DE69014658T2

DE69014658T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Signalgewinnung.

Info

Publication number: DE69014658T2
Application number: DE69014658T
Authority: DE
Inventors: Alan James Cook
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1989-01-06
Filing date: 1990-01-04
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2010-01-05
Also published as: DE69014658D1; EP0381309A3; JPH03197817A; EP0381309B1; GB8900304D0; EP0381309A2; US5115128A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalentnahmevorrichtung und ein Signalentnahmeverfahren. Eine solche Vorrichtung kann verwendet werden, um aus einem Treibersignal für einen Wandler ein Meßsignal zu entnehmen.
Ein bekannter Wandlertyp ist der sogenannte Schwingbalken- oder Resonanzbalkenwandler, der durch den Einfall von Licht, das mit der Resonanzfrequenz des Balkens amplitudenmoduliert worden ist, bei seiner Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird.
Um ein nutzbares Meßsignal zu erzeugen, wird zuerst Licht einer bestimmten optischen Wellenlänge durch Treiberelemente mit der Resonanzfrequenz des Balkens amplitudenmoduliert und dann auf den Balken gerichtet. Der Resonanzbalken wird so durch das "Treiber"-Licht zum Schwingen mit seiner Resonanzfrequenz angeregt.
Eine weitere Lichtquelle erzeugt kontinuierliches oder Gleichstrom-Licht mit einer anderen optischen Wellenlänge, wobei dieses "Detektor"-Licht gegen den Balken gerichtet ist, wo es durch die Bewegung des Balkens amplitudenmoduliert wird. Das reflektierte Detektorlicht kann aufgrund der unterschiedlichen optischen Wellenlänge mit einem Filter für optische Wellenlängen aus dem reflektierten Treiberlicht entnommen werden. Das entnommene, amplitudenmodulierte Detektorlicht wird dann auf einen Photodetektor gerichtet, der ein Ausgabesignal erzeugt, das die Resonanzbalkenbewegung darstellt.
Obgleich diese Anordnung sehr gut funktioniert, erfordert sie das Vorhandensein zweier Lichtquellen mit unterschiedlichen optischen Wellenlängen, was die Anordnung etwas teuer macht. Auch wird in der Praxis eine einzelne Lichtleitfaser verwendet, um von beiden Lichtquellen Licht zum Schwingbalken und das reflektierte Licht zum Photodetektor zu übertragen. Dies erfordert das Vorhandensein zweier Lichtleitfasern, wobei eine ein Strahlteiler oder Y-Koppler und die andere ein Wellenlängenfilter ist, was die Anordnung teuer und unhandlich macht. Die Kosten und die Komplexität dieser Anordnung schließen deshalb die Verwendung von Wandleranordnungen dieses Typs in vielen Anwendungen aus, welche ansonsten interessant wären.
Die GB-A-2 121 953 offenbart einen Resonanzwandler mit einer elektrostatisch getrieben Resonanzschaufel. Ein Photodiodenfeld erzeugt in Abhängigkeit von den Impulsen des darauf einfallenden Lichts eine Treiberspannung. Die Schaufel wird kontinuierlich mit einem niedrigen Beleuchtungspegel beleuchtet, so daß seine Bewegung überwacht werden kann. Die Sensorschaltung wird für die Dauer eines jeden Treiberimpulses abgeschaltet.
Die DE-A-3 203 347 offenbart einen Wandler, bei dem ein Resonanzelement so angeordnet ist, daß es die entlang eines optischen Weges übertragene Lichtmenge verändert. Das Resonanzelement wird mit Lichtimpulsen angesteuert, die mit den Schwingungen des Elements in Phase sind. In einer Ausführungsform werden die Impulse in einem Zeitpunkt angelegt, so daß das Resonanzelement den Lichtweg von der Lichtquelle zum Photodetektor sperrt, wodurch im Resonanzfall die Treiberimpulse nicht zum Detektor übertragen werden.
Die EP-A-0 266 974 offenbart einen Resonanzsensor, in welchem das von einem Resonanzelement reflektierte Licht demoduliert und anschließend verstärkt und phasenverschoben wird, bevor es zur Steuerung der Intensität der den Sensor beleuchtenden Lichtquelle verwendet wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Signalentnahmevorrichtung geschaffen, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Treibersignals, das ein mittels eines modulierenden Signals amplitudenmoduliertes Trägersignal enthält, einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln des Treibersignals mit einem Resonanzsensor, dessen Resonanzfrequenz im wesentlichen gleich der Frequenz des modulierenden Signals ist, und einem Demodulator, der auf die Amplitude eines Abschnitts des vom Sensor reflektierten Treibersignals anspricht und das reflektierte Treibersignal demoduliert, gekennzeichnet durch eine Frequenzbestimmungseinrichtung zum Bestimmen von Änderungen der Resonanzfrequenz des Sensors, einen Generator für das modulierende Signal, der einen spannungsgesteuerten Oszillator enthält, dessen Ausgang über einen Halbierungs- Frequenzteiler mit der Erzeugungseinrichtung verbunden ist, und einen phasensensitiven Detektor, wovon ein Ausgang über ein Tiefpaßfilter mit einem Steuerspannungseingang des Oszillators verbunden ist, ein erster Eingang mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist und ein zweiter Eingang so angeschlossen ist, daß er eine Signalkomponente mit der doppelten Sensor-Resonanzfrequenz vom Demodulator empfangt.
Das Trägersignal ist vorzugsweise Licht, wobei der Modulationsindex vorzugsweise weniger als 100% beträgt, so daß das Treibersignal ein ununterbrochenes Lichtsignal ist.
Somit ist es möglich, eine Entnahmevorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, daß das Wandlersignal aus dem Rücklaufsignal entnommen wird, obwohl es die gleiche Frequenz wie das modulierende Signal besitzt. Eine solche Anordnung kann mit einem Resonanzbalken- oder Schwingbalkenwandler als Resonanzsensor verwendet werden, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Lichtquelle enthält, deren Ausgang nie auf Null fällt.
Es ist nur eine einzige Lichtquelle erforderlich, was es erlaubt, die Kosten und die Komplexität der Wandleranordnung auf ein Niveau zu senken, bei dem die Anordnung eine viel breitere Anwendung findet als die bekannten Anordnungen. Die Kopplungseinrichtung ist vorzugsweise eine Lichtleitfaser, während der Demodulator vorzugsweise ein mit der Lichtleitfaser gekoppelter Photodetektor zum Empfangen des vom Resonanzelement reflektierten Lichts ist. Ein einzelner Strahlteiler wie z.B. ein Y-Koppler reicht somit aus und erlaubt, die Kosten und die Komplexität der Wandleranordnung im Vergleich zu bisher bekannten Anordnungen zu verringern.
Die Signalentnahmevorrichtung kann selbstverständlich mit anderen Formen des Trägersignals, wie z.B. anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums oder Ultraschall, verwendet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Signalentnahme geschaffen, umfassend das Leiten eines Treibersignals, das eine Trägerwelle enthält, die mittels eines modulierenden Signals mit einer Frequenz, die im wesentlichen gleich der Frequenz eines Sensors ist, amplitudenmoduliert ist, zu diesem Resonanzsensor sowie die Amplitudendemodulation eines Abschnitts des vom Sensor reflektierten Treibersignals, um Änderungen der Resonanzfrequenz des Sensors zu bestimmen, wobei die Frequenz des modulierenden Signals mit der Resonanzfrequenz des Sensors synchronisiert wird, indem ein lokales Signal erzeugt wird, dessen Frequenz und Phase mit einer Komponente des demodulierten Abschnitts des Treibersignals mit der doppelten Sensorresonanzfrequenz synchronisiert sind, und indem die Frequenz des lokalen Signals halbiert wird, um das modulierende Signal zu erzeugen.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten allgemeinen Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 3 ein genaueres Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 4 einen Typ eines Resonanzbalkenwandlers zeigt, mit dem die Signalentnahmevorrichtung verwendet werden kann; und
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Signalentnahmevorrichtung ist an ein Resonanzelement 1 gekoppelt, das irgendein Element sein kann, das mit einer Resonanzfrequenz schwingt, wenn es mit einem Treibersignal in Form eines Trägersignals versorgt wird, das mittels eines modulierenden Signals, dessen Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Elements 1 ist, amplitudenmoduliert ist. Ein Treibersignalgenerator 2 legt über eine Kopplungseinrichtung 3 ein geeignetes Treibersignal an das Resonanzelement 1 an. Das vom Generator 2 angelegte Treibersignal enthält ein Trägersignal, das mittels eines modulierenden Signals moduliert ist, welches seinerseits ein wiederholtes Signal mit Gleichstromvorspannung enthält, so daß der Modulationsindex weniger als 100% beträgt. Dadurch fällt die Amplitude des modulierten Trägersignals nie auf Null ab.
Ein Rücklaufsignal vom Resonanzelement 1 wird mittels einer Kopplungseinrichtung 4 mit einem ersten Eingang einer subtrahierenden Verstärkerstufe 5 gekoppelt, deren zweiter Eingang über eine Kopplungseinrichtung 6 vom Generator 2 ein Referenzsignal empfängt. Das Rücklaufsignal enthält ein Modulationssignal, das die vom Resonanzelement 1 erzeugten, jedoch durch das Treibersignal verfälschten Informationen trägt.
Das Referenzsignal entspricht dem Treibersignal und die subtrahierende Verstärkerstufe ist so ausgelegt, daß sie dieses vom verfälschten Signal subtrahiert, so daß an einem Ausgang 7 eine saubere Version des Resonanzmodulationssignals zur Verfügung steht.
Es folgen nun eine Analyse und eine Beschreibung der Arbeitsweise für ein Treibersignal in Form eines modulierten Lichtsignals. Das modulierte Lichtsignal hat die Form:
F(t)=A[Y+Sin(wt)],
wobei A die Amplitude der Lichtträgerwelle, w die Frequenz im Bogenmaß und Y ein Faktor ist, der ein Gleichstrom-Vorspannungssignal darstellt, mit dem das Modulationssignal beaufschlagt wird. Obwohl zum Zwecke der Erläuterung ein sinusförmiges Signal gezeigt ist, ist dies nicht notwendig, vielmehr können andere Zeitfunktionen verwendet werden.
Diese Welle wirkt mit dem Resonanzelement zusammen, so daß die Welle F(t) mit einer weiteren Funktion F'(t) moduliert wird. Die Funktion F'(t) hat die Form:
F'(t)=[1-B(1+Sin(wt+z))],
wobei B die Amplitude und z ein Phasenterm ist. Diese Funktion beschreibt die Auswirkung der Schwingungsbewegung einer Resonanzstruktur auf das Lichtsignal F(t). Als Ergebnis des Zusammenwirkens wird eine Welle erzeugt, die das Produkt der beiden Wellenformen F(t) und F'(t) ist, was ergibt
Der letzte Term kann entwickelt werden zu
Durch einfaches Filtern ist es möglich, alle Terme außer denjenigen mit w zu entfernen, somit ergibt sich:
F"(t)=A(1-B)Sin(wt)-ABY Sin(wt+z)
Schließlich ergibt die Subtraktion eines Referenzsignals A(1-b)Sin(wt) gemäß dem zeitveränderlichen Anteil des Modulationssignals das Resonanzelement-Modulationssignal
F"(t)=F'(t)=-ABY Sin(wt+z)
Das Modulationssignal F(t) ist für eine erfolgreiche Rückgewinnung des Resonanzelementsignals mit einer Gleichstromvorspannung beaufschlagt. Die Demodulationstechnik kann folglich so ausgelegt sein, daß sie eine Amplitudenmodulation eines Gleichstromträgers verwendet. Im Falle des modulierten Lichtsignals F(t) ist die Gleichstromvorspannung so ausgelegt, daß das Treibersignal F(t) stets vorhanden ist. Somit kann der Treiber zwischen höheren und niedrigeren Leuchtintensitätszuständen umgeschaltet werden, er wird jedoch nicht wirklich abgeschaltet.
Die in der Fig. 2 gezeigte Signalentnahmevorrichtung ist mittels einer Lichtleitfaser 11 mit einem Resonanzbalken- oder Schwingbalkenwandler 10 verbunden. Ein modulierter Treiber 12 injiziert amplitudenmoduliertes Licht in eine Lichtleitfaser 13, die mit einem ersten Zweig eines Strahlteilers/-kombinators 14 verbunden ist, dessen zweiter Zweig an einen Photodetektor 15 angeschlossen ist. Der Ausgang des Photodetektors 15 ist mit einem ersten Eingang einer subtrahierenden Verstärkerstufe 16 verbunden, deren zweiter Eingang ein Modulationssignal vom Treiber 12 empfängt.
Im Betrieb erzeugt der Treiber 12 Licht, das mit einer Frequenz amplitudenmoduliert ist, die gleich der Resonanzfrequenz des Balkenwandlers 10 ist. Der Treiber stellt sicher, daß der Modulationsindex immer weniger als 100% beträgt. Somit kann das modulierende Signal vor der Modulation des Lichts mit einer Gleichstromvorspannung verschoben oder beaufschlagt werden, so daß sichergestellt ist, das die Lichtabgabe durch den Treiber nie auf Null abfällt. Das Licht vom Treiber 12 wird über die Lichtleitfaser 13, den Teiler/Kombinator 14 und die Lichtleitfaser 11 geleitet und fällt auf den Balkenwandler 10. Der Balkenwandler 10 reflektiert Licht in die Lichtleitfaser 11, wobei dieses über den Teiler/Kombinator 14 dem Photodetektor 15 zugeführt wird, wo das sich verändernde Licht amplitudendemoduliert wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Amplitude des reflektierten Signals darstellt. Das vom Balkenwandler 10 in die Lichtleitfaser 11 reflektierte Licht besitzt eine erste Komponente, die dem reflektierten Treibersignal, d.h. dem modulierten Licht vom Treiber 12 entspricht, sowie eine zweite Komponente, deren Amplitude sich in Abhängigkeit vom Meßsignal des Wandlers 10 ändert, das jedoch eine Frequenz, die gleich der Resonanzfrequenz des Balkenwandlers ist, besitzt. Die subtrahierende Verstärkerstufe 16 ist so ausgelegt, daß sie die Signale an ihren Eingängen soweit verstärkt, daß die Amplitude des durch das modulierende Signal vom Treiber 12 erzeugten Referenzsignals gleich der Komponente des modulierenden Signals ist, die das Meßsignal vom Balkenwandler verfälscht. Somit entfernt die von der Stufe 16 durchgeführte Subtraktion das verfälschende Modulationssignal, so daß der Ausgang 17 der Stufe 16 ein Signal zur Verfügung stellt, das die mittels des Schwingbalkenwandlers 10 gemessenen Parameter widerspiegelt. Deshalb entnimmt die Signalentnahmevorrichtung aus einer Kombination eines gewünschten Signals und eines Verfälschungssignals der gleichen Frequenz ein gewünschtes Signal.
Die in Fig. 3 gezeigte Signalentnahmevorrichtung ist der in Fig. 2 gezeigten ähnlich, wobei einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie gezeigt enthält der Treiber einen spannungsgesteuerten Oszillator 12a, der eine Lichtquelle 12b, die mit Gleichstrom vorgespannt ist, so daß sie immer eingeschaltet bleibt, mit einem modulierenden Signal beaufschlagt. Auch die Stufe 16 ist genauer gezeigt und umfaßt Eingangsstufen 16a und 16b, die eine Impedanz-Pufferfunktion mit relativ hohen Eingangsimpedanzen schaffen. Der Ausgang des Puffers 16a ist mit dem Eingang einer Verstärkerstufe 16c verbunden, deren Ausgang mit einer Signalumkehrstufe 16d verbunden ist. Der Ausgang des Pufferverstärkers 16b ist mit den in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen 16e und 16f verbunden. Die Ausgänge der Stufen 16d und 16f sind mit den Eingängen eines Summierverstärkers 16g verbunden.
Der Hauptunterschied zwischen der Vorrichtung der Fig. 3 und der Vorrichtung der Fig. 2 besteht darin, daß das Referenzsignal nicht direkt, z.B. vom spannungsgesteuerten Oszillator 12a, angelegt wird, sondern statt dessen vom Ausgang der Lichtquelle 12b abgeleitet wird. Ein Strahlteiler 18 teilt das Ausgangssignal der Lichtquelle zwischen der Lichtleitfaser 13 und einer Lichtleitfaser 19 auf, die an einen weiteren Photodetektor angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Pufferverstärkers 16b verbunden ist. Ansonsten ist die Arbeitsweise der in der Fig. 3 gezeigten Vorrichtung dieselbe wie die in der Fig. 2 gezeigte.
Die Vorrichtung der Fig. 3 erfordert im Vergleich mit der Vorrichtung der Fig. 2 das Vorhandensein eines zusätzlichen Strahlteilers 18 sowie eines zusätzlichen Photodetektors 20 und ist deshalb viel komplexer und teuerer. Ein Vorteil der in der Fig. 3 gezeigten Anordnung ist jedoch, daß das Referenzsignal dieselben Prozeßschritte durchläuft wie das Rücklaufsignal vom Wandler 10, d.h. es wird vom Ausgang der Lichtquelle 12b abgeleitet und im Photodetektor der Photodetektion unterworfen. Deshalb kompensiert diese Anordnung irgendwelche Nichtlinearitäten der Lichtquelle 12b und, vorausgesetzt die Photodetektoren 15 und 20 sind im wesentlichen identisch, irgendwelche Nichtlinearitäten in der Wirkung des Photodetektors 15. Das verfälschende Signal kann somit vollständiger aus dem kombinierten Signal entfernt oder unterdrückt werden, um ein reineres Resonanzsensor-Modulationssignal zu liefern.
Obwohl die Vorrichtung der Fig. 3 unter gewissen Umständen ein reineres Ausgangssignal erzeugen kann, hat die Vorrichtung der Fig. 2 den Vorteil, einfacher und billiger herstellbar und deshalb für einen breiteren Anwendungsbereich einsetzbar zu sein. Zum Beispiel kann die Vorrichtung der Fig. 2 billig genug für eine Verwendung in Kraftfahrzeug-Anwendungen gemacht werden.
Innerhalb des Umfangs der Erfindung können verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden. Zum Beispiel können geeignete Vorrichtungen zum Kompensieren von Zeitverzögerungen in den an der Subtrahierstufe anliegenden Signalen vorgesehen werden. Auch können z.B. durch Bandpaßfilterung irgendwelche Anomalien in der Signalform entfernt werden.
Die Fig. 4 zeigt anhand eines Beispiels einen Resonanzsensor genauer, der mit einer Vorrichtung verbunden ist, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt und Steuerelektronik 30, eine Treiberlichtquelle 31, einen Photodetektor 32 sowie eine zwischen einem Sensor 34 und einem Y-Koppler 35 angeschlossene Lichtleitfaser 33 umfaßt. Der Resonanzsensor umfaßt eine Brückenstruktur oder einen Balken 36, an seinen Enden aufgehängt ist und der mit einem lichtabsorbierenden Material beschichtet ist, um auf einer oberen Fläche der Brücke 35 die Umwandlung von Lichtenergie in Wärme zu verbessern. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen den oberen und unteren Flächen der Brücke verursacht eine Biegebewegung, die die Brücke zu einer Verformung nach oben veranlaßt. Durch Amplitudenmodulation des Treiberlichtes mit der Resonanzfrequenz der Struktur schwingt der Balken 36 mechanisch mit seiner Resonanzfrequenz. Durch Belastung der Struktur, wird die Resonanzfrequenz verändert und ein Maß für die angelegte Belastung erzeugt.
Die in der Fig. 4 gezeigte Struktur ist relativ klein. Die Brücke 36 kann z.B. in der Größenordnung von 200 um Länge, 10 um Breite und 2 um Dicke sein. Die Brücke 36 paßt somit zu Einmoden- und Mehrmodenfasern wie der Faser 33.
Die in der Fig. 5 gezeigte Signalentnahmevorrichtung ist mit einem Resonanzsensor, z.B. des in der Fig. 4 gezeigten Typs 34, verbunden und umfaßt eine Lichtleitfaser und einen Y-Koppler 33, 35, eine Lichtquelle 31 wie z.B. eine Laserdiode sowie einen Photodetektor 32, wie in der Fig. 4 gezeigt ist. Die Steuerelektronik umfaßt eine Phasenregelschleife, die einen phasensensitiven Detektor 40, einen Tiefpaßfilter 41 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 42 enthält. Der Oszillator 42 ist so ausgelegt, daß er mit einer Frequenz 2w schwingt, d.h. mit der doppelten Resonanzfrequenz des Sensors 34. Der Ausgang des Oszillators 34 ist mit einem ersten Eingang des phasensensitiven Detektors 40 und mit einem Eingang eines D-Flip-Flops 43 verbunden, das die Oszillatorfrequenz durch 2 teilt. Der Ausgang des Flip-Flops 43 steuert die Lichtquelle 31 an, so daß diese Treiberlicht erzeugt, dessen Amplitude sich mit einer Frequenz verändert, die gleich der Resonanzfrequenz des Sensors 34 ist.
Das vom Sensor 34 reflektierte Licht wird vom Photodetektor 32 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgesetzt und enthält gemäß den obenerwähnten Gleichungen Komponenten mit den Frequenzen w und 2w. Das Ausgangssignal des Photodetektors 32 wird vom einem Verstärker 44 verstärkt und einem Bandpaßfilter 45 zugeführt, der so ausgelegt ist, daß er die Signalkomponente mit der Frequenz 2w durchläßt und Komponenten anderer Frequenzen zurückweist. Der Ausgang des Filter 45 ist an einen Eingang eines Verstärkers 46 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Phasengang-Kompensationsfilter 47 verbunden ist. Das Filter 47 kompensiert alle unerwünschten Phasenfehler, die z.B. durch die Elektronik der Vorrichtung hinzugefügt werden. Der Ausgang des Filters 47 ist mit einem zweiten Eingang des phasensensitiven Detektors 40 verbunden.
Im Betrieb versetzt das Treiberlicht von der Lichtquelle 31 den Resonanzsensor in Resonanzschwingungen. Das vom Sensor reflektierte Licht mit derselben Wellenlänge wird vom Photodetektor 32 in ein elektrisches Signal umgesetzt, wobei vom Filter 45 die Komponente mit der Frequenz 2w ausgesiebt wird. Nach der folgenden Verstärkung und Filterung durch das Phasengang-Kompensationsfilter 47 wird diese Komponente mit dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 42 phasenverglichen. Die Phasenregelschleife synchronisiert die Phase und die Frequenz des Oszillators 42 schnell mit der Phase und der Frequenz der reflektierten Komponente der modulierenden Frequenz 2w.
Wenn der Sensor 34 z.B. durch Temperatur- oder Druckschwankungen belastet wird, ändert sich seine Resonanzfrequenz. Jedoch folgt die Schwingfrequenz des Oszillators 42 aufgrund der Wirkung der Phasenregelschleife solchen Resonanzfrequenzschwankungen. Deshalb stellt die Frequenz des Oszillators 42 ein Maß für die am Sensor 34 anliegende Belastung dar, wobei der Ausgang des Oszillators 42 als ein Ausgang der Vorrichtung verwendet wird und mit einer Frequenzbestimmungseinrichtung 50 wie z.B. einem Frequenzzähler, einem Frequenzanalysegerät oder einem Frequenz/Spannungs-Umsetzer verbunden ist.
Beim Sensor mit den oben mit Bezug auf Fig. 4 erwähnten Abmessungen liegt die natürliche oder unbelastete Resonanzfrequenz der Brücke in der Größenordnung von 500 kHz, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator 42 auf eine Freilauffrequenz von ungefähr einem Megahertz ausgelegt ist.
Die Verwendung der Frequenzkomponente 2w zum Erfassen von Schwankungen des reflektierten Lichtsignals hat im Vergleich zur obenbeschriebenen Subtrahiertechnik den Vorteil, daß die Entnahme des Signals mit der Frequenz 2w einfacher ist. Wenn z.B. die Amplitude des Treiberlichtsignals viel größer als die Amplitude des Abschnitts des reflektierten Lichtsignals ist, das die Informationen über die vom Sensor gemessene Größe trägt, kann es schwierig sein, die Signale derart zu subtrahieren, daß eine gewünschte Auslösung erreicht wird. Durch Überwachung der reflektierten Komponente mit einer Amplituden- Änderungsfrequenz, die gleich der doppelten Modulationsfrequenz des Treibersignals ist, kann die gewünschte Auflösung erreicht werden.
Es sind verschiedene weitere Modifizierungen möglich. Zum Beispiel kann die Phasenregelschleifenanordnung der Fig. 5 durch die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Treiberanordnung ersetzt und ein Spektrum-Analysegerät zur Abtastung des Ausgangs des Photodetektors verwendet werden. Es ist keine externe Filterung erforderlich und die Vorrichtung arbeitet im Modus einer offenen Schleife.

Claims

1. Signalentnahmevorrichtung, mit einer Einrichtung (31) zum Erzeugen eines Treibersignals, das ein mittels eines modulierenden Signals amplitudenmoduliertes Trägersignal enthält, einer Kopplungseinrichtung (33, 35) zum Koppeln des Treibersignals mit einem Resonanzsensor (34), dessen Resonanzfrequenz im wesentlichen gleich der Frequenz des modulierenden Signal ist, und einem Demodulator (32), der auf die Amplitude eines Abschnitts des vom Sensor (1, 10, 34) reflektierten Treibersignals anspricht und das reflektierte Treibersignal demoduliert, gekennzeichnet durch eine Frequenzbestimmungseinrichtung (50) zum Bestimmen von Änderungen der Resonanzfrequenz des Sensors (34), einen Generator für das modulierende Signal, der einen spannungsgesteuerten Oszillator (42) enthält, dessen Ausgang über einen Halbierungs-Frequenzteiler (43) mit der Erzeugungseinrichtung (31) verbunden ist, und einen phasensensitiven Detektor (40), wovon ein Ausgang über ein Tiefpaßfilter mit einem Steuerspannungseingang des Oszillators (42) verbunden ist, ein erster Eingang mit dem Ausgang des Oszillators (42) verbunden ist und ein zweiter Eingang so angeschlossen ist, daß er eine Signalkomponente mit der doppelten Sensor-Resonanzfrequenz vom Demodulator (32) empfängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungseinrichtung eine modulierte Lichtquelle (12, 31) enthält und der Demodulator einen Photodetektor (15, 32) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung einen Lichtleiter (11, 13, 14, 33, 35) enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungseinrichtung (2, 12, 31) so beschaffen ist, daß sie das Trägersignal mit einem Modulationsindex, der kleiner als Eins ist, amplitudenmoduliert.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Bandpaßfilter (45), das die Signalkomponente mit der doppelten Sensor-Resonanzfrequenz durchläßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein phasenabhängiges Kompensationsfilter (47), das mit dem zweiten Eingang des phasensensitiven Detektors (40) verbunden ist.

7. Verfahren zur Signalentnahme, umfassend das Leiten eines Treibersignals, das eine Trägerwelle enthält, die mittels eines modulierenden Signals mit einer Frequenz, die im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz eines Sensors ist, amplitudenmoduliert ist, zu diesem Resonanzsensor sowie die Amplitudendemodulation eines Abschnitts des vom Sensor reflektierten Treibersignals, um Änderungen der Resonanzfrequenz des Sensors zu bestimmen, wobei die Frequenz des modulierenden Signals mit der Resonanzfrequenz des Sensors synchronisiert wird, indem ein lokales Signal erzeugt wird, dessen Frequenz und dessen Phase mit einer Komponente des demodulierten Abschnitts des Treibersignals mit der doppelten Sensorresonanzfrequenz synchronisiert ist, und indem die Frequenz des lokalen Signals halbiert wird, um das modulierende Signal zu erzeugen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersignal Licht ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsindex kleiner als Eins ist.