DE4304060A1 - Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswer­ tung von Meßreaktanzen, welche aus einer Meß- und einer Re­ ferenzreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind.

Es sind eine Vielzahl von Anordnungen bekannt, bei welchen mechanische Verschiebungen in eine elektrische Spannung um­ gewandelt werden.

So wird zum Beispiel bei induktiven Gebern auf diese Weise der Drehwinkel einer Welle oder die Position eines linear bewegten Betätigungselementes ermittelt.

Dabei besteht bei analoger Auswertung die Forderung einer­ seits nach Linearität zwischen Reaktanzänderung und Ände­ rung des Ausgangssignals der Auswerteschaltung, anderer­ seits muß die Auswertung ratiometrisch erfolgen, um Stör­ größen zu eliminieren.

Eine bekannte Auswerteschaltung solcher nach dem Differen­ tialprinzip arbeitenden induktiven Geber beinhaltet einen Spannungsteiler aus einer Meßinduktivität und einer Refe­ renzinduktivität. Das Ausgangssignal dieser Anordnung wird mittels einer gesteuerten Spannungsquelle gegenphasig rück­ gekoppelt. Durch diese Anordnung wird zwar der Temperatur­ gang der Induktivitäten kompensiert, nicht aber die Tempe­ raturabhängigkeit der gesteuerten Spannungsquelle, so daß es zu größeren Meßfehlern kommt.

Da beide Induktivitäten vom gleichen Strom durchflossen sind, ist diese Auswerteschaltung außerdem auch nicht mehr­ sensorfähig.

Bei einer anderen Anordnung wird die Temperatur über einen externen Fühler erfaßt. Die Temperaturkompensation erfolgt dabei in einem Mikroprozessor durch Kennlinienfelder. Diese Lösung erfordert ein zusätzliches Temperaturmeßwerk.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrsensor­ fähige Auswerteschaltung anzugeben, bei welcher ein li­ nearer Zusammenhang zwischen Reaktanzänderung und Aus­ gangssignaländerung erzeugt und der Einfluß äußerer Stör­ größen auf die Schaltung eliminiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Taktgeber mit einem einen variablen Schwellwert erzeugenden Referenzkreis verbunden ist, der die Referenzreaktanz ent­ hält. Außerdem führt der Taktgeber auf einen schwellwertab­ hängigen Meßkreis, welcher die Meßreaktanz enthält. Dabei sind Referenz- und Meßkreis miteinander verbunden.

Der Vorteil der Anordnung besteht darin, daß durch die Ver­ änderung des Schwellwertes die Abhängigkeit des Ausgangs­ signales von äußeren Störgrößen, z. B. der Temperatur, kom­ pensiert wird. Die Eindeutigkeit zwischen Meßsignal und Ausgangssignal wird dabei gewährleistet.

Das Ausgangssignal ist sowohl digital als auch analog wei­ terverarbeitbar. Die Verwendung des digitalen Ausgangs­ signals führt zu einer erheblichen Verringerung des Schal­ tungsaufwandes.

In einer Ausgestaltung weist der Referenzkreis eine mono­ stabile Schwingschaltung auf, dessen schwingungsbestimmen­ des Element die Referenzreaktanz ist. Das invertierte Aus­ gangssignal des Referenzkreises führt über einen Tiefpaß auf den Meßkreis. Dieser beinhaltet eine monostabile Schwingschaltung, deren schwingungsbestimmendes Element die Meßreaktanz ist.

Die Verwendung von Schwingschaltungen ermöglicht eine be­ sonders einfache schaltungstechnische Realisierung.

Vorteilhafterweise ist der Taktgeber als frequenzkonstanter Taktgenerator ausgebildet, was eine sehr genaue Abstimmung zwischen Referenz- und Meßkreis zuläßt.

Eine Weiterbildung der Erfindung ermöglicht die Ansteuerung beliebig vieler Meßkreise durch das Schwellwertsignal des Referenzkreises. Dazu ist der Taktgenerator mit einer An­ steuerlogik verbunden, welche wiederum auf den Referenz­ kreis und mehrere Meßkreise führt. Der Referenzkreis ist dabei mit der monostabilen Schwingschaltung jedes Meßkrei­ ses verbunden.

Durch die Beschaltung mit der Ansteuerlogik ist es möglich, die Meßkreise zeitlich versetzt zu starten. Dadurch wird verhindert, daß sich die einzelnen Meßreaktanzen be­ einflussen können, was die Störunempfindlichkeit der Schal­ tung erhöht. Durch die Verwendung nur einer Referenzreak­ tanz wird der schaltungstechnische Aufwand bei Mehrsensor­ systemen entscheidend verringert.

Vorteilhafterweise können die verwendeten Meß- und Refe­ renzreaktanzen Induktivitäten oder Kapazitäten sein.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Eine davon ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Auswerteschaltung mit zwei Meßkreisen,

Fig. 2 Zeitdiagramme.

Gemäß Fig. 1 ist einem Quarzoszillator 1 ein N-stufiger Teiler 7 nachgeschaltet, welcher auf eine 4-bit-Ansteuer­ logik 2 führt. Die Ansteuerlogik 2 steuert zwei Meßkreise M₁und M₂ an.

Der erste Meßkreis M₁ besteht dabei aus einem Differenzier­ glied 31, dessen Ausgang einen Monoflop 41 triggert, wel­ cher in seinem R-L-Spannungsteiler als erste Meßreaktanz X₁ eine Induktivität aufweist. Am Ausgang des Monoflops 41 liegt ein pulsweitenmoduliertes Signal PWM zur Weiterverar­ beitung vor.

Zwecks einer analogen Weiterverarbeitung wird dieses Signal über einen Tiefpaß 51 gleichgerichtet und in einem Verstär­ ker 61 verstärkt und offsetkorrigiert.

Ein zweiter Meßkreis M₂ ist identisch aufgebaut und enthält im R-L-Spannungsteiler des Monoflops 42 als zweite Meßreak­ tanz X₂ ebenfalls eine Induktivität.

Der von der Ansteuerlogik 2 angesteuerte Referenzkreis R weist ein Differenzierglied 3 _R auf, welches ein Trigger­ signal U_TRIGref für den nachgeschalteten Monoflop 4 _R er­ zeugt. Das Schwingverhalten des Monoflops 4 _R wird durch die Referenzreaktanz X_ref bestimmt, welche im vorliegenden Fall eine Induktivität ist. Das pulsweitenmodulierte Ausgangs­ signal U_PWMref wird auf einen Inverter und anschließend auf einen Tiefpaß 5 _R geführt. Das gleichgerichtete Ausgangs­ signal U_TPref wird in einem Verstärker 6 _R verstärkt und offsetkorrigiert und als Schwellwert auf die Eingänge der Monoflops 41 und 42 der Meßkreise M₁ und M₂ geführt.

Die Funktion der Auswerteschaltung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme in Fig. 2 erläutert.

Die vom Quarzoszillator 1 erzeugten Rechteckimpulse führen am Ausgang der Differenzierglieder 3 _R des Referenzkreises R und 31 und 32 der Meßkreise M₁ und M₂ zu einem Sprung­ signal.

Durch Beschaltung der Differenzierglieder 3 _R, 31, 32 mit nicht dargestellten Klemmdioden erhält man je nach dem, ob die Klemmdiode mit Masse oder Betriebsspannung verbunden ist, am Ausgang der Differenzierglieder entweder die posi­ tive oder negative Flanke.

Pro Periodendauer T_osz des Oszillators 1 wird nur die nega­ tive Flanke ausgewertet, d. h. es wird pro Periode des Os­ zillators 1 nur ein Triggersignal erzeugt.

Das Triggersignal U_trigref des Differenziergliedes 3 _R er­ zeugt am Ausgang des Monoflops 4 _R ein pulsweitenmoduliertes Signal U_PWMref, dessen Pulsbreite T_ref von der Induktivität der Referenzreaktanz X_ref und den äußeren Störgrößen z. B. der Temperatur bestimmt wird.

Dies geschieht folgendermaßen. Der Monoflop 4 _R weist intern einen festen Schwellwert auf. Aufgrund der Temperaturabhän­ gigkeit der Induktivität der Referenzreaktanz X_ref ändert sich die Pulsdauer des Ausgangssignals U_PWMref.

Der am Ausgang des Tiefpasses 5 _R vorliegende gleichgerich­ tete Spannungswert U_TPref ändert sich bei Tem­ peraturschwankungen so, daß bei Temperaturerhöhung das Aus­ gangssignal U_TPref sinkt und bei Temperatursenkung des Aus­ gangssignal U_TPref steigt.

Dieses temperaturabhängige Ausgangssignal U_TPref wird nun als Schwellwert auf die Monoflops 31 und 32 der beiden Meß­ kreise M₁ und M₂ geführt.

Die beiden Meßkreise M₁ und M₂ werden durch die digitale Ansteuerlogik 2 zeitlich versetzt angesteuert.

Die Verschiebung des Schwellwertes U_TPref bewirkt innerhalb der Monoflops 31 und 32 eine Veränderung der Pulsdauer.

Das am Ausgang der Monoflops 31 und 32 vorliegende puls­ weitenmodulierte Signal U_PWM1 bzw. U_PWM2 ist somit tempera­ turkompensiert und das Ausgangssignal hängt nur von der je­ weiligen Meßgröße ab.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen, welche aus einer Referenz- und einer Meßreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Taktgeber (1) sowohl mit einem einen variablen Schwellwert erzeugenden Referenzkreis (R) verbunden ist, der die Referenzreaktanz (X_ref) enthält, als auch auf einen schwellwertabhängigen Meßkreis (M_i) führt, welcher die Meß­ reaktanz (X_i) enthält, wobei der Referenzkreis (R) mit dem Meßkreis (M_i) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Referenzkreis (R) eine monostabile Schwingschaltung (4 _R) aufweist, dessen schwingungsbestim­ mendes Element die Referenzreaktanz (X_ref) ist und deren invertierender Ausgang über einen Tiefpaß (5 _R) auf eine mo­ nostabile Schwingschaltung (3 _i) des Meßkreises (M_i) führt, deren schwingungsbestimmendes Element die Meßreaktanz (X_i) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Taktgeber (1) mit einer Ansteuerlogik (2) verbunden ist, die wiederum auf den Referenzkreis (R) und mehrere Meßkreise (M_i) führt, wobei der Referenzkreis (R) mit der monostabilen Schwingschaltung (3 _i) jedes Meßkreises (M_i) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (1) ein frequenzkonstanter Taktgenerator ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßreaktanz (X_i) und die Referenzreaktanz (X_ref) Induktivitäten oder Kapazi­ täten sind.