JP2002523727A - 測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 センサワイヤおよび遮蔽電極から成る、間隔測定および／または空間監視用の容量性センサのための測定回路において、遮蔽電極に正弦波信号が印加される。前記センサワイヤは、シールドケーブルを介して、電流電圧変換器として使用される入力増幅器の１つの入力側に接続され、入力増幅器の給電電圧も正弦波信号の影響下にある。入力増幅器の出力側は、位相依存性の整流装置の一方の入力側に接続され、整流装置の他方の入力側には、正弦波信号が印加され、整流装置の出力側は、アナログ／デジタル変換器に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、センサワイヤおよび遮蔽電極から成り、間隔測定および／または空
間監視用の容量性センサのための測定回路に関する。

【０００２】 容量性センサは最近では、空間監視用や例えば、自動車の近傍領域に存在する
障害物との間隔距離の測定など多岐にわたって使用されている。ＤＥ １９５ ０
１ ６４２ Ａ１から公知の無接触式間隔測定のための方法は、いわゆる駐車時の
バックアップとして使用されており、この方法では、超音波センサおよび容量性
センサが使用されている。しかしながらこの容量性センサの測定回路は、精度に
対する要求が高い時にはしばしば不十分となる。

【０００３】 したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような測定回路において、高感度か
つ高分解能の入力電流測定および容量測定が可能となるように改善を行うことで
ある。

【０００４】 この課題は、本発明に従って、以下のようにして解決される。すなわち、遮蔽
電極に正弦波信号が印加され、センサワイヤが、シールドケーブルを介して、電
流電圧変換器として使用される入力増幅器の１つの入力側に接続され、該入力増
幅器の給電電圧も正弦波信号の影響下にあり、入力増幅器の出力側が、位相依存
性の整流装置の一方の入力側に接続され、該整流装置の他方の入力側には正弦波
信号が印加され、出力側はアナログデジタル変換器に接続されることによって解
決される。

【０００５】 本発明による測定回路は、以下の利点を有する。すなわち、少ないコストで構
成素子の熱に対する不感性が実現し、非常に低い入力容量（＜１０ｆＦ）しか有
さず、１００μｓ未満の測定速度を示す。さらなる利点は、この測定回路が自動
車に適しているということに見られる。というのも、この測定回路は、特にカー
ラジオの長波帯域において障害にならないからである。

【０００６】 本発明による測定回路の有利な実施形態は、以下の構成を有する。入力増幅器
は、容量的に誘導された差動電流のための負帰還結合された差動増幅器であり、
その反転入力側はセンサワイヤに接続され、その非反転入力側は、定電圧源と正
弦波信号源との間に接続された分圧器に接続され、正弦波信号源に接続された分
圧器の抵抗がコンデンサによって橋絡される。

【０００７】 負帰還結合およびこれによって生じる低い入力抵抗のために、入力容量および
結合容量によって感度が損なわれることはほとんどない。さらに、実効入力容量
は、この負帰還結合によって、およそ増幅器の無負荷電圧増幅レベルまで低減さ
れる。これによって、周辺の容量変化を確実に検出することができる。この容量
変化は、回路の入力容量のもとでいくつもの段階をめぐって生じる。

【０００８】 さらに、特に有利には、差動増幅器としてオペアンプを使用し、オペアンプの
給電電圧を、電圧調整器を通して遮蔽電極の電圧と相対的に安定化させるとよい
。こうすることによって、オペアンプの給電電圧上で限定的に抑制された信号が
、入力信号にとり違えられるのを防ぐことができる。これによって、感度をフル
に活用することができる。

【０００９】 障害を回避するために、有利にはセンサの遮蔽電極を、シールドケーブルの遮
蔽部を介して正弦信号源と結合させるとよい。これによって、非常に僅かな歪み
しか生じず、ＥＭＣ要求を満たすことができる。

【００１０】 本発明の特に有利な実施形態では、入力増幅器と位相依存性の整流器装置との
間に減算段が設けられ、減算段の正の入力側は入力増幅器の出力側に接続され、
負の入力側には正弦波信号が印加される。減算段によって、変調された給電電圧
から発生する一定の信号成分が、入力増幅器の出力側で除去される。

【００１１】 本発明の別の有利な実施形態では、減算段の出力側にフィルタが設けられ、後
続段のためのプレフィルタリング、すなわち位相依存性の整流器装置のためのプ
レフィルタリングとして使用される。

【００１２】 本発明の実施例が、複数の図を使用した図面において示され、それに続く記述
によって詳細に説明される。

【００１３】 図１は、本発明による測定回路のブロック回路図であり、 図２は、測定回路の入力増幅器の実施例である。

【００１４】 同じ部分には、図において同じ参照記号が付されている。

【００１５】 図１には、容量性センサ１が示されている。この容量性センサ１は、センサワ
イヤ２および遮蔽電極３から成り、内部導体およびケーブル４の遮蔽部を介して
、本発明による測定回路と接続されている。ケーブル４の内部導体は入力増幅器
５の１つの入力側に直接接続され、別の入力側には、正弦波信号発生源６（直流
電圧オフセットを有する）によって発生された正弦波信号が印加される。この正
弦波信号はさらにケーブル４の遮蔽部に供給される。その他にも入力増幅器５は
、同様に正弦波信号の供給を受けている定電圧源７から相応に変調された給電電
圧を供給されている。これによって、フェムトファラッドの領域の非常に低い入
力容量が可能となる。電流／電圧変換のために用いる入力増幅器５は、（これは
さらに図２に基づいて詳細に説明する）、その出力側において、容量の大きさと
変化に応じて生じた測定信号を送出する。この場合、本発明の構想の基になって
いるのは、正弦波信号を越える信号成分のみであり、これはセンサ１の測定容量
に関係している。

【００１６】 この測定信号はそれから減算段８の一方の入力側に供給され、他方の入力側に
は同様に正弦波信号が印加される。これによって、変調された給電電圧によって
生じる一定の信号成分が、入力増幅器５の出力側で除去される。

【００１７】 減算段８の出力信号は、場合によっては、フィルタ９に供給され、それによっ
て位相依存性の整流器装置１１のプレフィルタリングが施される。また、整流器
装置１１にも正弦波信号が印加される。その際に、正弦波信号は、まずその位相
において測定信号の位相に整合され、それから測定信号とともにさらに処理され
て、位相に依存する整流装置１１の出力側において、相応の直流電圧信号が取り
出せるようにする。

【００１８】 温度に依存する、正弦波信号源６の周波数ドリフトは、常に測定信号に影響し
、それゆえ複雑で高価な回路によってしか低減することができない。しかしなが
ら、ここで使用されている位相依存性の整流装置１１を用いることによって、固
定的な周波数フィルタリングに伴う問題は回避される。というのも、ドリフトす
る正弦波周波数が基準信号として利用されるからである。こうすることで、簡単
でしかも安価な正弦波発振器を使用することができる。位相依存性の整流装置は
、同時に非常に狭帯域のフィルタとして動作するので、卓越した障害信号抑制効
果が得られる。

【００１９】 位相依存性の整流装置から送出された信号は、その後インターフェースを備え
たアナログ／デジタル変換器１２に供給される。アナログ／デジタル変換器の出
力信号は、最終的にインターフェースを介して、マイクロプロセッサを備えた制
御装置または別の評価電子装置へ導入することができる。

【００２０】 図２において示される入力増幅器５は、その２つの入力電極間で容量的に誘導
された差動電流のための差動増幅器として働く。この差動増幅器を実現するため
に、有利には慣用のオペアンプ１６が使用される。オペアンプ１６の反転入力側
１８には、センサワイヤ２が接続され、その一方で非反転入力側１７は、定電圧
源７と正弦波信号源６の出力側との間に配置された分圧器１９，２１に接続され
る。この場合、抵抗２１に対して、コンデンサ２２が並列接続される。遮蔽電極
３は、コンデンサ２３を介して正弦波信号６の出力側と、さらに抵抗２４を介し
てアースと接続されている。

【００２１】 オペアンプ１６はさらに、出力側と反転入力側１７との間に配置された抵抗２
５を用いて負帰還結合される。こうすることによって、周知のように、増幅器の
入力抵抗が低減され、それゆえ感度は入力容量によってほとんど損なわれない。
定電圧源７から供給されるオペアンプ１６用の給電電圧は、−電圧源７への正弦
波信号の供給によって−遮蔽電極３と相対的に安定化される。そうすることで、
測定回路の感度を完全に享受することができる。オペアンプ１６の出力側で取り
出すことのできる信号は、図１に関連して説明したように、減算段８およびフィ
ルタ９を介して、位相依存性の整流装置１１に供給されるか、または直接的に位
相依存性の整流装置１１に供給される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明による測定回路のブロック回路図である。

【図２】 図２は、測定回路の入力増幅器の実施例である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフ−ヘニング レッヒ ドイツ連邦共和国 レオンベルク ライヒ ェンベルガー シュトラーセ ７ (72)発明者 エガ チスカーレ ドイツ連邦共和国 ホッペテンツェル ア イヒハルデンヴェーク ２ Ｆターム(参考） 2F063 AA23 CA08 CB01 CC07 DA01 DA05 DD02 EB23 HA01 HA12 KA01 KA04 LA06 LA11 LA19 LA23 LA30 5J050 AA05 BB22 EE34 EE35 EE40 FF25

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサワイヤ（２）および遮蔽電極（３）から成る、間隔測
   定および／または空間監視用の容量性センサ（１）のための測定回路において、 前記遮蔽電極（３）に正弦波信号が印加され、 前記センサワイヤ（２）は、シールドケーブル（４）を介して、電流電圧変換
   器として使用される入力増幅器（５）の１つの入力側に接続されており、 前記入力増幅器（５）の給電電圧も正弦波信号の影響下におかれ、 前記入力増幅器（５）の出力側は、位相依存性の整流装置（１１）の一方の入
   力側に接続されており、 前記整流装置（１１）の他方の入力側には、正弦波信号が印加され、 前記整流装置（１１）の出力側は、アナログ／デジタル変換器（１２）に接続
   されていることを特徴とする測定回路。
2. 【請求項２】 前記入力増幅器（５）は、容量的に誘導された差動電流のた
   めの負帰還差動増幅器であり、 該差動増幅器の反転入力側（１７）は、前記センサワイヤ（２）に接続され、 前記差動増幅器の非反転入力側（１８）は、定電圧源（７）と正弦波信号源（
   ６）との間に接続された分圧器（１９，２１）に接続されており、 前記正弦波信号源（６）に接続されている分圧器の抵抗（２１）は、コンデン
   サ（２２）によって橋絡されている、請求項１記載の測定回路。
3. 【請求項３】 前記差動増幅器として、オペアンプ（１６）が使用され、 該オペアンプ（１６）の給電電圧は、電圧調節器によって、前記遮蔽電極の電
   圧と相対的に安定化されている、請求項２記載の測定回路。
4. 【請求項４】 前記センサ（１）の遮蔽電極（３）は、前記シールドケーブ
   ル（４）の遮蔽部を介して、正弦波信号源（６）と結合される、請求項２記載の
   測定回路。
5. 【請求項５】 前記入力増幅器（５）と位相依存性の整流装置（１１）との
   間に、減算段（８）が設けられ、 該減算段（８）の正の入力側は、前記入力増幅器（５）の出力側に接続されて
   おり、 前記減算段（８）の負の入力側には、正弦波信号が印加される、請求項１記載
   の測定回路。
6. 【請求項６】 前記減算段（８）の出力側に、フィルタ（９）が設けられて
   いる、請求項５記載の測定回路。