WO2009080593A1

WO2009080593A1 - Verfahren zur bestimmung des masses der änderung der bedämpfung einer last sowie anordnung zur durchführung eines derartigen verfahrens

Info

Publication number: WO2009080593A1
Application number: PCT/EP2008/067562
Authority: WO
Inventors: Robert Buck
Original assignee: Robert Buck
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2009-07-02
Also published as: DE102008062302B4; DE102008062302A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Maßes der Änderung der Bedämpfung einer Last, welche Bestandteil einer Sensoranordnung ist, wobei die Last über einen Taktgenerator angestoßen wird. Erfindungsgemäß wird ein Regelkreis mit einer Regelstrecke gebildet, welche die Sensoranordnungumfasst, wobei als Regelgröße die trotz Bedämpfungsstörgröße konstant zu haltende Amplitude der Last definiert ist. Weiterhin wird mittels eines Stellglieds (1,2,5) der Last als Stellgröße Energie zur Kompensation der Bedämpfung zugeführt sowie eine laufende Ermittelung der Regelgröße vorgenommen. Anhand einer der zugeführten Energie entsprechenden Größe wird mittelbar die momentane Bedämpfung als Messwert ausgekoppelt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Verfahren zur Bestimmung des Maßes der Änderung der Bedämpfu ng einer Last sowie Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Maßes der Änderung der Bedämpfung einer Last, welche Bestandteil einer Sensoranordnung ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Aus der DE 31 20 884 Cl ist ein elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät vorbekannt, welches einen von außen beeinflussbaren Oszillator sowie einen Schaltverstärker aufweist. Weiterhin ist dort ein elektronischer Schalter vorgesehen, der vom Oszillator über den Schaltverstärker steuerbar ist. Eine Speiseschaltung dient der Erzeugung der Versorgungsspannung für den Oszillator und für den Schaltverstärker. Bei derartigen Schaltgeräten muss der Oszillator nach jeder Bedämpfung und der darauf folgenden Enddämpfung wieder sicher anschwingen. Die Zeit, die der Oszillator braucht, um vom nicht- schwingenden Zustand in den schwingenden Zustand zu kommen, d . h. die sogenannte Anschwingzeit, ist ein Kriterium für die maximale Schaltfrequenz, die ein Schaltgerät der beschriebenen Art zulässt. Um bei Schaltgeräten die Anschwingzeit des Oszillators zu reduzieren, ist gemäß DE 31 20 884 Cl ein spezieller Anschwinggenerator vorgesehen, der eine d ie Oszillatorfrequenz enthaltende Anschwingspannung erzeugt, die in den Oszillator eingekoppelt ist. Es wird also für den vorbekannten Oszillator zum Zweck des Anschwingens eine Anschwinghilfe zur Verfügung gestellt, die in Form der Anschwingspannung unmittelbar nach jeder Entdämpfung des Oszillators bereitsteht.

Zur Ansteuerung eines induktiven Sensors ist aus der DE 198 28 055 B4 bekannt, eine Versorgungsspannungsquelle und einen Regelkreis zur Regelung einer am Sensor anliegenden Ist-Spannung auf einen konstanten Wert vorzusehen, wobei der Regelkreis einen als Transistor ausgebildeten Schalter, eine Diode, wenigstens einen Analogschalter und einen Operationsverstärker aufweist, auf dessen erstem Eingang die am Sensor anliegende Ist-Spannung und auf dessen zweitem Eingang eine Soll-Spannung anliegt, wobei weiterhin dessen Ausgang mit einem Steueranschluss des vorerwähnten Schalters verbunden ist. Um Temperatureinflüsse zu reduzieren, wird die dem Operationsverstärker zugeführte Ist-Spannung des Sensors bezogen auf die Spannungsquelle hinter dem Schalter und der Diode abgegriffen.

Der grundsätzliche Aufbau von Oszillatoren für berührungslos arbeitende induktive Näherungssensoren oder Näherungsschalter mit Induktivität und Kapazität, die einen Schwingkreis bilden, ist z. B. aus der DE 10 2004 034 190 Al bekannt.

Bei der Oszillatorschaltung nach DE 10 2004 034 190 Al ist ein Schwingkreis oder ein Operationsverstärker vorgesehen, wobei die elektrische Schwingung des Schwingkreises zwischen einem ersten Anschluss u nd einem zweiten Anschluss des Schwingkreises abgreifbar ist. Der erste Anschluss des Schwingkreises steht mit einem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers in Verbindung. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist auf diesen nichtinvertierenden Eingang zurückgekoppelt. Zum Verbessern des dynamischen Verhaltens der vorbekannten Oszillatorschaltu ng wird der zweite Anschluss des Schwingkreises wechselspannungsseitig mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers direkt verbunden. Auf diese Weise kann das Anschwingen der Oszillatorschaltung optimiert werden.

Es verbleiben ungeachtet dessen Nachteile, und zwar aufgrund der im Schwingkreis auftretenden Verlustleistungen sowie mit Blick auf das unterschiedliche Dämpfungsverhalten einer derartigen Oszillatorschaltung, wenn diese bei elektronisch und berührungslos arbeitenden Schaltgeräten eingesetzt werden und wobei mit Hilfe des Schaltgeräts beispielsweise eine Bestimmung der Position eines Beeinfl ussungselements erfolgt, und zwar unter Rückgriff auf die Auswirkungen, die das Beeinflussungselement auf das Verhalten des Schwingkreises ausübt.

Aus der DE 10 2005 010 351 Al ist ein Sensor zur berührungslosen Abfrage von Füllständen vorbekannt. Eine aktive Sensorspule, die mit einer ihrer Flachseiten zu einer nichtmetallischen Außenwandung eines Behälters angeordnet ist, der ein leitfähiges, flüssiges Medium enthält, ist Bestandteil eines Schwingkreises und eines freischwingenden Oszillators, welcher eine Schwingung am Schwingkreis aufrechterhält und die aktive Spule hierdurch einen magnetischen Wechselfluss erzeugt, welcher in das Medium eindringt und dort durch die gegebene Leitfähigkeit des Mediums einen Wirbel- oder Kreisstrom hervorruft. Dieser Kreisstrom erzeugt in Verbindung mit einem Spannungsabfall an dem ohmschen Wirkwiderstand als Kehrwert des Leitwertes des Mediums eine Wirkleistung, welche wiederum über die transformatorische Ankopplung der Spule an das Medium dem Schwingkreis entzogen wird. Hierdurch erfährt der Schwingkreis eine Dämpfung und es sinkt als Folge die Amplitude der Hochfrequenzschwingung am Schwingkreis deutlich ab. Diese Absenkung ist ein direktes Maß sowohl für den Leitwert des Mediums einerseits als auch für die Anwesenheit des Mediums andererseits. Problematisch ist bei der vorbekannten Lösung das sichere und schnelle Anschwingen des dortigen Oszillators zum Erhalt einer notwendigen Messdynamik.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Bestimmung des Maßes einer Änderung der Bedämpfung einer Last, welche Bestandteil einer Sensoranordnung ist, sowie eine zugehörige Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben, wobei auch bei kleinen Abständen zwischen Sensoranordnung und Target eine leicht auswertbare Ausgangsspannung vorliegt, die darüber hinaus wertemäßig proportional zur Messgröße, z. B. der Bewegung eines Hubkörpers in einem Näherungsschalter ist. Ergänzend soll mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Verbesserung und Erweiterung des Dynamikbereichs von Sensoranord nungen möglich sein.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig mit einer Lehre gemäß Definition des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 4, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Die Erfindung geht demnach von einem Verfahren zur Bestimmung des Maßes der Änderung der Bedämpfung einer Last aus, welche Bestandteil einer Sensoranordnu ng ist, wobei die Last, z. B. ein Schwingkreis, über einen Taktgenerator angestoßen wird. Der Last-Schwingkreis kann eine LC- oder RC- Anordnung enthalten. Erfindungsgemäß wird ein Regelkreis mit einer Regelstrecke gebildet, welche die Sensoranordnung umfasst, wobei als Regelgröße die trotz Bedämpfungs- störgröße konstant zu haltende Schwingungsamplitude des Schwingkreises definiert ist.

Weiterhin wird mittels eines Stellglieds dem Schwingkreis als Stellgröße Energie zur Kompensation der Bedämpfung zugeführt und es erfolgt eine laufende Ermittlung der Regelgröße. Anhand einer der zugeführten Energie entsprechenden Größe wird dann mittelbar die momentane Bedämpfu ng als Messwert ausgekoppelt.

Die Änderung der Bedämpfung wird durch Annähern oder Entfernen eines ferromagnetischen Gegenstands oder Objekts bezogen auf die Position des induktiven Elements des Schwingkreises ausgelöst. Der ferromagnetische Gegenstand kann z. B. ein metallischer Hubkörper sein, der sich innerhalb einer Sensoranordnu ng zur Bestimmung der Strömung eines fluiden Mediums in Abhängigkeit von den momentanen Druck- und Strömungsverhältnissen bewegt und seine Position zu einer Induktivität, die Bestandteil des Schwingkreises ist, ändert.

Anordnungsseitig umfasst die Last mindestens eine Induktivität. Die Last steht mit einem Rechteck-Taktgenerator in Verbindung, wobei die Bedämpfung der Last sich aus dem Abstand eines ferromagnetischen Gegenstands bezogen auf die Position der Induktivität ergibt.

An der Last, insbesondere am Schwingkreis, der Bestandteil der Sensoranordnung ist, wird eine Gleichrichterbaugruppe angeschlossen, an deren Ausgang eine Spannung anliegt, die im Wesentlichen der Spitzenspannung der Schwingungsamplitude entspricht.

Der Ausgang dieser Gleichrichterbaugruppe steht mit einem Signalverstärker in Verbindung, welcher an seinem Ausgang eine in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Referenzspannung invertierte Spannung als Stellgröße bereitstellt. Mit anderen Worten liefert der Signalverstärker als Inverter bei einer kleinen Eingangsamplitude eine höhere Spannung . Am Ausgang des Signalverstärkers ist eine Anpassungsstufe anschließbar, um ein für Mess- und Steuerzwecke geeignetes Sensorausgangssignal zu erhalten.

Die Stellgröße vom invertierenden Signalverstärker gelangt auf einen Spannungs-Strom-Wandler mit Begrenzungsfunktion, welcher vom Taktgenerator oder Taktgeber getaktet wird, um über eine nachgeschaltete Stromspiegelbaugruppe dem Schwingkreis dämpfungsabhängig Energie zuzuführen. Ziel ist hier, das am Ausgang der Gleichrichterbaugruppe anliegende Signal weitgehend konstant zu halten. Der zuzuführende Energiebetrag, der erforderlich ist, um das Gleichspannungssignal auf einem konstanten Wert zu halten, stel lt dann ein Maß für die Bedämpfung der Last, z. B. des Schwingkreises und damit des Sensorausgangssignals dar. Das am invertierenden Signalverstärker anliegende Ausgangssignal repräsentiert demnach die Stellgröße, die gleich der Spannung ist, die zum Konstanthalten der Schwingungsamplitude des Taktgenerators auch bei geänderter Bedämpfung erforderlich ist.

Der Spannungs-Strom-Wandler weist einen Transistor auf, an dessen Basis das Taktgeneratorsignal anliegt. Bei einer Ausführungsvariante wird das Ausgangssignal des Signalverstärkers der Basis des Transistors des Spannungs-Strom- Wandlers über eine Diodenstrecke zur Spannungsbegrenzung zugeführt.

Am Kollektor des Transistors des Spannungs-Strom-Wandlers ist der bereits erwähnte Stromspiegel als PNP-Stromspiegelbaugruppe angeschlossen, die mit dem positiven Betriebsspannu ngs-Potentialanschluss in Verbindung steht.

Weiterhin wird der Taktgenerator über die Stromspiegelbaugruppe mit dem positiven Betriebsspannungspotential versorgt, wobei der Transistor des Spannungs-Strom-Wandlers nach Übergang in seinen leitfähigen Zustand einen quasi Startimpuls für das Anstoßen des Taktgenerators liefert.

Die Gleichrichterbaugruppe ist als Spitzenwert-Gleichrichter ausgebildet und weist hierfür ein RC-Glied auf.

Der Signalverstärker umfasst einen Operationsverstärker mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang, wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers über einen Widerstand auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, an welchem das Ausgangssignal der Gleichrichterbaugruppe anliegt.

Dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ist eine aus der Betriebsspannung abgeleitete Referenzspannung zugeführt.

Die Anpassungsstufe kann ebenfalls als Verstärkerbaugruppe zum Erreichen einer Normspannung ausgebildet sein und ein Widerstandsnetzwerk zur Nullpunkteinstellung aufweisen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann bei Stabkern-Sensoren, welche induktiv arbeiten, ein Verhalten erreicht werden, das demjenigen bekannter magnetischer Sensoren entspricht. Mit anderen Worten besteht die Möglichkeit, eine Sensoranordnung zu realisieren, die über einen quasi linearen Kennlinienverlauf verfügt, wobei beim Einsatz als Strömungssensor die erhaltene Ausgangsspannung proportional dem Strömungswert ist, und zwar in der Weise, dass wiederum beispielhaft eine sehr geringe Strömung einer geringen Spannung und eine große bis maximale Strömu ng einer maximalen Ausgangsspannung entspricht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen :

Fig . 1 ein Blockschaltbild zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Maßes der Änderung der Bedämpfung eines Schwingkreises, welcher Bestandteil einer Sensoranordnung ist;

Fig . 2 eine beispielhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig . 3 eine weitere beispielhafte Schaltungsanordnung, bei der als Sensor anstelle eines Schwingkreises eine Spule verwendet wird; Fig . 4 eine beispielhafte Schaltungsanordnung mit einem zeitverzögerten Abbau der in der dortigen Spule induzierten Spulenspannung;

Fig . 5 ein Beispiel einer Schaltungsanordnung für die Auswerteeinheit;

Fig . 6 eine Darstel lung des Spannungs-Zeitverlaufs mit Abfall der am Spannungsteiler Rl, R2 abgegriffenen induzierten Spannung;

Fig . 7 eine Darstel lung sich taktweise wiederholender Integrationsintervalle tl bis t2 und

Fig . 8 einen Längsschnitt eines Strömungssensors mit Sensor, der insbesondere für die erfindungsgemäße Anordnung Anwendung findet.

Das Verfahren zur Bestimmung des Maßes der Änderung der Bedämpfung einer Last, ausgeführt als Schwingkreis, kann mit Hilfe einer Konstant-Amplituden- Schaltung gemäß der Darstellu ng nach Fig. 1 durchgeführt werden. Die Sensoranordnung umfasst eine Last, z. B. einen Schwingkreis bestehend aus Induktivität und Kondensator, welcher durch Annäherung beispielsweise metallischer Gegenstände in der Amplitude gedämpft werden kann.

Die Sensoranordnung ist mit einem Verstärker 2 verbunden, der im Takt der Schwingungen ein Rechteck-Ausgangssignal erzeugt, das dem Schwingkreis der Sensoranordnung zur Aufrechterhaltung des Schwingungsverhaltens zugeführt wird.

Die als Regelgröße konstant zu haltende Schwingungsamplitude wird einem Gleichrichter 3 zugeführt, der die Spitzenspannu ng der Schwingungsamplitude als Gleichspannung auskoppelt. Diese ausgekoppelte Gleichspannung wird von einem nachfolgenden Verstärker 4 in Abhängigkeit einer vorgegebenen Referenzspannung invertiert. Ausgangsseitig steht der Verstärker 4 mit einem Spannungs-Strom-Wandler 5 in Verbindung . Dieser Spannungs-Strom-Wandler 5 wird mit der Frequenz des Generators 2 getaktet. Eine weitere Verbind ung besteht zwischen dem Spannungs-Strom-Wandler 5 und einer Stromspiegelbaugruppe 1, deren Ausgang am Schwingkreis der Sensoranordnu ng angeschlossen ist.

Weiterhin wird das Ausgangssignal vom invertierenden Verstärker 4 über einen Ausgangsspannungs-Verstärker 6 abgegriffen und in einen für Mess- und Steuerzwecke geeigneten Spannungs- und/oder Strombereich transformiert.

Mit der dargestellten Lösung wird die Schwingungsamplitude des Schwingkreises der Sensoranordnung im Wesentlichen konstant gehalten, und zwar unabhängig von der momentanen Bedämpfung durch einen metallischen oder ferromagnetischen Gegenstand . Änderungen der Schwingungsamplitude aufgru nd der erwähnten Bedämpfung werden kompensiert, wobei die Größe der Kompensation ein Maß für die Bedämpfung darstellt. Auch bei sehr kleinen Abständen zwischen Gegenstand und Sensoranordnung im Bereich sehr starker Dämpfung und nahe der Sättigung kann mit der vorgestellten Lösung ein leicht auswertbares und signifikantes Messsignal erhalten werden.

Die Anordnung nach Fig. 1 stellt in ihrer allgemeinsten Form einen Regelkreis dar, wobei die Schwingungsamplitude als Regelgröße aufzufassen ist. Die Regelstrecke umfasst die Sensoranordnung, wobei als Regelgröße die Schwingungsamplitude des Schwingkreises definiert ist. Als Stellglied ist der Spannungs-Strom-Wandler 5 bzw. die Baugruppe aus Stromspiegel 1, Verstärker 2 und Spannungs-Strom-Wandler 5 sowie als Regelglied der Gleichrichter 3 mit invertierendem Verstärker 4 anzusehen.

Mit Hilfe der Darstellung nach Fig . 2 sollen die einzelnen in der Fig . 1 gezeigten Baugruppen in einer ersten vorteil haften Ausführungsvariante näher erläutert werden.

Demnach umfasst der Schwingkreis SK eine Induktivität mit parallel geschaltetem Kondensator. Der Schwingkreis SK steht mit dem Taktgenerator 2 in Verbindung, der in bekannter Weise, z. B. wie in der DE 101 30 572 Al beschrieben, ausgebildet ist. Am Schwingkreis SK ist weiterhin die Gleichrichterbaugruppe 3 angeschlossen, welche als Spitzenwert-Gleichrichter, enthaltend ein RC-Glied, ausgeführt ist.

Ausgangsseitig steht die Gleichrichterbaugruppe 3 mit dem invertierenden Gleichspannungsverstärker 4 in Verbindung . Dieser invertierender Verstärker 4 umfasst einen Operationsverstärker mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang, wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers über einen Widerstand RSV auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, an welchem auch das Ausgangssignal aus der Gleichrichterbaugruppe 3 anliegt.

Am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegt eine aus der Betriebsspannung abgeleitete Referenzspannung Uref an.

Der Ausgang des invertierenden Verstärkers 4 gelangt auf den Eingang des Spannungs-Strom-Wandlers 5, der einen weiteren Eingang für den Taktgenerator 2 besitzt.

Der Spannungs-Strom-Wandler 5 weist einen Transistor TSS auf, an dessen Basis das Taktgeneratorsignal anliegt, wobei das Ausgangssignal des Signalverstärkers 4 der Basis des Transistors TSS über eine Diodenstrecke DS zur Spannungsbegrenzung zugeführt ist.

Der Kollektor des Transistors TSS ist an eine PN P-Stromspiegelbaugruppe 1 angeschlossen, die mit dem positiven Betriebsspannungs-Potentialanschluss Ub+ in Verbindung steht.

Der Taktgenerator 2 wird über die Stromspiegelbaugruppe 1 mit dem positiven Betriebsspannungspotential versorgt, wobei der Transistor TSS des Spannungs-Strom-Wandlers 5 nach Übergang in seinen leitfähigen Zustand einen Startimpuls für das Anstoßen des Taktgenerators 2 liefert.

Am Ausgang des invertierenden Verstärkers 4 besteht fakultativ die Möglichkeit, einen Verstärker anzuschließen, der die an ihm anliegende Eingangsspannung auf einen Normspannungswert von z. B. 0 bis 10 V bei einer Eingangsspannung von 0,2 bis 2 V anhebt. Der als Anpassungsstufe ausgebildete Verstärker 6 kann ergänzend ein Widerstandsnetzwerk zur Nullpunkteinstellung aufweisen.

Fig . 3 zeigt eine weitere erfindu ngsgemäße Ausführungsform, bei der als Sensor anstelle eines Schwingkreises eine Spu le S verwendet wird .

Die Spule S ist mit einem ersten Anschluss Sl mit einem Ausgang eines Stromspiegels 1 u nd mit einem zweiten Anschluss S2 über mehrere Widerstände Rs, Rl, R2 mit Masse verbunden. Parallel zu einem ersten Widerstand Rs ist ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen Rl, R2 angeordnet, wobei sowohl der Spannungsteiler Rl, R2 als auch der erste Widerstand Rs auf Masse liegen. Der Abgriff des Spannungsteilers Rl, R2 ist mit einer Auswerteschaltung 8 verbunden.

Die Spule S wird von einem Taktgenerator 9 über den Spannungs-Strom- Wandler 5 und dem Stromspiegel 1 taktweise angesteuert. Im vorliegenden Beispiel ist der Taktgenerator 9 als invertierender Schmitttrigger ausgeführt.

Der Taktgenerator 9 steuert ferner ein Schaltmodul 7 an, das abhängig vom Takt des Taktgenerators 9 entweder den Ausgang des Stromspiegels 1 oder den zweiten Anschluss S2 der Spule S mit Masse verbindet. Weiterhin liegt der Takt des Taktgenerators 9 über einen weiteren invertierenden Schmitt-Trigger auch auf einer Steuerleitung St der Auswerteeinheit 8 an.

Im dargestellten Beispiel besteht das Schaltmodul 7 im Wesentlichen aus zwei Schaltern 71, 72; der erste Schalter 71 ist hierbei als MOS-FET und der zweite Schalter 72 als Bipolar-Schalter - beispielsweise Bipolartransistor - ausgeführt. Der erste Schalter 71 ist direkt und der zweite Schalter 72 über den invertierenden Schmitt-Trigger mit dem Taktgenerator 9 verbunden.

Wird vom Taktgenerator 9 ein positiver Takt, beispielsweise eine Spannung von 5 V, ausgegeben, ist der erste Schalter 71 geschlossen und verbindet den zweiten Anschluss S2 der Spule S mit Masse; der zweite Schalter 72 hingegen ist geöffnet und trennt den Ausgang des Stromspiegels 1 vom Massepotenzial . Die elektromagnetische Kraft kann sich somit über die Spule aufbauen. Ferner steuert der positive Takt des Taktgenerators 9 auch die Basen der Transistoren TSS, Ds des Spannung-Strom-Wandlers 5 an, so dass das vom invertierenden Verstärker 4 gelieferte Signal als Stromsignal an den Stromspiegel 1 weiter gegeben werden kann. Der Stromspiegel 1 wiederum versorgt die Spule S, wobei der Strom nun über den geschlossenen Schalter 71 gegen Masse fließen kann.

Bei Vorliegen eines negativen bzw. eines Takts mit geringer Spannung - beispielsweise kleiner 0, 1 Volt - ist der erste Schalter 71 geöffnet und der zweite Schalter 72 geschlossen und die Transistoren des Strom-Spannu ngs- Wandlers 5 sind nicht durchgeschaltet.

Aufgrund der in der Spule gespeicherten elektromagnetischen Kraft erzeugt die induzierte Spannung einen der zuvor eingeprägten Stromrichtung entgegengesetzten Strom. Dieser Strom kann über den geschlossenen zweiten Schalter 72 gegen Masse abfließen. Der abfließende Strom wird über den Widerstand Rs begrenzt und erzeugt ferner über den Spannungsteiler Rl, R2 einen Spannungsabfall. Der Abgriff des Spannungsteilers Rl, R2 ist mit der Auswerteeinheit 8 verbunden.

Die Auswerteeinheit 8 ist vorzugsweise so aufgebaut, dass die exponentiell abfallende Flanke des induzierten Stroms, der als Spannung am Spannungsteiler abgeg riffen wird, innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls aufintegriert wird . Diese integrierte Spannung wird als Gleichspannung dem invertierenden Verstärker 4 zur Verfügung gestellt.

Die Größe des induzierten Stroms bzw. der integrierten Spannung ist hierbei abhängig von der Beeinflussung des elektromagnetischen Felds der Spule. Befindet sich ein entsprechendes Objekt in der Nähe der Spule, wird das Feld der Spule in Abhängigkeit des Objektabstands bedämpft, wobei die Bedämpfung mit der Nähe des Objekts zunimmt. Mit zunehmender Bedämpfu ng verringern sich somit auch der induzierte Strom und die integrierte Spannung . Je geringer die integrierte Spannung, desto höher ist die Spannung am Ausgang des invertierenden Verstärkers. Die Auswerteeinheit 8 ist nun dergestalt, dass auch im nachfolgenden positiven Takt die integrierte Spannung am Ausgang A ansteht. Der invertierende Verstärker 4 vergleicht die anstehende Spannung mit einer Referenzspannung Uref und verstärkt das Signal in Abhängigkeit der Abweichung von der Referenzspannung . Die invertierende Verstärkung 4 ermöglicht es somit, den durch die Bedämpfung bewirkten Energieverlust durch eine erhöhte Strombeaufschlagung zu kompensieren.

Das Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers ist somit ein Maß für die Stärke der Bedämpfung bzw. des Abstandes des bedämpfenden Objekts.

Fig . 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem zeitverzögerten Abbau der induzierten Spulenspannung. Im Unterschied zum oben genannten Beispiel ist der Widerstand Rs nicht direkt, sondern über einen dritten Schalter 73, hier als MOS-FET ausgebildet, mit Masse verbunden. Die Ansteuerung des Schalters 73 erfolgt über ein RC-Glied, das mit seinem Widerstand R mit dem Gate des dritten Schalters 73 und der Steuerleitung St und mit seinem Kondensator C mit Masse und dem Gate verbunden ist.

Bei Vorliegen eines positiven Takts reagiert die Schaltung wie bereits beschrieben. Liegt ein negativer Takt vor, wird der Masseschluss des Widerstands Rs gemäß der Aufladezeit des RC-Glieds verzögert. Bei Öffnen des ersten Schalter 71 und Schließen des zweiten Schalters 72 bleibt der dritte Schalter 73 zunächst geschlossen, so dass der in der Spule induzierte Strom nicht über den Widerstand Rs, sondern über den Spannungsteiler Rl, R2 fließen muss. Da der Widerstandswert des Spannungsteilers Rl, R2 typischerweise deutlich höher ist als der Widerstandwert des ersten Widerstands Rs, fließt zunächst nur ein geringer Strom, wodurch die Abnahme der induzierten Spannung verlangsamt wird . Erreicht das RC-Glied die Schaltspannung des dritten Schalters 73, öffnet dieser und schließt die Spule S über den Widerstand Rs mit Masse kurz.

Die Integrationszeit der Auswerteeinheit beginnt vorzugsweise mit oder kurz nach dem Schließen des dritten Schalters 73. Diese verzögerte Umschaltung hat den Vorteil, dass nach dem Umschalten die induzierte Spannung auf einem relativ hohen Niveau gehalten werden kann, so dass der nachfolgenden Auswertung ein hohes Spannungssignal zur Verfügung steht. Ohne Umschaltu ng sinkt die induzierte Spannung bzw. der Stromfluss relativ schnell ab und liefert dementsprechend ein geringes Auswertesignal .

Fig . 5 zeigt ein Beispiel einer möglichen Auswerteeinheit 8. Die Auswerteeinheit 8 ist über eine Steuerleitung St mit einem invertierten Signal des Taktgenerators 9, über einen Eingang E mit dem Abgriff des Spannungsteilers Rl, R2 und mit dem Ausgang A mit dem invertierenden Verstärker 4 verbunden. Das Signal der Steuerleitung wirkt über ein erstes RC-Glied R81, C81 auf den ersten Schmitt-Trigger. Der Ausgang des ersten invertierenden Schmitt-Triggers ist wiederum über ein zweites RC-Glied R82, C82 mit einem zweiten invertierenden Schmitt-Ttrigger verbunden, wobei der zweite Schmitt- Trigger auf einen bidirektionalen Schalter 85 einwirkt. Über das erste RC-Glied lässt sich eine Einschaltzeit tl und über das zweite RC-Glied eine Ausschaltzeit t2 vorgeben.

Der Eingang E ist über den bidirektionalen Schalter 85 mit einem Operationsverstärker, der als Integrierer ausgeführt ist, schaltbar verbunden.

In Fig. 6 ist qualitativ ein Abfall der am Spannungsteiler Rl, R2 abgegriffenen induzierten Spannung dargestellt. Der Zeitpunkt tθ stellt hierbei den Beginn des negativen Takts dar. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, die induzierte Spannung nicht bereits von Beginn an zu erfassen, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt tl . Die Integration erfolgt dann ab der Einschaltzeit tl bis zum Abschaltzeitpunkt t2 und wird in jedem negativen Takt wiederholt.

Fig . 7 zeigt die sich taktweise wiederholenden Integrationsintervalle tl bis t2. Die integrierte Spannung Uint bleibt auch während der Taktpausen am Eingang des Operationsverstärkers stehen und dient wie bereits beschrieben als Regelgröße, um die Bedämpfung zu kompensieren.

Fig . 8 zeigt im Längsschnitt einen Strömungssensor 101 mit einem Sensor 126, für dessen Signalauswertung die erfindungsgemäße Schaltung verwendet werden kann. Das Gehäuse 102 ist vorzugsweise aus einem nicht oder wenig magnetisier- barem Material, beispielsweise Messing, Aluminium, Stahl oder entsprechende Legierungen, gefertigt. Das Gehäuse 102 weist einen Einlasskanal 124 und einen Auslasskanal 125 auf, vorzugsweise bezogen auf die Anordnung des Gehäuses bzw. des Strömungssensors 101 in einem Fluidkreis.

Das Gehäuse 102 besitzt weiterhin eine Öffnung für ein Einschraubteil 103, welches einen darin gelagerten Bewegungs- oder H ubkörper 106 mit seinem Führungsdorn in einer Führungsbohrung 112 aufnimmt. Die Führungsbohrung 112 erstreckt sich bis in eine Kappe 111 des Einschraubteils 103, wobei Kappe 111 und Einschraubteil 103 vorzugsweise einstückig ausgebildet sind .

Am zum Einlasskanal 124 weisenden Ende ist im oder am Bewegungs- oder Hubkörper 106 ein Permanentmagnet 119 vorgesehen. Der in den Einlasskanal 124 hineinragende Abschnitt des Bewegungs- oder Hubkörpers 106 weist eine Kegel- oder Konusform auf. Ferner weist der Hubkörper 106 einen umlaufenden Dichtbund 109 auf, der im geschlossenen Zustand in Kontakt mit einem Ventilsitz 110 gelangt. Ein Federelement 108, das sich am H ubkörper 106 und am Einschraubteil 103 abstützt, beaufschlagt den Hubkörper 106 mit einer Rückstellkraft.

Im Wesentlichen der Position des Permanentmagneten 119 im Bewegungsoder H ubkörper 106 gegenüberliegend ist im Gehäuse 102 eine Durchgangsbohrung 121 im Gehäuse 102 eingebracht, um ein Einschraub- Sensorelement 126 mit entsprechender Messzelle 127 aufzunehmen.

Bei einer nicht vorhandenen Fluidströmung befindet sich der Hubkörper in seiner Ruheposition und liegt mit seinem umlaufenden Dichtbund 109 auf dem Ventilsitz 110 auf und nimmt einen minimalen Abstand zum Sensor 126 ein. Der Hubkörper 106 wird bei Vorliegen einer Fluidströmung entgegen der anliegenden Federkraft ausgelenkt. Der Auslenkungsweg des Hubkörpers 106 ist proportional zur Durchflussmenge Q des Fluids.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Sensor 126 insbesondere als induktiver Ganzmetallsensor ausgeführt sein, auch ist ein Magnet im Hubkörper je nach Sensortyp nicht zwingend notwendig . Selbstverständlich sind auch weitere Bewegungskörper als Hubkörper denkbar, insbesondere können auch Klappen oder Schwebekörper in Ihrer Position detektiert werden.

Bezugszeichenliste

1 Stromspiegel

2 Verstärker / Rechteck-Taktgenerator

3 Gleichrichter

4 invertierender Verstärker

5 Spannungs-Strom-Wandler

6 Ausgangsspannungsverstärker / Anpassungsstufe A Ausgang

E Eingang

Ub+ positives Betriebsspannungspotential

Gnd negatives Betriebsspannungspotential

Uref Referenzspannung

TSS Transistor des Spannungs-Strom-Wandlers

DS Begrenzerdiode

RSV Rückkopplungswiderstand

SK Last / Schwingkreis

S Spule

Sl, S2 Spulenanschluss

RS, Rl, R2 Widerstände

7 Schaltmodul

8 Auswerteeinheit

9 invertierender Schmitt-Trigger 71, 72, 73 Schalter

ST Steuerleitung

R81, C81 RC-Glied

R82 C82 RC-Glied

85 bidirektionaler Schalter

101 Strömungssensor

102 Gehäuse

103 Einschraubteil 106 Hubkörper 108 Federelement

109 Dichtbund

110 Ventilsitz

111 Kappe

112 Führungsbohrung

119 Permanentmagnet

121 Durchgangsbohrung

124 Einlasskanal

125 Auslasskanal

126 Einschraub-Sensorelement

127 Messzelle

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung des Maßes der Änderung der Bedämpfu ng einer Last, welche Bestandteil einer Sensoranordnung ist, wobei die Last über einen Taktgenerator, insbesondere Rechteckgenerator, angestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis mit einer Regelstrecke gebildet wird, welche die Sensoranordnung umfasst, wobei als Regelgröße die trotz Bedämpfungsstörgröße konstant zu haltende Amplitude an der Last definiert ist, weiterhin mittels eines Stellglieds der Last als Stellgröße Energie zur Kompensation der Bedämpfung zugeführt wird sowie eine laufende Ermittelung der Regelgröße vorgenommen und anhand einer der zuzuführenden Energie entsprechenden Größe mittelbar die momentane Bedämpfung als Messwert ausgekoppelt wird .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Bedämpfung durch Annähern oder Entfernen eines insbesondere ferromagnetischen Gegenstands bezogen auf die Position des induktiven Elements der Last ausgelöst wird .

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung als Näherungsschalter mit mindestens einer Induktivität ausgeführt ist, um die Lage oder Lageveränderung des ferromagnetischen Gegenstands zu bestimmen.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer mindestens eine Induktivität umfassenden Last (SK), welche mit einem Taktgenerator (2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass an der Last (SK) eine Gleichrichterbaugruppe (3) angeschlossen ist, an deren

Ausgang eine Spannung anliegt, die im Wesentlichen der Spitzenspannung der

Schwingungsamplitude der Last entspricht, der Ausgang der Gleichrichterbaugruppe (3) mit einem Signalverstärker (4) in

Verbindung steht, welcher an seinem Ausgang eine in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Referenzspannung invertierte Spannung als Stellgröße bereitstellt, und die Stellgröße vom invertierenden Signalverstärker auf einen Spannungs- Strom-Wandler mit Begrenzerfunktion gelangt, welcher vom Taktgenerator (2) getaktet wird, um über eine nachgeschaltete Stromspiegelbaugruppe (1) der Last (SK) dämpfungsabhängig Energie zuzuführen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Strom-Wandler (5) einen Transistor (TSS) aufweist, an dessen Basis das Taktsignal anliegt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Signalverstärkers (4) der Basis des Transistors (TSS) über eine Diodenstrecke (DS) zur Spannungsbegrenzu ng zugeführt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Kollektor des Transistors (TSS) eine PN P-Stromspiegelbaugruppe angeschlossen ist, die mit dem positiven Betriebsspannungspotential (Ub + ) in Verbindung steht.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgenerator (2) über die Stromspiegelbaugruppe (1) mit dem positiven Betriebsspannungspotential versorgt wird, wobei der Transistor (TSS) des Spannungs-Strom-Wandlers (5) nach Übergang in seinen leitfähigen Zustand einen Startimpuls für das Anstoßen des Taktgenerators (2) liefert.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterbaugruppe (3) als Spitzenwert-Gleichrichter ausgebildet ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalverstärker (4) einen Operationsverstärker mit einem invertierenden (i) und einem nicht invertierenden (Ui) Eingang umfasst, wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers über einen Widerstand (RSV) auf den invertierenden Eingang (i) rückgekoppelt ist, an welchem das Ausgangssignal der Gleichrichterbaugruppe (3) anliegt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am nicht invertierenden Eingang (Ui) des Operationsverstärkers eine aus der Betriebsspannung abgeleitete Referenzspannung (Uref) anliegt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsstufe (6) eine Verstärkerbaugruppe mit einem Widerstandsnetzwerk zur Nullpunkteinstellung aufweist.

13. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Signalverstärkers (4) eine Anpassungsstufe (6) angeschlossen ist, um ein für Mess- und Steuerzwecke geeignetes Sensorausgangssignal zu erhalten.

14. Verwendung eines Strömungssensors mit einem Gehäuse (102) sowie einem im Gehäuse (102) befindlichen Einlasskanal (124) und einem Auslasskanal (125), weiterhin mit einem im Gehäuse (102) angeordneten Bewegungs- oder Hubkörper (106), welcher einen in den Einlasskanal (124) hineinragenden Abschnitt aufweist, einem Geberelement (119) im Bewegungsoder H ubkörper (106) sowie einem ebenfalls im oder am Gehäuse (102) fixierbaren Sensorelement (126) mit Messzelle (127) als Sensoranordnung bei der Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.