfreguenzsignal zu erzeugen. Somit wird die Meßgenauigkeit vergrößert durch Verwendung der Hochfreqiienzoszillatoren, und es wird das leicht zu behandelnde Niederfrequenzsignal erhalten als Äusgangssignal. Durch
708812/0747
geeignete Auswahl der Arbeitscharakteristiken der beiden Oszillaitongstufen ist es möglich, die Wirkung der Frequenzverschiebung im .V3s€esentlichen auszuschalten und ein Gerät zum Messen kleiner Ändertnmgen zu erhalten, das eine ausgezeichnete Linearität aufweist. T/Wenn erforderlich, ist es möglich, einen Arbeitskreis wegzulassen .und dadurch das Gerät in ein Gerät zum Messen kleiner Änderungen oimzuwandeln, das nicht lineare Ausgangscharakteristiken besitzt.
^Außerdem kann der Meßfehler beträchtlich verringert werden durch cliie Verwendung der Oszillatoren, deren Charakteristiken einander güeich sind.
■.Durch Festlegung der Schwingungsfrequenz eines der Oszillatoren Iteann die Konstruktion des Fühlers für die Messung der physikalischen Änderung eines zu messenden Objektes vereinfacht werden.
.'Wenn eine Kapazität als Fühler verwendet wird, der seine elektrische Konstante in Abhängigkeit von der physikalischen Änderung eimes zu messenden Objektes ändert, ist es unnötig, diesen Fühler ^elektrisch zu erregen, und es ist möglich, einen Raum zwischen dem ,"Gegenstand und dem Fühler vorzusehen, das heißt die Substanz und ader Fühler können in berührungslosem Zustand gehalten werden, wodurch die Erzeugung von Fehlergrößen verhindert■werden kann.
Wenn die Kapazität aus wenigstens einem Paar feststehender Platten und wenigstens einer beweglichen Platte besteht, und zwar in solcher Weise, daß eine feststehende Platte und die bewegliche Platte mit einem Oszillator verbunden sind, während die andere feststehende Platte und die bewegliche Platte mit dem anderen Oszillator verbunden sind, besitzt das Gerät zur Messung einer klei-
7 0-9812/07 4 7
nen Änderung eine viel größere Empfindlichkeit und eine bessere Linearität als ein solches Gerät, in welchem eine Kapazität und ein Oszillator kombiniert sind.
In dem Fall, in dem die Ausgangssignale der Oszillatoren drahtlos übertragen werden, können der das Signal messende Abschnitt und der das Signal behandelnde Abschnitt drahtlos miteinander gekoppelt werden.
Die Verwendung einer Modulation in der drahtlosen Übertragung ist erfolgreich zur Verhinderung von Signalindifferenzen. Wenn die Ausgangsfrequenzen der beiden Oszillatoren hoch gewählt werden, so daß diese Frequenzen im Raum oder zwischen den Sende- und Empfangsantennen gemischt werden, kann eines der Schaltungselemente, nämlich die Mischstufe, fortgelassen werden. In diesem Falle wird der Raum als Stufe zur Mischung der Ausgangsfrequenz verwendet.
Wenn das Gerät zum Messen einer kleinen Änderung so ausgebildet ist, daß es mit einem Drahtübertragungssystem arbeitet, kann die Ausbildung des Gerätes einfacher sein als in dem Falle, in welchem eine drahtlose Übertragung verwendet wird.
Wenn der Ausgang des Gerätes in Analogdaten umgewandelt wird, kann er mit einem üblichen Meßgerät wiedergegeben werden. Wenn der Ausgang einer Digital-Umwandlung unterbrochen wird, kann er leicht mit Hilfe eines Digitalcomputers verarbeitet werden, der umfassender angewendet wird als ein Analog-Computer. In Bezug auf diese Digital-Umwandlung benötigt das bekannte Gerät zum Messen einer kleinen Änderung einen teuren Analog-Digital-Konverter, um ein Digitalsignal zu erhalten, da es ein Analog-Ausgangssignal liefert.
709812/07 4 7
Demgegenüber benötigt das erfindungsgemäße Gerät keinen Analog-Digital-Konverter.
709812/07 47

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE
1. Gerät zum Messen kleiner Änderungen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) ein Fühler (1,2), der seine elektrische Konstante entsprechend einer physikalischen Änderung des zu messenden Objektes ändert,
b) ein Paar Oszillatorstufen (3,4), von denen wenigstens eine ihre Schwingungsfrequenz entsprechend der elektrischen Konstante des Fühlers (1,2) ändert,
c) eine Mischstufe (5) zur Erzeugung eines Schwebungsfrequenzsignals durch Mischung der Ausgangsfrequenz der Oszillatorstufen (3,4),
d) ein Konverter (6) für die Umwandlung des Schwebungsfrequenz-Ausgangssignals der Mischstufe (5) in ein Signal gewünschter Art.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorstufen (3,4) bezüglich der Arbeitscharakteristik gleich sind.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oszillatorstufe (3 oder 4) eine feste Ausgangsfrequenz erzeugt · '
4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler ein Kondensator mit einer feststehenden (11,12) und einer entsprechend der physikalischen Änderung des Gegenstandes beweglichen Leiterplatte (13) ist.
70 9812/0747
5. Gerät nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler ein Kondensator mit zwei oder mehr feststehenden Leiterplatten und zwei oder mehr beweglichen Leiterplatten ist.
6. Gerät?nach. einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorstufe (3,4), die Mischstufe (5) und der Konverter (6) durch Signalübertragungswege miteinander verbunden sind, von denen wenigstens einer ein drahtloser Sxgnalubertragungsweg ist.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem drahtlosen Signalübertragungsweg Modulations- und Demodulationsstufen enthalten sind.
8. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorstufe (3,4), die Mischstufe (5) und der Konverter (6) durch Drahtübertragungswege miteinander verbunden sind.
9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstufe (5) eine mit dem Ausgang der Oszillatorstufe (3,4) und eine mit dem Eingang des Konverters (6) verbundene Antennenstufe enthält, um die Ausgangsfrequenz der Oszillatorstufen (3,4) im Raum zu mischen.
10. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter eine Frequenz-Analogümwandlung ausführt.
11.' Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,. dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter eine Frequenz-Digital-
70 $812/0747
Umwandlung ausführt.
7 09812/0747
DE2640057A 1975-09-10 1976-09-06 Gerät zum Messen kleiner mechanischer Verschiebungen Expired DE2640057C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP50108848A JPS5233558A (en) 1975-09-10 1975-09-10 Detector for minute variations

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2640057A1 true DE2640057A1 (de) 1977-03-24
DE2640057B2 DE2640057B2 (de) 1978-09-14
DE2640057C3 DE2640057C3 (de) 1979-05-31

Family

ID=14495107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2640057A Expired DE2640057C3 (de) 1975-09-10 1976-09-06 Gerät zum Messen kleiner mechanischer Verschiebungen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4227182A (de)
JP (1) JPS5233558A (de)
CH (1) CH612753A5 (de)
DE (1) DE2640057C3 (de)
GB (1) GB1556707A (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2434366A1 (fr) * 1978-08-25 1980-03-21 Coyne & Bellier Dispositif pour la mesure precise de deplacements ou de deformations
FR2435719A1 (fr) * 1978-09-11 1980-04-04 Ogasawara Hiromi Dispositif de detection d'un angle de rotation
DE2942372A1 (de) * 1978-10-20 1980-04-30 Ogasawara Hiromi Verschiebungsdetektor fuer lineare verschiebungen
DE4008199A1 (de) * 1990-03-15 1991-09-19 Bosch Gmbh Robert Induktiver stellungsgeber
WO2012149958A1 (de) * 2011-05-03 2012-11-08 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum bestimmen einer änderung eines werts einer kapazität eines kapazitiven bauelements sowie vorrichtung
WO2014166792A1 (de) * 2013-04-11 2014-10-16 Robert Bosch Gmbh Sensoreinrichtung, lenkwinkelsensoreinrichtung, verfahren zum bestimmen der lage eines metallobjekts

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2451026A1 (fr) * 1979-03-09 1980-10-03 Thomson Csf Capteur de pression a ondes elastiques de surface
US4301401A (en) * 1979-09-18 1981-11-17 Phillips Petroleum Co. Dielectric constant detector
US4327323A (en) * 1979-12-03 1982-04-27 Phillips Petroleum Company Comparator apparatus and process
JPS5759101A (en) * 1980-09-26 1982-04-09 Hiromi Ogasawara Noncontacting infinitesimal displacement gauge
DE3117236A1 (de) * 1981-04-30 1982-11-18 Agfa-Gevaert Ag, 5090 Leverkusen Verfahren zur abtastung von gegenstaenden
USRE32457E (en) * 1981-09-30 1987-07-07 Rca Corporation Scanning capacitance microscope
US4646009A (en) * 1982-05-18 1987-02-24 Ade Corporation Contacts for conductivity-type sensors
US4765377A (en) * 1983-06-06 1988-08-23 Sidney Soloway Filling and weighing system
US4734609A (en) * 1986-07-25 1988-03-29 Calogic Corporation Gas density transducer
GB8823391D0 (en) * 1988-10-05 1988-11-09 Geotechnical Instr Uk Ltd Measuring liquid level
US5336959A (en) * 1988-12-16 1994-08-09 The Whitaker Corporation Impact zone detection device
DE9107467U1 (de) * 1991-06-18 1992-10-22 Mesacon Gesellschaft für Meßtechnik mbH, 4600 Dortmund Anordnung zur Härtemessung
US5461319A (en) * 1992-12-28 1995-10-24 Peters; Randall D. Symmetric differential capacitance transducer employing cross coupled conductive plates to form equipotential pairs
US5808435A (en) * 1996-05-28 1998-09-15 Kmy Instruments Micropositioning device for disk head testing system
US5895629A (en) * 1997-11-25 1999-04-20 Science & Technology Corp Ring oscillator based chemical sensor
US7212075B2 (en) * 2003-07-18 2007-05-01 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole clock having temperature compensation
US6948388B1 (en) * 2003-12-18 2005-09-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Wireless remote sensor
US20070089513A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-26 Rosenau Steven A Resonator based transmitters for capacitive sensors
US7444878B1 (en) 2006-10-30 2008-11-04 Northrop Grumman Systems Corporation Resonant frequency pressure sensor
CN101627296B (zh) * 2007-03-06 2013-06-12 日本电波工业株式会社 感测装置
US9140763B2 (en) * 2011-09-19 2015-09-22 Utah State University Wireless power transfer test system
US9246501B2 (en) 2014-04-29 2016-01-26 Honeywell International Inc. Converter for analog inputs

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2446428A (en) * 1944-11-03 1948-08-03 Rca Corp Apparatus for producing indications of movement of an element
US2556556A (en) * 1948-05-25 1951-06-12 Airborne Instr Lab Inc Telemetering system
US2929020A (en) * 1955-04-19 1960-03-15 Sun Oil Co Apparatus for impedance measurements
US2998573A (en) * 1957-01-28 1961-08-29 Rca Corp Signal generator having an output linearly related to an input function
BE567800A (de) * 1957-10-21
CH387752A (de) * 1960-07-21 1965-02-15 Ibm Verfahren und Einrichtung zur Regelung einer durch elektrische Schwingungen veränderliche Frequenz dargestellten Grösse eines Vorganges
US3274828A (en) * 1963-08-27 1966-09-27 Charles F Pulvari Force sensor
US3403354A (en) * 1965-04-26 1968-09-24 Rca Corp Linear frequency modulation system including an oscillating transistor, an internal capacity of which is varied in accordance with a modulating signal
US3559057A (en) * 1967-11-08 1971-01-26 Varian Associates Gradiometer readout circuit employing phase locked multiplier circuit loops
FR2058678A5 (fr) * 1969-09-22 1971-05-28 Commissariat Energie Atomique Procede de mesure de la difference de deux frequences voisines et frequencemetre differentiel comportant application dudit procede
US3679938A (en) * 1970-09-29 1972-07-25 Westinghouse Electric Corp Electrical disconnector
JPS5412824B2 (de) * 1972-04-20 1979-05-25
NL7317622A (de) * 1972-12-29 1974-07-02
BE799211A (fr) * 1973-05-07 1973-11-07 Ampex Sa Appareil indicateur de position du bras de tension d'une boucle de bande magnetique.
US3860918A (en) * 1973-06-25 1975-01-14 Becton Dickinson Co Capacitive position transducer
US3990005A (en) * 1974-09-03 1976-11-02 Ade Corporation Capacitive thickness gauging for ungrounded elements
US3895912A (en) * 1974-11-06 1975-07-22 Nasa Carbon monoxide monitor
US4092579A (en) * 1976-12-15 1978-05-30 Contraves Goerz Corporation Brushless printed circuit resolver

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2434366A1 (fr) * 1978-08-25 1980-03-21 Coyne & Bellier Dispositif pour la mesure precise de deplacements ou de deformations
FR2435719A1 (fr) * 1978-09-11 1980-04-04 Ogasawara Hiromi Dispositif de detection d'un angle de rotation
DE2942372A1 (de) * 1978-10-20 1980-04-30 Ogasawara Hiromi Verschiebungsdetektor fuer lineare verschiebungen
FR2439380A1 (fr) * 1978-10-20 1980-05-16 Ogasawara Hiromi Detecteur de deplacement a mouvement rectiligne
DE4008199A1 (de) * 1990-03-15 1991-09-19 Bosch Gmbh Robert Induktiver stellungsgeber
WO2012149958A1 (de) * 2011-05-03 2012-11-08 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum bestimmen einer änderung eines werts einer kapazität eines kapazitiven bauelements sowie vorrichtung
WO2014166792A1 (de) * 2013-04-11 2014-10-16 Robert Bosch Gmbh Sensoreinrichtung, lenkwinkelsensoreinrichtung, verfahren zum bestimmen der lage eines metallobjekts
US9625280B2 (en) 2013-04-11 2017-04-18 Robert Bosch Gmbh Sensor device, steering angle sensor device, and method for determining the position of a metal object

Also Published As

Publication number Publication date
US4227182A (en) 1980-10-07
DE2640057C3 (de) 1979-05-31
DE2640057B2 (de) 1978-09-14
CH612753A5 (de) 1979-08-15
GB1556707A (en) 1979-11-28
JPS5233558A (en) 1977-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2640057A1 (de) Geraet zum messen kleiner aenderungen
DE2617114C2 (de) Signalpegelregelschaltung
DE69813443T2 (de) Impulsgeneratorschaltung für Zeitbereichsreflektometer
EP0274767B1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Stellung des Abgriffes eines Widerstandsferngebers
DE69731313T2 (de) Vorrichtung und verfahren zur tastaturkodierung
DE2727201A1 (de) Beruehrungssteuertastenschaltung
DE2508850C2 (de) Spannungsverstärker
DE3337041C1 (de) Schaltungsvorrichtung zur Logarithmierung und Digitalisierung analoger Signale
DE1801282C3 (de) Schaltungsanordnung zur Ermittelung der Phasenlage, der Spannungsamplitude oder der Stromamplitude an beliebigen Stellen wiederholt auftretender elektrischer Meßsignale in bezug auf ein vorgegebenes Vergleichssignal
DE1960755A1 (de) Frequenzdetektor
DE1952293A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Messung von zeitabhaengigen Ortskoordinaten
DE2755038A1 (de) Analogkomparator
DE69710132T2 (de) Emulationsvorrichtung zur Vermeidung eines fehlerhaften Betriebs wegen Störungen
DE3689556T2 (de) Gerät und Verfahren zur Umwandlung einer Spannung in einen digitalen Zählwert.
DE60212715T2 (de) Stromversorgungsunterdrückungsschaltung für kapazitiv gespeicherte referenzspannungen
DE2419022B2 (de) Verfahren zur aufbereitung von analogen elektrischen messignalen bei praezisions- und feinwaagen
DE1952750A1 (de) Fernmessanlage
DE3919191A1 (de) Auswerteschaltung
DE60108023T2 (de) Halbleiteranordnung mit eingebauter Schaltung zum Detektieren einer kleinen Ladung
DE3875754T2 (de) Differenzverstaerkerschaltung.
DE19905077C2 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Frequenzsignals in eine Gleichspannung
DE2547746A1 (de) Vorrichtung mit einer messwertgeber-einheit zur erzeugung einer folge von spannungswerten und einer mittelwertbildungs-einheit
DE2936309C2 (de)
DE2301090A1 (de) Direkt ablesbares phasenmessgeraet
DE2555121C3 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Messung oder Überwachung der frequenzabhängigen Gruppenlaufzeit eines Vierpols

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
EI Miscellaneous see part 3
XX Miscellaneous:

Free format text: ES ERFOLGT EIN ERGAENZUNGSDRUCK DER FALSCHGEDRUCKTEN FIG.3

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: OGASAWARA, HIROOMI, ASHIGARA, KANAGAWA, JP

8328 Change in the person/name/address of the agent

Free format text: BEHN, K., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8134 POECKING