具有校准单元和测量装置的振荡传感器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于测量装置的振荡传感器、一种测量装置以及一种用于操作振荡传感器的方法，振荡传感器包括：振荡器，振荡器包括：谐振电路，谐振电路用于提供振荡信号；增益级，增益级被配置成向谐振电路提供反馈，以注入能量用于激励振荡器维持振荡；至少一个校准元件，校准元件用于调节振荡器的开环增校准单元，校准单元提供调制校准控制信号，以基于至少一个预定的占空比来选择性地调节至少一个校准元件的电测量，其中校准单元还被配置成向调制校准控制信号提供至少一个循环频率，循环频率取决于振荡频率。

Oscillation sensor with calibration unit and measuring device

【技术实现步骤摘要】
具有校准单元和测量装置的振荡传感器
本专利技术涉及具有振荡传感器的测量装置。尤其，本专利技术涉及使用调制校准元件的校准振荡传感器。
技术介绍
振荡传感器通常用于检测由各种物理效应引起的阻抗或衰减的变化。振荡传感器通常具有振荡器，所述振荡器包含形成有感测线圈和/或感测电容器的谐振电路。尤其，振荡传感器通常应用于例如接近传感器，其中应检测在感测线圈的感测范围内传导物体的存在与否或传导物体在感测线圈的感测范围内的移动。在操作期间，此类振荡器在感测线圈产生交变磁场时振荡，所述交变磁场基本上受传导物体的存在的影响。因此，进入或离开感测线圈的感测范围或移入或移出所述感测范围的传导物体会产生感测线圈的阻抗变化。在操作期间，谐振电路具有谐振频率，所述谐振频率由感测线圈的电感且由电容的容量确定。通过反馈放大，谐振电路被激励，从而通过与振荡同相地注入能量来维持振荡。此外，在感测范围内物体的存在导致由于在物体中产生涡流而导致的能量损失引起的谐振电路的品质因子降低。在运行中，这导致激励的振荡的振荡频率变化和振荡的振幅变化。例如，在应检测物体存在与否或物体的移动的应用中，经常会分析振幅变化。因此，通常配置反馈放大的特性以就关于由于感测范围中物体的存在导致的谐振特性变化的振幅变化而获得高灵敏度。此类振荡传感器的灵敏度的校准和工作点的设置通常借助于可变的校准元件来进行，所述可变的校准元件可以是用于激励振荡的反馈回路中的无源电元件。校准元件可以是电阻器等。由于此类校准元件的激光校准昂贵且不允许重新校准，因此电子校准是优选的。例如，文献WO2016/141965A1涉及一种具有谐振电路和反馈增益级的振荡器。在反馈回路中，提供调节电阻器，所述调节电阻器被配置成借助于开关耦合到所述反馈回路中。通过借助于脉冲宽度调制控制信号的占空比来控制开关，可以设置调节电阻器的有效电阻进行校准。首先通过调整校准元件的电量来进行振荡传感器的校准。如果校准元件是由脉冲宽度调制信号控制的可切换调节电阻器，则占空比确定用于反馈耦合的有效电阻。然而，通过脉冲宽度调制的控制有可能将低频谐波注入到电路系统中，所述谐波基本上由脉冲宽度调制的循环频率和特定占空比确定。这些谐波不能轻易地从传感器信号中分离出来，且影响振荡传感器的工作，因此使信噪比大大降低。由于取决于校准来选择占空比，将不同的谐波引入每个振荡传感器中，因此很难通过滤波消除它们。因此，本专利技术的目的是提供可调谐的振荡传感器和测量装置，其可以通过可变校准元件来校准，并且其中可以减小由脉冲宽度调制信号注入的调制的负面影响以实现高信噪比。
技术实现思路
通过振荡传感器以及测量装置和用于操作振荡传感器的方法实现了上述目的。根据第一方面，提供一种用于测量装置的振荡传感器，所述振荡传感器包括：振荡器，所述振荡器包括：谐振电路，所述谐振电路用于提供振荡信号；增益级，所述增益级被配置成向所述谐振电路提供反馈，以注入能量用于激励所述振荡器维持振荡；至少一个校准元件，所述校准元件用于调节所述振荡器的开环增益；校准单元，所述校准单元提供调制校准控制信号，以基于至少一个预定的占空比来选择性地调节所述至少一个校准元件的电测量，其中所述校准单元还被配置成向所述调制校准控制信号提供循环频率，所述循环频率取决于振荡频率。在上述振荡传感器中，通过将由校准控制信号控制的校准元件耦合和解耦来提供电子校准，以提供校准元件的有效电测量。设置有效的电测量允许相对于期望的灵敏度和工作点校准振荡传感器。提供校准控制信号作为脉冲宽度调制信号，其中由占空比确定电测量。因此，可以通过适当选择占空比来进行校准。在上述振荡传感器中，校准元件控制用于激励谐振电路的振荡的能量的量，使得在平稳(摆入)状态下注入的能量的量对应于由于磁场能量损失而导致的能量损失的量。由于校准元件由脉冲宽度调制信号控制，因此其循环频率会影响谐振电路的振荡。在振荡频率不对应于循环频率的整数倍的通常情况下，会导致对振荡振幅的调制效应。在将传感器信号振幅用作振荡传感器的测量信号的情况下，这将导致信噪比大大降低。本专利技术的一个构思是提供校准控制信号作为脉冲宽度调制信号，其循环频率取决于谐振电路的振荡频率。与循环频率保持恒定的标准脉冲宽度调制方案相比，上述方法允许通过仔细地使循环频率适应振荡频率来减小调制效应，从而不会发生传感器信号的调制。尤其，当振荡频率仅与循环频率的整数倍略有不同时，会产生覆盖传感器信号的低频谐波(从振荡信号的振幅得出)。通过根据振荡频率调整循环频率，可以选择循环频率，使得没有特定的频率被引入到振荡传感器的振荡信号的振幅特性中，这大大提高了从中得出的振幅信号的信噪比。上述方法允许在宽范围的振荡频率上显着提高信噪比。由于循环频率自动地适应于振荡频率，因此可以容易地补偿例如温度变化、老化等寄生效应。此外，对于每个振荡频率，可以从多个循环频率范围中选择适当的循环频率，使得可以有更高的自由度来选择工作点。此外，调制校准控制信号可以对应于脉冲宽度调制信号。此外，校准元件可以被配置成由调制校准反馈控制信号控制，其中所述校准元件特别包含无源电元件，特别是电阻器，以及由调制校准反馈控制信号控制的开关。另外或替代地，校准元件可以包含增益控制元件，所述增益控制元件由调制校准增益控制信号控制以用于调节增益级的增益，其中所述校准元件特别包含电阻器和由调制校准增益控制信号控制的开关。根据一实施例，校准单元被配置成将循环频率fPWM设置为其中振荡信号的振幅调制低于总振荡振幅的1％、优选地低于总振荡振幅的0.1％的值。根据一实施例，校准单元被配置成将循环频率fPWM设置为从由循环时间确定的频率范围中之一选择的值，所述循环时间不在振荡循环时间Tosc的+/-2％的范围内，优选地不在振荡循环时间Tosc的+/-5％的范围内，大约为由TPWM＝n*Tosc和TPWM＝(n+1/2)*Tosc定义的PWM循环时间TPWM，其中振荡循环时间Tosc对应于振荡频率。基本上，应在某一范围内选择循环时间TPWM，在所述范围内所述循环时间TPWM与振荡循环时间Tosc和(n+1/2)的乘积相距大于振荡循环时间Tosc的2％且不大于25％，优选大于5％且不大于15％。此外，提供频率计数器以测量谐振电路的振荡频率并向校准单元提供振荡频率fosc的指示。根据一实施例，谐振电路可以具有感测线圈和/或感测电容器。根据另一方面，提供一种测量装置，所述测量装置包括振荡传感器和分析电路，所述分析电路被配置成接收振荡信号的指示并提供振幅信号作为指示振荡信号的振幅的传感器信号。此外，谐振电路可以具有感测线圈，所述感测线圈用于检测在感测线圈的感测范围内的传导物体。根据另一方面，提供一种用于操作振荡传感器的方法，所述振荡传感器包括用于提供振荡信号的谐振电路，被配置成向谐振电路提供反馈以注入能量用于激励谐振电路维持振荡的增益级，以及用于调节增益级与谐振电路之间的反馈耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量装置的振荡传感器，包括：/n振荡器，包括：/n谐振电路，用于提供振荡信号；/n增益级，被配置成向所述谐振电路提供反馈，以注入能量用于激励所述振荡器维持振荡；/n至少一个校准元件，用于调节所述振荡器的开环增益；/n校准单元，用于提供调制校准控制信号，以基于至少一个预定的占空比来选择性地调节所述至少一个校准元件的电测量，/n其特征在于：/n所述校准单元还被配置成向所述调制校准控制信号提供至少一个循环频率，所述循环频率取决于振荡频率。/n

【技术特征摘要】
20181025 DE DE102018126645.61.一种用于测量装置的振荡传感器，包括：
振荡器，包括：
谐振电路，用于提供振荡信号；
增益级，被配置成向所述谐振电路提供反馈，以注入能量用于激励所述振荡器维持振荡；
至少一个校准元件，用于调节所述振荡器的开环增益；
校准单元，用于提供调制校准控制信号，以基于至少一个预定的占空比来选择性地调节所述至少一个校准元件的电测量，
其特征在于：
所述校准单元还被配置成向所述调制校准控制信号提供至少一个循环频率，所述循环频率取决于振荡频率。


2.根据权利要求1所述的振荡传感器，其特征在于，所述调制校准控制信号对应于脉冲宽度调制信号。


3.根据权利要求1或2所述的振荡传感器，其特征在于，所述校准元件被配置成由调制校准反馈控制信号控制，其中所述校准元件包含电阻器以及由调制校准反馈控制信号控制的开关。


4.根据权利要求1到3中任一项所述的振荡传感器，其特征在于，所述校准元件包含增益控制元件，所述增益控制元件由调制校准增益控制信号控制以用于调节所述增益级的增益，其中所述校准元件特别包含电阻器和由所述调制校准增益控制信号控制的开关。


5.根据权利要求1到4中任一项所述的振荡传感器，其特征在于，所述校准单元被配置成在改变所述循环频率的同时维持所述至少一个占空比。


6.根据权利要求1到5中任一项所述的振荡传感器，其特征在于，所述校准单元被配置成将循环时间或循环频率fPWM设置为其中所述振荡信号的振幅调制低于总振荡振幅的1％、优选地低于总...

【专利技术属性】
技术研发人员：约亨·法德，
申请(专利权)人：倍加福有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE