JPS63134965A - 電気的振動回路の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気的振動回路の共振Ｑ値、周波数の測定方
法に関する。

〔従来の技術〕

多くの用途で電気的振動回路の共振Ｑ値や周波数が測定
され決定される。測定の分野では、たとえば共振Ｑ値は
通常、たいていの場合に振動回路の共振Ｑ値を主として
定める振動回路インダクタンスの共振Ｑ値は、ブリフジ
回路内で実数部および虚数部を一定周波数において測定
することにより決定される。この方法は、たいていの場
合にブリッジ内の測定周波数が、インダクタンスが応用
される振動回路の共振周波数と等しくないという理由か
ら不利である。

共ｔｌｉＱ値が変化し、その変化が評価される用途の一
例は電磁誘導式近接スイッチである。このような電磁誘
導式近接スイッチの一例はたとえばドイツ連邦共和国特
許第２３５６４９０号明細書から公知である。この近接
スイッチは基本的に１つの発振器と、その後に接続され
ており発振器の発振振幅を評価する１つのスイッチング
増幅器とから成っている。このような電磁誘導式近接ス
イッチの動作原理は、発振器の発振周波数を決定する振
動回路がそのインダクタンスと強磁性物体との距離の変
化により制動を強められまたは弱められることに基づい
ている。強磁性物体の近接により制動が強められる場合
には、発振器の発振振幅は小さい値を有しまたはもはや
存在せず、他方において強磁性物体の離隔により制動が
弱められる場合には、発振器の発振振幅は予め定められ
た大きい値を有する。

このように構成された近接スイッチは一方では、発振器
が有限の実際上無視し得ない振動開始時間を有する点で
欠点を有する。従って、電磁誘導式近接スイッチの最初
のスイッチオンの際には、作動可能状態になるまでにを
限の無視し得ない時間がかかる。振動回路の制動を強め
る際に発振器の発振が振動回路インダクタンスを介して
完全に途切れる場合には、これらの問題は定常的作動の
際にも生ずる。なぜならば、振動回路の制動が弱められ
た後に発振器は同じく再びその定常的振動状態への到達
までに有限の振動開始時間を必要とし、このことから電
磁誘導式近接スイッチの定常的作動中に制動を強められ
た状態から制動を弱められた状態への切換の際にむだ時
間が生ずるからである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前記の用途に対して前記の欠点なしに
振動回路の共振Ｑ値および（または）周波数を測定する
方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載の方法により達成される。

本発明の実ｊ４態様は特許請求の範囲第２項以下にあげ
られている。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

本発明による方法を以下に先ず第１図の原理回路図およ
び第２図の信号波形図により説明する。

第１図によれば、１つのキャパシタンスＣおよび１つの
インダクタンスＬを有する直列共振回路により形成され
る振動回路に源ｌがステップ状入力変化を与える。節点
ａｌおよびａ２で第１図の源１は第２図Ａの信号波形図
による少なくとも１つのステップ状入力変化を振動回路
に与える。このステップ状人力変化により、キャパシタ
ンスＣおよびインダクタンスしにより形成された直列共
振回路の第１′ＦＩ！Ｊの原理回路中の節点ｂ１および
ｂ２に第２図Ｂに示されているような減衰振動が生ずる
。これらの節点に生ずる減衰振動は、図示されていない
公知の評価回路により評価され得る。

本発明によれば、振動回路に与えられる第２図Ａのステ
ップ状入力変化の立ち上がりおよび立ち下がり時間は振
動回路の共振周波数に相応する周期にくらべて短くなけ
ればならない。このことは、振動回路に与えられるステ
ップ状入力変化のエネルギーがその振幅のみに関係し、
その立ち上がりおよび立ち下がりの急峻度には関係しな
いようにするために目的にかなっている。

第１図中に示されているように直列共振回路の形態の振
動回路の場合には、ステップ状入力を供給する源変化は
、振動回路の直列共振損失抵抗よりも内部抵抗が小さく
ステップ状電圧を供給する電圧源である。この電圧源の
内部抵抗の値は、振動回路が第２図Ｂの減衰振動の間に
その固有の損失抵抗のみにより制動され、電圧源の内部
抵抗によっては制動されないように選定される。

減衰振動が直列共振回路のインダクタンスから取り出さ
れることは目的にかなっている。なぜならば、そこに共
振過上昇が生じ、従ってまた容易に評価可能な十分に高
い振幅の電圧が得られるからである。

並列共振回路の形態の振動回路の場合には、ステップ状
入力変化は、本発明の別の実施態様により、振動回路の
並列共振損失抵抗よりも内部抵抗が大きい電流源からの
電流のステップ状入力変化である。この電流源の内部抵
抗の値は、振動回路（ここでは並列共振回路）が第２図
Ｂの減衰振動の間にその固有の損失抵抗のみにより制動
され、電流源の内部抵抗によっては制動されないように
選定される。

原理的には、本発明による方法は単に１つのステップ状
人力変化およびその結果としての１つの減衰振動により
実施可能である。このことは基本的にたとえば第２図Ａ
図の単一のステップ状入力変化の際の第２図Ｂの単一の
減衰振動を後で説明する仕方で評価することにより１つ
の振動回路の共振Ｑ値を測定する場合に当てはまる。

しかし、振動回路にステップ状入力変化が周期的に与え
られることは特に有利である。その際にステップ状入力
変化は、撮動が十分に減衰し終わるような大きい時間間
隔で相次いで与えられるべきである。それによって、振
動回路内のエネルギーが、それを発生する最後のステッ
プ状入力変化によってのみ決定され、それ以前のステッ
プ状入力変化によっては決定されないことが保証されて
いる。十分に高い測定速度を実現し得るように、振動回
路が減衰振動の評価の後に制動を強められることは特に
有利である。すなわち、それによって、評価の後に振動
回路内に場合によっては存在するエネルギーが迅速かつ
確実に崩壊することが保証される。

振動回路の制動を強めるためには、たとえば、ステップ
状入力変化の源の内部抵抗が減衰振動の評価の後に特定
の値に切換えられる。

ステップ状電圧変化を与える電圧源およびステップ状電
流変化を与える電流源の内部抵抗の切換を行う実施例は
第３図または第４図に示されている。

第３図には、切換可能な内部抵抗を有する電圧源であっ
て、有利な仕方でモノリシックに、特にＣＭＯＳテクノ
ロジーにより集積されている電圧源の実施例が示されて
いる。

図示されている電圧源はそれぞれ２つの直列に接続され
ている相補性のトランジスタＴｌ０１Ｔ１１またはＴ１
２、Ｔ１３を含んでいる。それぞれ上側のトランジスタ
がｐチャネルトランジスタであり、また下側のトランジ
スタがｎチャネルトランジスタであることを示すため、
相応のシンポルがそれぞれトランジスタに付されている
０両相補性回路の出力端は、切換により電圧源の内部抵
抗を変化させる１つの抵抗Ｒにより互いに接続されてい
る。電圧源は、１つのキャパシタンスＣ１Ｏおよび１つ
のインダクタンスＬＩＯから成る直列共振回路の形態の
振動回路にステップ状入力変化を与える。矢印により評
価回路への信号伝達が示されている。

電圧源が１つのステップ状入力変化の発生中は小さい内
部抵抗で、またステップ状入力変化により生じた減衰振
動の評価後はそれよりも大きい内部抵抗で作動し得るよ
うに、トランジスタＴＩＯ〜Ｔ１３は下記の仕方で駆動
される。１つのステップ状入力変化の間に先ずトランジ
スタＴＩＯおよびＴＩ２が導通状態に切換えられ、従っ
てトランジスタＴ１２は小さい値の内部抵抗を確立する
。

なぜならば、十記号を付されている作動電圧源が導通し
ている枝路をトランジスタＴ１２を介して直列回路に接
続されるからである。いまこのステップ状入力変化によ
り生ずる減衰振動が評価されていると、トランジスタＴ
１０のみが導通状態に制御され、従っていまや再び十記
号を付されている作動電圧源から１つの枝路がこのトラ
ンジスタおよび抵抗Ｒを介して直列回路に接続され、従
っていまや電圧源の大きいほうの内部抵抗が抵抗Ｒによ
り決定されている。

ステップ状入力変化の極性を反転するためには、１つの
ステップ状入力変化の発生およびそれにより生ずる減衰
振動の評価の間はトランジスタＴ１１およびＴ１３が導
通状態に制御され得る。他方において減衰振動の評価後
に内部抵抗を高めるためには単にトランジスタＴｌｌが
導通状態に制御される。

上記のようにトランジスタを駆動するための論理回路は
公知の仕方で構成され得る。その際にその回路技術的な
構成はトランジスタの上記の駆動順序から明らかになる
。

第４図には、１つのキャパシタンスＣ２０および１つの
インダクタンスＬ２０から成る並列共振回路にステップ
状入力変化を与えるための電流源の内部抵抗を切換える
ための回路構成が示されている。好ましくはバイポーラ
集積技術で構成されたこの回路構成は、第３図による実
施例と類似して、直列に接続された２つの相補性トラン
ジスタ対Ｔ２０、Ｔ２１またはＴ２２、Ｔ２３を含んで
いる。上側の相補性トランジスタ対Ｔ２０、Ｔ２１では
エミッタが＋または一符号を付されているそれぞれ１つ
の作動電圧源に接続されており、他方において下側の相
補性トランジスタ対Ｔ２２、Ｔ２３ではエミッタがそれ
ぞれ１つのエミッタ抵抗Ｒ２２またはＲ２３を介して正
または負の作動電圧源に接続されている。さらにトラン
ジスタＴ２２のベースは１つのツェナーダイオードＺ２
２を介して正の電圧源に、またトランジスタＴ２３のベ
ースは１つのツェナーダイオードＺ２３を介して負の電
圧源に接続されている。抵抗Ｒは第３図による実施例に
相応して、電流源の内部抵抗を切換え得る要素である。

電流源からステップ状入力変化を与えられる並列共振回
路は１つのキャパシタンスＣ２０および１つのインダク
タンスし２０により形成されている。

電流源のこの実施例では、それぞれ１つの極性のステッ
プ状入力変化がトランジスタＴ２２またはトランジスタ
Ｔ２３の駆動により発生され、他方においてそのつどの
極性の間にトランジスタＴ２０またはトランジスタＴ２
１が導通状態にされることによって抵抗Ｒがスイッチオ
ンされ、従ってまた内部抵抗が切換えられる。トランジ
スタを駆動するための相応に構成された公知の論理は同
じくトランジスタの駆動順序により直接に与えられてい
る。

第３図および第４図によるステップ状入力変化の源め実
施例により既に述べたように、交互の極性を有するステ
ップ状入力変化が振動回路に与えられ、その際に生ずる
減衰振動が評価され得る。

減衰振動の評価はたとえば、減衰振動中の予め定められ
た振幅を超過する周期の数を決定かつ評価することによ
り行われ得る。このような予め定められた振幅は第２図
Ｂ中に破線のスイッチングしきいＳにより示されている
。予め定められた振幅を超過する周期の数の決定は回路
技術的にたとえば、図示されているスイッチングしきい
Ｓを有するシュミットトリガに減衰振動を与え、シュミ
ットトリガの切換わりの回数を計数することにより測定
され得る。評価はたとえば計数値により１つのスイッチ
ング要素を駆動することにより行われ得る。

さらに、ステップ状入力変化の後に、減衰振動が予め定
められた振幅を超過している時間を決定かつ評価するこ
ともできる。その際に予め定められた振幅は同じく第２
図Ｂ中にスイッチングしきいＳにより示されている。こ
の評価は回路技術的にたとえば、一定周波数のクロック
により制御されるカウンタに減衰振動を与えることによ
り行われ得る。

たとえば振動回路の共振周波数を決定するために、′ｌ
ＩＬ衰振動中の周期の数およびステップ状入力変化後の
時間の決定および評価を組み合わせて利用することもも
ちろん可能である。さらに、それによって、１つの事象
の検出とならんで、たとえば１つの近接スイッチの発振
器の共振回路の制動の強まり方によって１つの物理的量
の値、たとえば電磁誘導式近接スイッチ内の発振器の振
動回路を制動する強磁性部材の間隔の絶対値を決定する
ことも可能である。物理的量の絶対値を決定するもう１
つの例は、ダイアフラムを設けられている圧力ノズルを
介しての圧力の決定であり、その際にダイアフラムは振
動回路のインダクタンスの範囲内に配置され、また圧力
ノズル内の種々の圧力値におけるインダクタンスからの
ダイアフラムのそのつどの間隔からそのつどの圧力値が
直接に決定され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための原理的回路
装置の概要回路図、第２図Ａおよび第２図Ｂは第１図に
よる原理回路中の入力および出力節点における信号経過
を示す波形図、第３図は直列回路にステップ状入力変化
を与える電圧源を用いて本発明による方法を実施するた
めの１つの回路装置の回路図、第４図は直列回路にステ
ップ状入力変化を与える電流源を用いて本発明による方
法を実施するための１つの回路装置の回路図である。 １・・・ステップ状入力変化を与える源、ａｌ、ａ２・
・・入力節点、ｂｌ、ｂ２・・・出力節点、Ｃ・・・キ
ャパシタンス、Ｌ・・・インダクタンス、Ｒ・・・抵抗
、Ｓ・・・しきい値、Ｔ・・・トランジスタ、Ｚ・・・
ツェナーダイオード。 ＩＧ　Ｉ ＩＧ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気的振動回路の共振Ｑ値および（または）周波数
   の測定方法において、振動回路の共振周波数に相応する
   周期にくらべて立ち上がりまたは立ち下がり時間が短い
   ステップ状入力変化を振動回路に与え、ステップ状入力
   変化に続く減衰振動を評価することを特徴とする電気的
   振動回路の測定方法。 ２）直列共振回路の形態の振動回路において、ステップ
   状入力変化が、振動回路の直列共振損失抵抗よりも内部
   抵抗が小さい電圧源からの電圧のステップ状入力変化で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ３）減衰振動が直列共振回路のインダクタンスから取り
   出されることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   方法。 ４）並列共振回路の形態の振動回路において、ステップ
   状入力変化が、振動回路の並列共振損失抵抗よりも内部
   抵抗が大きい電流源からの電流のステップ状入力変化で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ５）振動回路にステップ状入力変化が周期的に与えられ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれか１項に記載の方法。 ６）振動が十分に減衰し終わるような大きい時間間隔で
   ステップ状入力変化が与えられることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の方法。 ７）振動回路が減衰振動の評価の後に制動を強められる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の方法。 ８）振動回路の制動を強めるため、ステップ状入力変化
   の源の内部抵抗が特定の値に切換えられることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９）ステップ状入力変化が交互の極性で振動回路に与え
   られ、またそれにより生ずる減衰振動が対として評価さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の方法
   。 １０）予め定められた振幅を超過する減衰振動中の周期
   の数が測定かつ評価されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第９項のいずれか１項に記載の方法。 １１）減衰振動がステップ状入力変化の後に予め定めら
   れた振幅を超過している時間が測定かつ評価されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１０項のい
   ずれか１項に記載の方法。