DE4304061A1 - 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 Ausgangs­ signaländerung erzeugt und der Einfluß äußerer Störgrößen auf die Schaltung eliminiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus einem die Referenzreaktanz enthaltenden Referenzkreis ein Taktsignal zur Ansteuerung eines die Meßreaktanz enthalten­ den Meßkreises ableitbar ist.

Durch die Veränderung des zeitlichen Abstandes der Ansteue­ rung des Meßkreises durch den Referenzkreis wird ein li­ neares und temperaturkompensiertes Ausgangssignal erreicht, wobei das Ausgangssignal nur von der Meßgröße bestimmt wird.

Vorteilhafterweise werden sowohl der Referenzkreis als auch der Meßkreis durch je eine Schwingschaltung gebildet. Dabei enthält der Referenzkreis die Referenzreaktanz und der Meß­ kreis die Meßreaktanz als schwingungsbestimmendes Element.

Die Verwendung der Schwingschaltungen erlaubt eine digitale Signalverarbeitung, was eine erhebliche Verringerung des Schaltungsaufwandes zur Folge hat. Da die Frequenz des Re­ ferenzkreises nur von der Referenzreaktanz und deren Tempe­ raturgang bestimmt wird, bleibt bei annähernd konstanter Frequenz der Grundwelle eine gleichbleibende Dynamik des Ausgangssignals erhalten.

In einer Ausgestaltung besteht die die Referenzreaktanz enthaltende Schwingschaltung aus einem Oszillator und die die Meßreaktanz enthaltende Schwingschaltung aus einem Monoflop, welche über ein Differenzierglied miteinander verbunden sind.

Die Periodendauer des Oszillators ist dabei nur von der Temperaturdrift der Referenzreaktanz abhängig.

Um ein analoges Ausgangssignal zu erhalten, ist der Monoflop über einen Tiefpaß mit dem Schaltungsausgang ver­ bunden.

Aufgrund dieser Anordnung ist das Ausgangssignal linear und temperaturkompensiert.

Vorteilhafterweise steuert der Referenzkreis mehrere Meß­ kreise an, wobei jeweils nur ein Meßkreis in Betrieb ist.

Die Schaltung bietet somit den Vorteil, daß die mit den Meßreaktanzen aufgebauten Meßkreise zeitlich versetzt ge­ startet werden können, so daß die einzelnen Meßreaktanzen sich nicht beeinflussen können, was die Störunempfindlich­ keit der Schaltung erhöht. Durch die Verwendung nur einer Referenzreaktanz wird der schaltungstechnische Aufwand bei Mehrsensorsystemen entscheidend verringert.

Vorzugsweise wird zum zeitlich versetzten Starten zwischen Referenz- und jedem Meßkreis jeweils ein Totzeitglied ge­ schaltet. Die Totzeitglieder können dabei unterschiedliche Dimensionierungen aufweisen.

Die Referenz- und die Meßreaktanz können dabei entweder In­ duktivitäten oder Kapazitäten sein.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung enthaltenen Figuren näher erläutert werden.

Fig. 1 erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit zwei Meßkreisen,

Fig. 2 Zeitdiagramme.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel mit zwei Meßkreisen M₁ und M₂, welche den gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind. Beide Meßkreise M₁, M₂ werden von einem Oszillator 1 angesteuert. Der Oszillator besitzt einen R-L-Spannungstei­ ler, wobei die Induktivität des Spannungsteilers die Refe­ renzinduktivität X_ref darstellt.

Die identisch aufgebauten Meßkreise M_i besitzen jeweils ein Differenzierglied 2 _i, welches mit einem Monoflop 3 _i verbun­ den ist. Der Monoflop 3 _i beinhaltet in seinem R-L-Span­ nungsteiler die Meßinduktivität X_i.

über einen Tiefpaß 4 _i wird das digitale Signal in ein ana­ loges Signal umgewandelt, welches durch einen Verstärker 5 _i gain- und offsetkorrigiert werden kann.

Im zweiten Meßkreis M₂ ist zusätzlich zwischen den Oszilla­ tor 1 und das Differenzierglied 22 ein Monoflop 6 geschal­ tet.

Die Funktion der Schaltungsanordnung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme in Fig. 2 erläutert.

Das zeitbestimmende Glied des R-L-Oszillators 1 ist die Re­ ferenzinduktivität X_ref, welche temperaturabhängig ist. Der Spannungsverlauf U_osz am Ausgang des R-L-Oszillators 1 ent­ spricht einem Rechtecksignal.

Zunächst wird der Meßkreis M₁ betrachtet.

Das Rechtecksignal U_osz wird zur Auswertung der Flanken auf das Differenzierglied 21 geführt.

Durch Beschaltung des Differenziergliedes 21 mit nicht dargestellten Klemmdioden erhält man je nach dem, ob die Klemmdiode mit Masse oder Betriebsspannung verbunden ist, am Ausgang des Differenziergliedes 21 entweder die positive oder die negative Flanke.

Im vorliegenden Fall wird die negative Flanke weiterverar­ beitet.

Dieser Impuls U_trig1 wird nur einmal während der Peri­ odendauer des Oszillators 1 erzeugt und zur Ansteuerung ei­ nes Monoflops 31 genutzt.

Sobald am Triggereingang des Monoflops 31 ein Signal an­ steht, wird an den Eingang des R-L-Spannungsteilers des Monoflops 31 eine Sprungfunktion angelegt.

Diese Sprungfunktion bleibt solange anstehen, bis am Aus­ gang des R-L-Spannungsteilers der obere Schwellwert U_osz überschritten wird. Sobald dieser Wert erreicht ist, wird das Ausgangssignal U_PWM1 des Monoflops 31 zurückgesetzt.

Am Ausgang des Monoflops 31 liegt ein pulsweitenmoduliertes Signal U_PWM1 mit der Periodendauer T_osz des R-L-Oszillators 1 an.

Dieses PWM-Signal kann direkt digital weiterverarbeitet werden.

Führt man dieses PWM-Signal auf einen Tiefpaß 41, so erhält man an dessen Ausgang ein lineares, temperaturkompensiertes Ausgangssignal U_TP1, welches durch einen Verstärker 51 gain- und offsetkorrigiert werden kann.

Im Meßzweig M₂ wird der Triggerimpuls U_trig2 des Differen­ ziergliedes 22 erst nach einer Verzögerungszeit t_v=const des Monoflops 6 am Monoflop 32 wirksam.

Dieser Impuls erzeugt ebenfalls am Eingang des R-L-Span­ nungsteilers des Monoflops 32 eine Sprungfunktion. Am Aus­ gang des Monoflops 32 entsteht das pulsweitenmodulierte Signal U_PWM2, dessen Pulsdauer von der Meßinduktivität X₂ abhängt.

Auch dieses Signal U_PWM2 wird zur analogen Auswertung über einen Tiefpaß 42 und einen Verstärker 52 auf den Schal­ tungsausgang geführt.

Durch die Verwendung des Monoflops 6 als Totzeitglied kann Monoflop 32 des zweiten Meßkreises zeitlich versetzt zum Monoflop 31 des ersten Meßkreises M₁ gestartet werden. Damit ist gewährleistet, daß sich die beiden Meßinduktivitäten X₁ und X₂ nicht beeinflussen.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur Auswertung von Meßreaktanzen, welche aus einer Meß- und einer Referenzreaktanz besteht, wobei Meß- und Referenzreaktanz im wesentlichen gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß aus einem die Referenzreaktanz (X_ref) enthaltenden Referenzkreis (1) ein Taktsignal zur Ansteuerung eines die Meßreaktanz (X_i) enthaltenden Meßkreises (M_i) ableitbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl der Referenzkreis (1) als auch der Meßkreis (M_i) durch je eine Schwingschaltung gebildet sind, wobei der Referenzkreis (1) die Referenzreaktanz (X_ref) und der Meßkreis (M_i) die Meßreaktanz (X_i) als schwingungsbe­ stimmendes Element enthält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Referenzreaktanz (X_ref) enthaltende Schwingschaltung ein Oszillator (1) und die die Meßreaktanz (X_i) enthaltende Schwingschaltung ein Monoflop (3) ist, welche über ein Differenzierglied miteinander verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Monoflop (3) über einen Tiefpaß (4) mit dem Schaltungsausgang verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkreis (1) mehrere Meßkreise (M_i) ansteuert, wobei jeweils nur ein Meßkreis (M_i) in Betrieb ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Referenzkreis (1) und jedem Meßkreis (M_i) jeweils ein Totzeitglied (7) geschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzreaktanz (X_ref) und die Meßreaktanz (X₁) Induktivitäten oder Kapazi­ täten sind.