WO2008052377A2 - Method and measuring system for measuring a physical quantity - Google Patents

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WO2008052377A2
WO2008052377A2 PCT/CH2007/000534 CH2007000534W WO2008052377A2 WO 2008052377 A2 WO2008052377 A2 WO 2008052377A2 CH 2007000534 W CH2007000534 W CH 2007000534W WO 2008052377 A2 WO2008052377 A2 WO 2008052377A2
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signal
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reference signal
output
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Lars Kamm
Werner Hinn
Roman Baumann
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Hsr Hochschule Für Technik Rapperswil
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G01D18/008Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00 with calibration coefficients stored in memory
    • GPHYSICS
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • G01D3/0365Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves the undesired influence being measured using a separate sensor, which produces an influence related signal

Definitions

  • the invention relates to a method for
  • measuring systems with which even small amplitude changes of physical quantities can be detected, typically have high amplification factors of the order of 10 000 or more.
  • Such measuring systems are typically used when the absolute change in the amplitude of a measurement signal, which is an alternating signal, is to be determined with respect to a known amplitude of a reference signal of the same frequency.
  • the measuring systems include resistive, inductive or capacitive sensors, which are operated with alternating current, whereby typically two identical sensors are used, one of which serves as a measuring sensor and one as a reference sensor.
  • the measuring system 1 comprises a measuring sensor 2, a reference sensor 3 and a calculating unit 4.
  • the calculating unit 4 has a signal source 5 which supplies the measuring sensor 2 and the reference sensor 3 with an alternating voltage V 3 of the frequency f s .
  • the reference sensor 3 is subjected to a constant physical reference quantity, for example a constant pressure, a constant path or a material with constant dielectric, and inputs
  • Reference signal V ref to a reference signal input 6 of the calculation unit 4 from.
  • the measuring sensor 2 is exposed to the physical quantity to be measured and outputs a measuring signal V mess to a measuring signal input 7 of the calculating unit 4.
  • Measurement signal V me ss which is supplied by the measuring sensor 2, depends on the physical quantity to be measured.
  • the amplitude V ref a m pi of the reference signal V r ⁇ f which is output from the reference sensor 3, is constant.
  • the calculation unit 4 forms an amplified difference from the amplitude values of the measurement signal and the reference signal according to FIG.
  • V ou t G (V me ss_ainpl ⁇ Vref_ampl), ⁇
  • V mess _ amp i the amplitude of the measurement signal
  • V re f_ a ⁇ ipi the amplitude of the reference signal
  • V out are the signal applied to a signal output 8 of the calculation unit 4 output signal.
  • Environmental factors such as temperature and humidity, the Equally acting on the measuring sensor 2 and the reference sensor 3 are typically eliminated by the difference formation in the measuring system 1 or in the calculation unit 4.
  • the equation given above for calculating the output signal V out of the measuring system 1 applies to an ideal, error-free measuring system 1.
  • an offset error typically occurs, which is in particular an AC offset error (also AC offset error or AC-OS Called error). This manifests itself typically in that either the measuring signal or reference signal an error signal in the form of an error AC voltage having an amplitude V i acos _ar aP is added.
  • the error signal is typically the same
  • the offset error can be based, for example, on the fact that the partial amplifications in the channels of the measuring system 1 or of the calculation unit 4 assigned to the reference signal and the measuring signal are different or that a crosstalk from the one channel into the other channel takes place. Furthermore, the offset error can also be attributed to the temperature dependence of components or component parameters of the measuring system 1 or the calculation unit 4.
  • the amplification or amplification factor G is not an absolute constant, but also depends on parameter variations of the components used in the measuring system 1 or on the temperature dependencies of these parameters.
  • the variations in the amplification caused by these dependencies are referred to below as gain errors.
  • V aC os_a m pi indicates the offset error formed by the amplitude of the error AC voltage caused by the offset.
  • the method according to the invention for measuring a physical quantity by means of a measuring system comprising a measuring sensor, a signal source and a calculating unit, wherein the calculating unit has a reference signal input, a measuring signal input and a signal output and generates as output signal an amplified difference between a measuring signal and a reference signal characterized by the steps of applying a reference signal to both the reference signal input and the measurement signal input of the calculation unit such that an offset error of the measurement system is determined from the resulting output of the calculation unit
  • Reference signal input an attenuated reference signal and applied to the Meßsignaleingang the reference signal and determined by the difference of the now resulting output of the calculation unit and the previously calculated offset error an Istverstärkungsgrösse that now the reference signal to the reference signal input and a measurement signal applied to the Meßsignaleingang and a corrected output signal is determined by forming the difference
  • Target gain value is, or is increased when the target gain value is greater than the Istverstärkungsgrösse.
  • the predetermined desired amplification variable can be stored, for example, in the measuring system, in particular in the calculation unit, by the manufacturer or by the user.
  • the aforementioned steps are repeated, which advantageously leads to a minimization or elimination of a gain error of the measuring system.
  • the overall gain can be kept constant, i.
  • the aforesaid steps continue to all run through, so that when setting the overall gain time-variable
  • the comparison of the actual amplification variable with the predefined setpoint amplification variable can already be carried out before the measurement signal is applied to the measurement signal input in the method according to the invention.
  • the overall gain can be reduced or increased by changing the amplitude of the signal source, by varying gains of a measurement sensor and a reference sensor with the same factor, and / or by changing a gain of the calculation unit. This list is not exhaustive.
  • the measuring system has a measuring sensor, a signal source for supplying energy to the measuring sensor, a calculating unit which is provided with a reference signal input, a measuring signal input, a signal output and an amplifier and is configured in such a way that, during operation, the signals present at the reference signal input and at the measuring signal input determined an increased difference.
  • a reference multiplexer Next are a reference multiplexer, the
  • Reference signal input is connected upstream, and a measuring multiplexer, which is connected upstream of the measuring signal input, provided by the reference multiplexer, a reference signal and an attenuated reference signal and from the measuring multiplexer, a reference signal and a
  • Measuring signal can be output.
  • the reference multiplexer is preferably preceded by a signal attenuator, which can supply an attenuated reference signal to the reference multiplexer, which in turn can be output therefrom or applied to its output.
  • a microcontroller For controlling the calculation unit, the signal source, the reference multiplexer and / or measuring multiplexer, a microcontroller is preferably provided.
  • the method according to the invention and the measuring system according to the invention can be taken into account and corrected when measuring a physical offset error and gain error of a measuring system. As a result, an accurate measurement of a physical size is possible.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a measuring system without error correction
  • FIG. 2 shows a block diagram of a measuring system without error correction
  • FIG. 3 shows a graphical representation of time profiles of signals occurring in the measuring system according to FIG. 2,
  • Figure 4 is a graph of the offset error measured in a typical implementation versus temperature
  • FIG. 5 shows a graph of the gain error as a function of the temperature measured in a typical implementation
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a measuring system according to the invention
  • FIG. 7 shows a flowchart for illustrating the method according to the invention
  • Figure 8 is a schematic diagram of the control of the overall gain
  • FIG. 9 is a graphic representation of the temporal behavior of magnitudes occurring in the block diagram of FIG.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a measuring system 1 with a measuring sensor 2, a reference sensor 3 and a calculating unit 4.
  • the calculating unit 4 has a signal source 5 which emits an alternating signal V 3 with a frequency f s .
  • the signal source 5 supplies via corresponding unspecified lines the signal sensor 2 and the reference sensor 3 with the alternating signal V 3rd
  • the reference sensor 3 is exposed to a constant physical reference variable and outputs at its output a reference signal V ref with the frequency f s to the reference signal input 6 of the calculation unit 4.
  • the measuring sensor 2 is exposed to the physical quantity to be measured and delivers a measuring signal V mess with the frequency f s to the measuring signal input 7 of the calculating unit 4.
  • the calculation unit 4 furthermore has a first multiplexer 19 and a second multiplexer 20.
  • the multiplexers 19, 20 each have three inputs, with the reference signal and the measuring signal being applied to two of the inputs, while a switching signal V t having a switching frequency f t , which is also referred to as a toggle frequency, is present at the third input.
  • the switching signal is generated by a signal generator 18.
  • the multiplexers 19, 20 switch at the switching frequency ft from the reference signal to the measurement signal or from the measurement signal to the reference signal, so that either the reference signal or the measurement signal is present at the respective one output of the multiplexers 19, 20.
  • the multiplexers 19, 20 are designed in such a way or are driven in such a way via the switching signal V t that, if at the output of the first multiplexer 19, the reference signal is present at the output of the second multiplexer 20, the measurement signal is applied and vice versa.
  • the switching frequency f t is preferably chosen to be much lower than the signal frequency f s .
  • the signal frequency f s is 300 kHz
  • the ümschaltfrequenz f t is 1 kHz.
  • the calculation unit 4 also has a subtraction element 9, which forms the difference between the output signals of the multiplexers 19, 20. That is, the output signal of the subtraction element 9 corresponds to the difference between the reference signal and the measurement signal or the measurement signal and the reference signal.
  • the output signal of the subtraction element 9 is multiplied in a multiplier 10 (so-called multiplier) by a square wave signal having the frequency f s .
  • the rectangular signal is preferably formed via an amplitude limiter circuit 11 (so-called limiter) either from the reference signal generated by the reference sensor 3 or from the signal supplied by the signal source 5.
  • amplitude limiter circuit 11 so-called limiter
  • phase shifter 14 In the unspecified lines to the signal source 5 and to the output of the reference sensor 3 switches 12, 13 are provided, one of which is closed and the other is open, so that at the input of the Amplitudenbealiarscaria 11 either the reference signal or the signal source signal .5 is present. If the square-wave signal is generated from the signal of the signal source 5, it is preferably ensured via a phase shifter 14 that the square-wave signal has the same phase position as the reference signal. For this purpose, in the unspecified line from the signal source 5 to the Amplitudenbegrenzerscnies 11th preferably a phase shifter 14 (so-called phase shifter) is provided.
  • the calculation unit 4 also has a low-pass filter 15, a high-pass filter 16 and an amplifier 17.
  • the output signal V MPY of the multiplier 10 is filtered in the low-pass filter 15, so that high-frequency signal components, including signal components with the frequency 2 f s , can be suppressed.
  • the low-pass filter 15 is preferably designed such that its output variable V L p contains only signal components whose frequency is less than or equal to five times the switching frequency f t , so that a square wave signal of the frequency ft can be reproduced substantially undistorted.
  • the output signal V LP of the low-pass filter 15 is then filtered in the high-pass filter 16 to suppress DC components and to avoid DC offset problems (DC offset problems) in the amplifier 17 following the high-pass filter 16.
  • the output signal of the high-pass filter 16 is amplified.
  • the output signal V out of the amplifier 17 forms the output signal of the measuring system 1 or the signal output at the signal output 8 of the calculation unit 4.
  • the amplifier 17 can also be between the
  • Subtraction 9 and the multiplier 10 may be arranged. However, this would mean that the amplifier 17 would have to be designed with a broader bandwidth than when it is connected downstream of the low-pass filter 15, since the output signal of the subtraction element 9 still remains
  • the multiplier 10 has the effect of a synchronous rectifier, so that a good linearity of the rectification process is ensured.
  • the measuring system 1 shown in FIG. 2 represents a so-called lock in-amplifier, which is characterized in that its filter characteristic is such that spurious signals having a frequency other than the signal frequency f s and their odd multiples, are well suppressed. Interference signals of the frequency f s and their odd multiples can be advantageously suppressed if their phase position deviates from the phase position of the square wave signal which is generated by the amplitude limiter circuit 11. Even very noisy, from the
  • Measuring sensor 2 supplied measurement signals can thus be converted into substantially noise-free output signals V out .
  • FIG. 3 shows exemplary signal profiles of signals which are present in the measuring system illustrated in FIG.
  • the measuring sensor 2 and the reference sensor 3 preferably deliver voltages as the output signal, so that the waveforms shown in FIG. 3 are preferably voltage profiles.
  • the time is indicated on the abscissa of the coordinate systems a) to f) shown in FIG.
  • the switching signal V t is shown.
  • the switching signal is a square wave signal with the
  • Coordinate systems b) and c) show the multiplexer output signals V mux i, V mux2 of the multiplexers 19, 20.
  • the multiplexer output signals V mux i, V muX2 switch in each case after half a period of the switching signal V t of the reference signal to the measurement signal or from the measurement signal to the reference signal, wherein the sake of simplicity of the presentation, the frequency f s of the measurement signal and the reference signal is selected equal to four times the switching frequency f t , while in practice it is preferably selected equal to 300 times the switching frequency f t .
  • the output signal of the subtraction element 9 is shown, which is formed by the difference V mux i - V mU ⁇ 2 .
  • the output signal V L p of the low-pass filter 15 is the output signal V MPY of the multiplier 10 filtered with the low-pass filter 15.
  • the parameters of the low-pass filter 15 are chosen so that the output signal V LP of the low-pass filter 15 is a substantially rectangular signal with the frequency ft.
  • In the coordinate system f) is amplified with the amplifier 17 output signal V LP of the low-pass filter 15, which was preferably additionally filtered by the high-pass filter 16 is shown.
  • the output signal V out of the amplifier 17 is likewise a substantially rectangular signal of the frequency f t with a greater amplitude than the low-pass filter output signal V LP .
  • Output signal V out of the amplifier 17 is defined as twice the amplitude of the output signal V out and is proportional to the difference between the amplitude V mess _ampi of the measurement signal and the amplitude V ref _ at the pi of the reference signal, ie
  • Voutpp 2 G (V me ss_ampl ⁇ V re f_ampl) r
  • G represents the gain of the amplifier 17.
  • the peak-peak amplitude V out p P is preferably digitized via an analog-to-digital converter and determined numerically using a microcontroller.
  • the analog / digital converter can be integrated in the microcontroller.
  • the peak peak amplitude V outpp should be 0 if the amplitude Vm e ss_ainpi of the measurement signal is equal to the amplitude V re f_ampi of the reference signal.
  • V acos also called V offs e t
  • V O utpp vacos
  • FIG. 4 shows the typical course of a
  • Offset error V acOs as a function of the temperature T, where the temperature T is indicated on the abscissa and the offset error V aCos on the ordinate.
  • the output signal V out also a certain constant value.
  • FIG. 5 shows a typical progression of the gain error as a function of the temperature, wherein the temperature T is indicated on the abscissa and the percentage gain error factor G Fe h e r on the ordinate.
  • FIG. 5 shows two curves, wherein the curve with the lower-frequency signal component corresponds to the mean value of the curve with the higher-frequency signal component.
  • FIG. 6 shows a block diagram of a measuring system 21 according to the invention, which comprises a measuring sensor 3, a reference sensor 2 and a calculating unit 22.
  • the calculation unit 22 is preferably configured according to the calculation unit 4 (see FIG. 2).
  • the calculation unit 22 has a
  • Signal source 5 for outputting a signal V s with a frequency f s , a reference signal input 6, a
  • the signal source 5 can also be provided outside the calculation unit 22.
  • the reference signal input 6 is preceded by a reference multiplexer 23 and the measuring signal input 7 is a
  • the multiplexers 23, 24 each have three signal inputs and a signal output, which are not specified.
  • Two signal inputs of the reference multiplexer 23 are connected to the output of the reference sensor 2, wherein between the reference sensor 2 and one of the signal inputs of the reference multiplexer 23, a signal attenuator 25 is connected, so that at the connected to the signal attenuator 25 signal input of the reference multiplexer 23, an attenuated reference signal is applied.
  • One of the inputs of the measuring multiplexer 24 is connected to the output of the measuring sensor 3, while another input of the measuring multiplexer 24 is connected to the output of the reference sensor 2.
  • the multiplexers 23, 24 and / or the signal attenuator 25 can also be arranged within the calculation unit 22.
  • a microcontroller 26 which controls the multiplexers 23, 24 via control signals S 0 and s x .
  • the control signal Si is the
  • the calculation unit 22 preferably corresponds to the calculation unit 4 shown in FIG. 2, in which two further multiplexers 19, 20 are provided (compare FIG. 2).
  • the microcontroller 26 preferably generates a control signal s t which serves the switching signal V t with the frequency ft for driving the multiplexer 19, 20 provided in the calculation unit 22 or 4, as configured according to FIG.
  • An analog / digital converter 27 is preferably provided which digitizes the output signal V out of the calculation unit 22 or of the measuring system 21.
  • the numerical value of the peak-peak amplitude Voutpp of the output signal V ou t can be calculated in the microcontroller 26 and stored in a register of the microcontroller 26.
  • the analog / digital converter 27 is preferably integrated in the microcontroller 26.
  • the microcontroller 26 preferably carries out the method according to the invention described below with reference to FIG. 7, corrects the output signal V out of offset and amplification errors and then preferably makes the corrected output signal available digitally, for example via a serial interface.
  • FIG. 7 shows a flowchart of the method according to the invention.
  • a first method step 30 which serves to determine the offset error
  • the reference multiplexer 23 and the measuring multiplexer 24 are controlled by the control signals so and Si by the microcontroller 26 such that both at the output of
  • Reference signal input 6 as well as at the measuring signal input 7 of the calculation unit 22 is thus the reference signal and at the signal output 8 of the calculation unit 22 results in the output signal
  • V r ⁇ f corresponds to the reference signal
  • V acos corresponds to the offset error
  • g the gain error factor
  • G the gain of the computing unit 22.
  • Output signal V out is proportional to offset error V acos and is referred to as an offset signal.
  • the offset signal would have the value 0.
  • the value determined for the offset signal is preferably stored in a register D 0 of the microcontroller 26.
  • the microcontroller 26 controls the reference multiplexer 23 in such a way that the attenuated reference signal aV ref is present at its output.
  • the control signal Si has the value 0.
  • the control signal So has the value 1. At the signal output 8 of the calculation unit 22 or the measuring system 21, the following output signal results
  • a corresponds to the attenuation factor of the signal attenuator 25 and is preferably less than 1.
  • the determined value for the output signal V out is preferably stored in a register Di of the microcontroller 26.
  • the actual gain value is the value
  • step 32 a correction of the ascertained in step 32 output to set offset from the Off or to the offset signal.
  • Method step 33 is the measurement sensor measurement, in which the microcontroller 26 drives the reference multiplexer 23 in such a way that the reference signal V Ee: E is present at its output, and controls the measurement multiplexer 24 in such a way that the measurement signal V meSs is present at its output.
  • the reference signal V re f is present at the reference signal input 6 and the measurement signal V mess is present at the measurement signal input 7.
  • the signal output 8 results in the output signal
  • Vout gG (VMeas ⁇ V re f + acos V)
  • the value ascertained for the corrected output signal V out is preferably stored in a register D mess of the microcontroller 26 and can be called from there, for example via a serial interface.
  • the corrected output signal V out korr is initially still subject to a gain error (in the equations considered by the gain error factor g). This is eliminated iteratively in the following.
  • the actual amplification variable stored in the register D is compared with a predetermined setpoint amplification variable, which is stored, for example, in a register D so n of the microcontroller 26. If there is no gain error, ie
  • Gain factor g has the value 1, so the Istverstärkungsgrösse corresponds to the target gain size. If, on the other hand, it is determined in method step 35 that the actual gain variable is greater than the setpoint gain variable, then a
  • Process step 36 reduces the overall gain of the measuring system 21. If it is determined in method step 35 that the actual amplification variable is smaller than the desired amplification variable, then in a method step 37 the overall amplification of
  • Measuring system 21 increased. After increasing or reducing the overall gain of the measuring system 21, the method steps 30 to 35 and 36 or 37 are repeated. The repeated execution of the method steps can take place until the actual amplification variable corresponds to the desired amplification variable. Then the overall gain of the Messsysteins 21 are kept constant. However, in order to be able to correct continuously amplification errors that may occur due to time-varying temperature conditions, the method steps 30 to 35 and 36 or 37 are preferably carried out repeatedly.
  • the overall gain of the measurement system 21 may preferably be altered thereby, i. reduced or increased, that, in particular by means of the microcontroller 26, the gain G of
  • Calculation unit 22 is reduced or increased.
  • the amplitude of the signal V s supplied by the signal source 5, for example likewise by means of the microcontroller 26, can be changed.
  • a signal V s supplied by the signal source 5 for example likewise by means of the microcontroller 26
  • a signal V s supplied by the signal source 5 for example likewise by means of the microcontroller 26
  • Amplification of the multiplier 10 of the calculation unit 22 or 4 are increased or reduced. This can also be done by means of the microcontroller 26. Furthermore, additional adjustable amplifiers or attenuators can be provided at corresponding points in the measuring system 21, for example within an electronics associated with the measuring sensor 3. Also, the overall gain of the measurement system 21 can be influenced via a change in a reference voltage of the analog / digital converter 27.
  • FIG. 8 shows a block diagram of a control for correcting the gain error.
  • the controlled system is formed by the measuring system 21 (cf. FIG. 6). On the controlled system 21 affects a disturbance, such as a jump
  • the output variable of the measuring system 21 is formed by the actual amplification variable, and a reference value-actual value comparison takes place at a connection point 40, wherein the desired value is formed by the desired amplification variable and the actual value by the actual amplification variable.
  • the difference between the nominal value determined at the connection point 40 and actual value is applied to a quantizer 41, by means of which the value of the gain manipulated variable is determined as the output value during the transition from step 35 to step 30 via step 36 or 37 (see FIG.
  • the output value of the quantizer 41 is applied to an integrator 42 whose output variable represents the gain control variable for setting the overall gain of the controlled system or of the measuring system 21.
  • FIG. 9 shows the curves of signals or magnitudes occurring in the basic circuit diagram of FIG. 8.
  • the coordinate system g) shows the temporal course of a disturbance variable at which an interference quantity jump, for example a temperature jump, takes place at the instant t.sub.i.
  • Coordinate system h) shows the course of the Istverstärkungsgrösse, which is adjusted to a target gain value (setpoint). After the abrupt change in the disturbance variable at time
  • Coordinate system i) the temporal course of the gain control variable is shown.
  • the gain variable changes so long until the target gain is reached. After that, it oscillates around a constant mean, unless the control process is stopped and the gain is frozen.
  • the gain control variable begins to move again until the

Abstract

The invention relates to a method for measuring a physical quantity by means of a measuring system comprising a measuring sensor, a signal source and a computation unit, wherein the computation unit has a reference signal input, a measurement signal input and a signal output and generates an amplified difference between a measurement signal and a reference signal as output signal. In the method, a reference signal is applied both to the reference signal input and to the measurement signal input of the computation unit, an offset error of the measuring system is determined from the resultant output signal of the computation unit, an attenuated reference signal is applied to the reference signal input and the reference signal is applied to the measurement signal input and an actual gain quantity is determined by the difference between the then resultant output signal of the computation unit and the previously calculated offset error, then the reference signal is applied to the reference signal input and a measurement signal is applied to the measurement signal input and a corrected output signal is determined by forming the difference between the resultant output signal of the computation unit and the offset error and the actual gain quantity is compared with a predetermined desired gain quantity and a total gain of the measuring system is reduced if the actual gain quantity is greater than the desired gain quantity, or increased if the desired gain quantity is greater than the actual gain quantity. The invention furthermore relates to a measuring system for carrying out such a method.

Description

Verfahren und Messsystem zum Messen einer physikalischen Grösse Method and measuring system for measuring a physical quantity
Hinweis auf verwandte AnmeldungenReference to related applications
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Schweizer Patentanmeldung Nr. 1740/06, die am 2. November 2006 eingereicht wurde und deren ganze Offenbarung hiermit durch Bezug aufgenommen wird.This application claims the benefit of Swiss Patent Application No. 1740/06, filed Nov. 2, 2006, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zumThe invention relates to a method for
Messen einer physikalischen Grosse gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Messsystem zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7.Measuring a physical quantity according to the preamble of claim 1 and a measuring system for carrying out such a method according to the preamble of claim 7.
Stand der TechnikState of the art
Bekannte Messsysteme, mit denen auch kleine Amplitudenänderungen physikalischer Grossen erfasst werden können, besitzen typischerweise hohe Verstärkungsfaktoren in der Grössenordnung von 10 '000 oder mehr. Solche Messsysteme werden typischerweise eingesetzt, wenn die absolute Änderung der Amplitude eines Messsignals, bei dem es sich um ein Wechselsignal handelt, gegenüber einer bekannten Amplitude eines frequenzgleichen Referenzsignals ermittelt werden soll. Bei derart grossen Verstärkungsfaktoren erzeugen kleinste Bauteiltoleranzen von in den Messsystemen enthaltenen Bauteilen oftmals erhebliche Offset- und Verstärkungsfehler, wobei die Offset- und Verstärkungsfehler in der Regel temperaturabhängig sind. Die Messsysteme umfassen resistive, induktive oder kapazitive Sensoren, die mit Wechselstrom betrieben werden, wobei typischerweise zwei identische Sensoren zur Anwendung kommen, von denen einer als Messsensor und einer als Referenzsensor dient.Known measuring systems, with which even small amplitude changes of physical quantities can be detected, typically have high amplification factors of the order of 10 000 or more. Such measuring systems are typically used when the absolute change in the amplitude of a measurement signal, which is an alternating signal, is to be determined with respect to a known amplitude of a reference signal of the same frequency. With such large gain factors, the smallest component tolerances of components contained in the measurement systems often produce significant offset and gain errors, the offset and gain errors typically being temperature dependent. The measuring systems include resistive, inductive or capacitive sensors, which are operated with alternating current, whereby typically two identical sensors are used, one of which serves as a measuring sensor and one as a reference sensor.
Ein solches Messsystem ist in der Figur 1 dargestellt. Das Messsystem 1 umfasst einen Messsensor 2, einen Referenzsensor 3 und eine Berechnungseinheit 4. Die Berechnungseinheit 4 weist eine Signalquelle 5 auf, die den Messsensor 2 und den Referenzsensor 3 mit einer Wechselspannung V3 der Frequenz fs versorgt. Der Referenzsensor 3 ist einer konstanten physikalischen Referenzgrösse ausgesetzt, beispielsweise einem konstanten Druck, einem konstanten Weg oder einem Material mit konstantem Dielektrikum, und gibt einSuch a measuring system is shown in FIG. The measuring system 1 comprises a measuring sensor 2, a reference sensor 3 and a calculating unit 4. The calculating unit 4 has a signal source 5 which supplies the measuring sensor 2 and the reference sensor 3 with an alternating voltage V 3 of the frequency f s . The reference sensor 3 is subjected to a constant physical reference quantity, for example a constant pressure, a constant path or a material with constant dielectric, and inputs
Referenzsignal Vref an einen Referenzsignaleingang 6 der Berechnungseinheit 4 ab. Der Messsensor 2 ist der zu messenden physikalischen Grosse ausgesetzt und gibt ein Messsignal Vmess an einen Messsignaleingang 7 der Berechnungseinheit 4 ab. Die Amplitude Vmess ampi desReference signal V ref to a reference signal input 6 of the calculation unit 4 from. The measuring sensor 2 is exposed to the physical quantity to be measured and outputs a measuring signal V mess to a measuring signal input 7 of the calculating unit 4. The amplitude V meas amp i of
Messsignals Vmess, welches von dem Messsensor 2 geliefert wird, hängt von der zu messenden physikalischen Grösse ab. Die Amplitude Vref ampi des Referenzsignals Vrβf, welches von dem Referenzsensor 3 abgegeben wird, ist konstant. Bei einem fehlerfrei arbeitenden Messsystem 1 bildet die Berechnungseinheit 4 eine verstärkte Differenz aus den Amplitudenwerten des Messsignals und des Referenzsignals gemässMeasurement signal V me ss, which is supplied by the measuring sensor 2, depends on the physical quantity to be measured. The amplitude V ref a m pi of the reference signal V rβf , which is output from the reference sensor 3, is constant. In an error-free measuring system 1, the calculation unit 4 forms an amplified difference from the amplitude values of the measurement signal and the reference signal according to FIG
Vout = G (Vmess_ainpl ~ Vref_ampl ) ,■V ou t = G (V me ss_ainpl ~ Vref_ampl), ■
wobei G die Verstärkung der fehlerfrei arbeitenden Berechnungseinheit 4, Vmess_ampi die Amplitude des Messsignals, Vref_aπipi die Amplitude des Referenzsignals und Vout das an einem Signalausgang 8 der Berechnungseinheit 4 anliegende Ausgangssignal sind. Umwelteinflüsse wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit, die gleichermassen auf den Messsensor 2 und den Referenzsensor 3 einwirken, werden durch die Differenzbildung im Messsystem 1 bzw. in der Berechnungseinheit 4 typischerweise eliminiert. Die oben angegebene Gleichung zur Berechnung des Ausgangssignals Vout des Messsystems 1 gilt für ein ideales, fehlerfrei arbeitendes Messsystem 1. Bei einem realen Messsystem tritt jedoch typischerweise ein Offsetfehler, bei dem es sich insbesondere um einen Wechselstromoffsetfehler (auch AC-Offsetfehler oder AC- OS-Fehler genannt) handelt, auf. Dieser äussert sich typischerweise dahingehend, dass entweder zum Messsignal oder zum Referenzsignal ein Fehlersignal in Form einer Fehlerwechselspannung mit einer Amplitude Vacos_araPi addiert wird. Das Fehlersignal weist typischerweise dieselbewhere G is the gain of the error-free computing unit 4, V mess _ amp i the amplitude of the measurement signal, V re f_ a πipi the amplitude of the reference signal and V out are the signal applied to a signal output 8 of the calculation unit 4 output signal. Environmental factors such as temperature and humidity, the Equally acting on the measuring sensor 2 and the reference sensor 3 are typically eliminated by the difference formation in the measuring system 1 or in the calculation unit 4. The equation given above for calculating the output signal V out of the measuring system 1 applies to an ideal, error-free measuring system 1. However, in a real measuring system an offset error typically occurs, which is in particular an AC offset error (also AC offset error or AC-OS Called error). This manifests itself typically in that either the measuring signal or reference signal an error signal in the form of an error AC voltage having an amplitude V i acos _ar aP is added. The error signal is typically the same
Frequenz wie das Messsignal bzw. das Referenzsignal auf. Der Offsetfehler kann beispielsweise darauf beruhen, dass die Teilverstärkungen in den dem Referenzsignal und dem Messsignal zugeordneten Kanälen des Messsystems 1 bzw. der Berechnungseinheit 4 unterschiedlich sind oder dass ein Übersprechen von dem einen Kanal in den anderen Kanal erfolgt. Ferner kann der Offsetfehler auch auf die Temperaturabhängigkeit von Bauteilen bzw. von Bauteileparametern des Messsystems 1 bzw. der Berechnungseinheit 4 zurückzuführen sein.Frequency as the measuring signal or the reference signal. The offset error can be based, for example, on the fact that the partial amplifications in the channels of the measuring system 1 or of the calculation unit 4 assigned to the reference signal and the measuring signal are different or that a crosstalk from the one channel into the other channel takes place. Furthermore, the offset error can also be attributed to the temperature dependence of components or component parameters of the measuring system 1 or the calculation unit 4.
Üblicherweise ist in realen Messsystemen auch die Verstärkung bzw. der Verstärkungsfaktor G keine absolute Konstante, sondern ebenfalls von Parameterstreuungen der in dem Messsystem 1 verwendeten Bauteile bzw. von den Temperaturabhängigkeiten dieser Parameter abhängig. Die durch diese Abhängigkeiten hervorgerufenen Schwankungen der Verstärkung werden im Folgenden als Verstärkungsfehler bezeichnet.Usually, in real measuring systems, the amplification or amplification factor G is not an absolute constant, but also depends on parameter variations of the components used in the measuring system 1 or on the temperature dependencies of these parameters. The variations in the amplification caused by these dependencies are referred to below as gain errors.
Für ein reales Messsystem 1, d.h. für ein Messsystem 1, welches mit einem Offsetfehler und einem Verstärkungsfehler behaftet ist, ergibt sich das Ausgangssignal des Messsystems 1 bzw. der Berechnungseinheit 4 gemäss der folgenden Gleichung:For a real measuring system 1, ie for a measuring system 1, which is subject to an offset error and a gain error, this results Output signal of the measuring system 1 or the calculation unit 4 according to the following equation:
V0Ut — gG (Vmess_ampi - Vref_ampl + VaCos_ampl ) tV 0 Ut - gG (V mess _ a mpi - V re f_ampl + V aC os_ampl) t
wobei g den Verstärkungsfehlerfaktor repräsentiert, welcher typischerweise zwischen 0.95 und 1.05 liegt, und VaCos_ampi den Offsetfehler angibt, welcher durch die Amplitude der durch den Offset hervorgerufenen Fehlerwechselspannung gebildet wird.where g represents the gain error factor, which is typically between 0.95 and 1.05, and V aC os_a m pi indicates the offset error formed by the amplitude of the error AC voltage caused by the offset.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einIt is an object of the present invention
Verfahren zum Messen einer physikalischen Grosse und ein Messsystem zur Durchführung eines Verfahrens zum Messen einer physikalischen Grosse zu schaffen, mit denen der Einfluss von Offsetfehlern und Verstärkungsfehlern auf das Messergebnis verringert werden kann.To provide a method for measuring a physical quantity and a measuring system for carrying out a method for measuring a physical quantity, with which the influence of offset errors and amplification errors on the measurement result can be reduced.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Messen einer physikalischen Grösse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Messen einer physikalischen Grosse mittels eines Messsystems, das einen Messsensor, eine Signalquelle und eine Berechnungseinheit umfasst, wobei die Berechnungseinheit einen Referenzsignaleingang, einen Messsignaleingang und einen Signalausgang aufweist und als Ausgangssignal eine verstärkte Differenz aus einem Messsignal und einem Referenzsignal erzeugt, kennzeichnet sich durch die Schritte aus, dass ein Referenzsignal sowohl an den Referenzsignaleingang als auch an den Messsignaleingang der Berechnungseinheit angelegt wird, dass aus dem sich ergebenden Ausgangssignal der Berechnungseinheit ein Offsetfehler des Messsystems bestimmt wird, dass an den Referenzsignaleingang ein abgeschwächtes Referenzsignal und an den Messsignaleingang das Referenzsignal angelegt und durch die Differenz aus dem sich nun ergebenden Ausgangssignal der Berechnungseinheit und dem vorher berechneten Offsetfehler eine Istverstärkungsgrösse bestimmt, dass nun das Referenzsignal an den Referenzsignaleingang und ein Messsignal an den Messsignaleingang angelegt und ein korrigiertes Ausgangssignal durch Bildung der Differenz aus dem sich ergebenden Ausgangssignal der Berechnungseinheit und dem Offsetfehler bestimmt wird, dass nun, nachdem die Istverstärkungsgrösse bestimmt ist, diese mit einer vorgegebenen Sollverstärkungsgrösse verglichen und eine Gesamtverstärkung des Messsystems reduziert wird, wenn die Istverstärkungsgrösse grösser als dieThis object is achieved by a method for measuring a physical quantity with the features of claim 1 and by a measuring system having the features of claim 7. The method according to the invention for measuring a physical quantity by means of a measuring system comprising a measuring sensor, a signal source and a calculating unit, wherein the calculating unit has a reference signal input, a measuring signal input and a signal output and generates as output signal an amplified difference between a measuring signal and a reference signal characterized by the steps of applying a reference signal to both the reference signal input and the measurement signal input of the calculation unit such that an offset error of the measurement system is determined from the resulting output of the calculation unit Reference signal input an attenuated reference signal and applied to the Meßsignaleingang the reference signal and determined by the difference of the now resulting output of the calculation unit and the previously calculated offset error an Istverstärkungsgrösse that now the reference signal to the reference signal input and a measurement signal applied to the Meßsignaleingang and a corrected output signal is determined by forming the difference from the resulting output of the calculation unit and the offset error that now, after the Istverstärkungsgrösse is determined, this compared with a predetermined target gain size and an overall gain of the measuring system is reduced when the Istverstärkungsgröße is greater than that
Sollverstärkungsgrösse ist, oder erhöht wird, wenn die Sollverstärkungsgrösse grösser als die Istverstärkungsgrösse ist.Target gain value is, or is increased when the target gain value is greater than the Istverstärkungsgrösse.
Die vorgegebene Sollverstärkungsgrösse kann beispielsweise in dem Messsystem, insbesondere in der Berechnungseinheit, vom Hersteller oder vom Benutzer hinterlegt sein. Die vorgenannten Schritte werden wiederholt, was vorteilhafterweise zu einer Minimierung oder Beseitigung eines Verstärkungsfehlers des Messsystems führt. Ist der Verstärkungsfehler beseitigt, so kann die GesamtVerstärkung konstant gehalten, d.h. „eingefroren" werden. Vorzugsweise werden die vorgenannten Schritte jedoch weiterhin sämtlich durchlaufen, so dass bei der Einstellung der Gesamtverstärkung zeitlich veränderlicheThe predetermined desired amplification variable can be stored, for example, in the measuring system, in particular in the calculation unit, by the manufacturer or by the user. The aforementioned steps are repeated, which advantageously leads to a minimization or elimination of a gain error of the measuring system. When the gain error is eliminated, the overall gain can be kept constant, i. Preferably, however, the aforesaid steps continue to all run through, so that when setting the overall gain time-variable
Temperatureinflüsse berücksichtigt und laufend auskorrigiert werden können. Der Vergleich der Istverstärkungsgrösse mit der vorgegebenen Sollverstärkungsgrösse kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren bereits vor dem Anlegen des Messsignals an den Messsignaleingang erfolgen. Die Gesamtverstärkung kann durch Veränderung der Amplitude der Signalquelle, durch Veränderung von Verstärkungen eines Messsensors und eines Referenzsensors mit dem selben Faktor und/oder durch Veränderung einer Verstärkung der Berechnungseinheit reduziert oder erhöht werden. Diese Aufzählung ist nicht abschliessend.Temperature influences taken into account and can be corrected on an ongoing basis. The comparison of the actual amplification variable with the predefined setpoint amplification variable can already be carried out before the measurement signal is applied to the measurement signal input in the method according to the invention. The overall gain can be reduced or increased by changing the amplitude of the signal source, by varying gains of a measurement sensor and a reference sensor with the same factor, and / or by changing a gain of the calculation unit. This list is not exhaustive.
Das erfindungsgemässe Messsystem weist einen Messsensor, eine Signalquelle zur Energieversorgung des Messsensors, eine Berechnungseinheit, die mit einem Referenzsignaleingang, einem Messsignaleingang, einem Signalausgang und einem Verstärker versehen ist und derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb aus den am Referenzsignaleingang und am Messsignaleingang anliegenden Signalen eine verstärkte Differenz ermittelt. Weiter sind ein Referenzmultiplexer, der demThe measuring system according to the invention has a measuring sensor, a signal source for supplying energy to the measuring sensor, a calculating unit which is provided with a reference signal input, a measuring signal input, a signal output and an amplifier and is configured in such a way that, during operation, the signals present at the reference signal input and at the measuring signal input determined an increased difference. Next are a reference multiplexer, the
Referenzsignaleingang vorgeschaltet ist, und ein Messmultiplexer, der dem Messsignaleingang vorgeschaltet ist, vorgesehen, wobei von dem Referenzmultiplexer ein Referenzsignal und ein abgeschwächtes Referenzsignal und von dem Messmultiplexer ein Referenzsignal und einReference signal input is connected upstream, and a measuring multiplexer, which is connected upstream of the measuring signal input, provided by the reference multiplexer, a reference signal and an attenuated reference signal and from the measuring multiplexer, a reference signal and a
Messsignal ausgebbar sind. Dem Referenzmultiplexer ist vorzugsweise ein Signalabschwächer vorgeschaltet, der ein abgeschwächtes Referenzsignal an den Referenzmultiplexer liefern kann, welches dann wiederum von diesem ausgebbar ist bzw. an dessen Ausgang anliegt.Measuring signal can be output. The reference multiplexer is preferably preceded by a signal attenuator, which can supply an attenuated reference signal to the reference multiplexer, which in turn can be output therefrom or applied to its output.
Zur Ansteuerung der Berechnungseinheit, der Signalquelle, des Referenzmultiplexers und/oder Messmultiplexers ist vorzugsweise ein Mikrocontroller vorgesehen. Durch das erfindungsgemässe Verfahren und das erfindungsgemässe Messsystem können beim Messen einer physikalischen Grosse Offsetfehler und Verstärkungsfehler eines Messsystem berücksichtigt und auskorrigiert werden. Hierdurch ist ein genaues Messen einer physikalischen Grosse möglich. Kurze Beschreibung der ZeichnungenFor controlling the calculation unit, the signal source, the reference multiplexer and / or measuring multiplexer, a microcontroller is preferably provided. The method according to the invention and the measuring system according to the invention can be taken into account and corrected when measuring a physical offset error and gain error of a measuring system. As a result, an accurate measurement of a physical size is possible. Brief description of the drawings
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the embodiments illustrated below with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Messsystems ohne Fehlerkorrektur,FIG. 1 shows a schematic representation of a measuring system without error correction,
Figur 2 ein Blockdiagramm eines Messsystems ohne Fehlerkorrektur,FIG. 2 shows a block diagram of a measuring system without error correction,
Figur 3 eine graphische Darstellung von zeitlichen Verläufen von in dem Messsystem nach Figur 2 auftretenden Signalen,FIG. 3 shows a graphical representation of time profiles of signals occurring in the measuring system according to FIG. 2,
Figur 4 eine graphische Darstellung des in einer typischen Implementation gemessenen Offsetfehlers in Abhängigkeit von der Temperatur,Figure 4 is a graph of the offset error measured in a typical implementation versus temperature;
Figur 5 eine graphische Darstellung des in einer typischen Implementation gemessenen Verstärkungsfehlers in Abhängigkeit von der Temperatur, Figur 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Messsystems,FIG. 5 shows a graph of the gain error as a function of the temperature measured in a typical implementation, FIG. 6 shows a schematic representation of a measuring system according to the invention,
Figur 7 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemässen Verfahrens,FIG. 7 shows a flowchart for illustrating the method according to the invention,
Figur 8 ein Prinzipschaltbild der Regelung der Gesamtverstärkung undFigure 8 is a schematic diagram of the control of the overall gain and
Figur 9 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verhaltens von in dem Prinzipschaltbild nach Figur 8 auftretenden Grossen.FIG. 9 is a graphic representation of the temporal behavior of magnitudes occurring in the block diagram of FIG.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen strukturell bzw. funktionell gleichwirkende Komponenten. Weg(e) zur Ausführung der ErfindungIn the figures, like reference numerals designate structurally or functionally equivalent components. Way (s) for carrying out the invention
Figur 1 ist bereits in derFigure 1 is already in the
Beschreibungseinleitung beschrieben, auf welche hier verwiesen wird.Description of the description described, which is referred to here.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Messsystems 1 mit einem Messsensor 2, einem Referenzsensor 3 und einer Berechnungseinheit 4. Die Berechnungseinheit 4 weist eine Signalquelle 5 auf, die ein Wechselsignal V3 mit einer Frequenz fs abgibt. Die Signalquelle 5 versorgt über entsprechende, nicht näher bezeichnete Leitungen den Signalsensor 2 und den Referenzsensor 3 mit dem Wechselsignal V3. Der Referenzsensor 3 ist einer konstanten physikalischen Referenzgrösse ausgesetzt und gibt an seinem Ausgang ein Referenzsignal Vref mit der Frequenz fs an den Referenzsignaleingang 6 der Berechnungseinheit 4 ab. Der Messsensor 2 ist der zu messenden physikalischen Grosse ausgesetzt und liefert ein Messsignal Vmess mit der Frequenz fs an den Messsignaleingang 7 der Berechnungseinheit 4.FIG. 2 shows a block diagram of a measuring system 1 with a measuring sensor 2, a reference sensor 3 and a calculating unit 4. The calculating unit 4 has a signal source 5 which emits an alternating signal V 3 with a frequency f s . The signal source 5 supplies via corresponding unspecified lines the signal sensor 2 and the reference sensor 3 with the alternating signal V 3rd The reference sensor 3 is exposed to a constant physical reference variable and outputs at its output a reference signal V ref with the frequency f s to the reference signal input 6 of the calculation unit 4. The measuring sensor 2 is exposed to the physical quantity to be measured and delivers a measuring signal V mess with the frequency f s to the measuring signal input 7 of the calculating unit 4.
Die Berechnungseinheit 4 weist ferner einen ersten Multiplexer 19 und einen zweiten Multiplexer 20 auf. Die Multiplexer 19, 20 weisen jeweils drei Eingänge auf, wobei an zweien der Eingänge das Referenzsignal und das Messsignal anliegen, während an dem dritten Eingang ein Umschaltsignal Vt mit einer Umschaltfrequenz ft, die auch als Toggle-Frequenz bezeichnet wird, anliegt. Das Umschaltsignal wird von einem Signalgenerator 18 erzeugt. Die Multiplexer 19, 20 schalten mit der Umschaltfrequenz ft von dem Referenzsignal auf das Messsignal bzw. von dem Messsignal auf das Referenzsignal um, so dass an dem jeweils einen Ausgang der Multiplexer 19, 20 entweder das Referenzsignal oder das Messsignal anliegt. Die Multiplexer 19, 20 sind derart ausgeführt bzw. werden derart über das Umschaltsignal Vt angesteuert, dass, wenn am Ausgang des ersten Multiplexers 19 das Referenzsignal anliegt am Ausgang des zweiten Multiplexers 20 das Messsignal anliegt und umgekehrt. Die Umschaltfrequenz ft ist vorzugsweise wesentlich geringer gewählt als die Signalfrequenz fs. Beispielsweise beträgt die Signalfrequenz fs 300 kHz, während die ümschaltfrequenz ft 1 kHz beträgt.The calculation unit 4 furthermore has a first multiplexer 19 and a second multiplexer 20. The multiplexers 19, 20 each have three inputs, with the reference signal and the measuring signal being applied to two of the inputs, while a switching signal V t having a switching frequency f t , which is also referred to as a toggle frequency, is present at the third input. The switching signal is generated by a signal generator 18. The multiplexers 19, 20 switch at the switching frequency ft from the reference signal to the measurement signal or from the measurement signal to the reference signal, so that either the reference signal or the measurement signal is present at the respective one output of the multiplexers 19, 20. The multiplexers 19, 20 are designed in such a way or are driven in such a way via the switching signal V t that, if at the output of the first multiplexer 19, the reference signal is present at the output of the second multiplexer 20, the measurement signal is applied and vice versa. The switching frequency f t is preferably chosen to be much lower than the signal frequency f s . For example, the signal frequency f s is 300 kHz, while the ümschaltfrequenz f t is 1 kHz.
Die Berechnungseinheit 4 weist ferner ein Subtraktionsglied 9 auf, welches die Differenz aus den Ausgangssignalen der Multiplexer 19, 20 bildet. D.h., das Ausgangssignal des Subtraktionsgliedes 9 entspricht der Differenz aus dem Referenzsignal und dem Messsignal bzw. dem Messsignal und dem Referenzsignal.The calculation unit 4 also has a subtraction element 9, which forms the difference between the output signals of the multiplexers 19, 20. That is, the output signal of the subtraction element 9 corresponds to the difference between the reference signal and the measurement signal or the measurement signal and the reference signal.
Das Ausgangsignal des Subtraktionsgliedes 9 wird in einem Multiplizierer 10 (sogenannter Multiplier) mit einem Rechtecksignal mit der Frequenz fs multipliziert. Das Rechtecksignal wird vorzugsweise über eine Amplitudenbegrenzerschaltung 11 (sogenannter Limiter) entweder aus dem von dem Referenzsensor 3 generierten Referenzsignal oder aus dem von der Signalquelle 5 gelieferten Signal gebildet. Es sind entsprechende, nicht näher bezeichnete Leitungen vorgesehen, die die Amplitudenbegrenzerschaltung 11 mit der Signalquelle 5, dem Ausgang des Referenzsensors 3 und dem Multiplizierer 10 verbinden. In den nicht näher bezeichneten Leitungen zu der Signalquelle 5 und zu dem Ausgang des Referenzsensors 3 sind Schalter 12, 13 vorgesehen, von denen jeweils einer geschlossen und der andere geöffnet ist, so dass am Eingang der Amplitudenbegrenzerschaltung 11 entweder das Referenzsignal oder das Signal der Signalquelle .5 anliegt. Wird das Rechtecksignal aus dem Signal der Signalquelle 5 erzeugt, so wird vorzugsweise über einen Phasenschieber 14 gewährleistet, dass das Rechtecksignal dieselbe Phasenlage aufweist wie das Referenzsignal. Hierzu ist in der nicht näher bezeichneten Leitung von der Signalquelle 5 zu der Amplitudenbegrenzerschaltung 11 vorzugsweise ein Phasenschieber 14 (sogenannter Phase Shifter) vorgesehen.The output signal of the subtraction element 9 is multiplied in a multiplier 10 (so-called multiplier) by a square wave signal having the frequency f s . The rectangular signal is preferably formed via an amplitude limiter circuit 11 (so-called limiter) either from the reference signal generated by the reference sensor 3 or from the signal supplied by the signal source 5. There are corresponding, unspecified lines are provided which connect the Amplitudenbegrenzerschaltung 11 with the signal source 5, the output of the reference sensor 3 and the multiplier 10. In the unspecified lines to the signal source 5 and to the output of the reference sensor 3 switches 12, 13 are provided, one of which is closed and the other is open, so that at the input of the Amplitudenbegrenzerschaltung 11 either the reference signal or the signal source signal .5 is present. If the square-wave signal is generated from the signal of the signal source 5, it is preferably ensured via a phase shifter 14 that the square-wave signal has the same phase position as the reference signal. For this purpose, in the unspecified line from the signal source 5 to the Amplitudenbegrenzerschaltung 11th preferably a phase shifter 14 (so-called phase shifter) is provided.
Die Berechnungseinheit 4 weist ferner einen Tiefpassfilter 15, einen Hochpassfilter 16 und einen Verstärker 17 auf. Das Ausgangssignal VMPY des Multiplizierers 10 wird in dem Tiefpassfilter 15 gefiltert, so dass hochfrequente Signalkomponenten, auch Signalkomponenten mit der Frequenz 2 fs, unterdrückt werden können. Der Tiefpassfilter 15 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass seine Ausgangsgrösse VLp nur noch Signalkomponenten enthält, deren Frequenz kleiner oder gleich der fünffachen Umschaltfrequenz ft ist, so dass ein Rechtecksignal der Frequenz ft im Wesentlichen unverzerrt wiedergegeben werden kann. Das Ausgangssignal VLP des Tiefpassfilters 15 wird dann in dem Hochpassfilter 16 gefiltert, um Gleichspannungskomponenten zu unterdrücken und DC-Offset- probleme (Gleichspannungsoffsetprobleme) bei dem dem Hochpassfilter 16 nachgestalteten Verstärker 17 zu vermeiden. Mit dem Verstärker 17 wird das Ausgangssignal des Hochpassfilters 16 verstärkt. Das Ausgangssignal Vout des Verstärkers 17 bildet das Ausgangssignal des Messsystems 1 bzw. das am Signalausgang 8 der Berechnungseinheit 4 abgegebene Signal. Der Verstärker 17 kann auch zwischen demThe calculation unit 4 also has a low-pass filter 15, a high-pass filter 16 and an amplifier 17. The output signal V MPY of the multiplier 10 is filtered in the low-pass filter 15, so that high-frequency signal components, including signal components with the frequency 2 f s , can be suppressed. The low-pass filter 15 is preferably designed such that its output variable V L p contains only signal components whose frequency is less than or equal to five times the switching frequency f t , so that a square wave signal of the frequency ft can be reproduced substantially undistorted. The output signal V LP of the low-pass filter 15 is then filtered in the high-pass filter 16 to suppress DC components and to avoid DC offset problems (DC offset problems) in the amplifier 17 following the high-pass filter 16. With the amplifier 17, the output signal of the high-pass filter 16 is amplified. The output signal V out of the amplifier 17 forms the output signal of the measuring system 1 or the signal output at the signal output 8 of the calculation unit 4. The amplifier 17 can also be between the
Subtraktionsglied 9 und dem Multiplizierer 10 angeordnet sein. Dies würde jedoch dazu führen, dass der Verstärker 17 breitbandiger ausgelegt werden müsste, als wenn er dem Tiefpassfilter 15 nachgeschaltet ist, da das Ausgangssignal des Subtraktionsgliedes 9 nochSubtraction 9 and the multiplier 10 may be arranged. However, this would mean that the amplifier 17 would have to be designed with a broader bandwidth than when it is connected downstream of the low-pass filter 15, since the output signal of the subtraction element 9 still remains
Signalkomponenten mit der Frequenz fs enthält, die erst durch die Wirkung des Multiplizieres 10 und des Tiefpassfilters 15 unterdrückt werden.Signal components having the frequency f s , which are suppressed by the action of the multiplier 10 and the low-pass filter 15.
Der Multiplizierer 10 hat die Wirkung eines Synchrongleichrichters, so dass eine gute Linearität des Gleichrichtvorgangs gewährleistet ist. Das in der Figur 2 dargestellte Messsystem 1 stellt einen sogenannten Lock- in-Verstärker dar, der sich dadurch auszeichnet, dass seine Filtercharakteristik derart ist, dass Störsignale, die eine andere Frequenz als die Signalfrequenz fs und deren ungeradzahligen Vielfachen aufweisen, gut unterdrückt werden. Auch Störsignale der Frequenz fs und deren ungeradzahligen Vielfachen können vorteilhafterweise unterdrückt werden, falls ihre Phasenlage von der Phasenlage des Rechtecksignals abweicht, welches von der Amplitudenbegrenzerschaltung 11 erzeugt wird. Selbst stark verrauschte, von demThe multiplier 10 has the effect of a synchronous rectifier, so that a good linearity of the rectification process is ensured. The measuring system 1 shown in FIG. 2 represents a so-called lock in-amplifier, which is characterized in that its filter characteristic is such that spurious signals having a frequency other than the signal frequency f s and their odd multiples, are well suppressed. Interference signals of the frequency f s and their odd multiples can be advantageously suppressed if their phase position deviates from the phase position of the square wave signal which is generated by the amplitude limiter circuit 11. Even very noisy, from the
Messsensor 2 gelieferte Messsignale können somit in im Wesentlichen rauschfreie Ausgangssignale Vout umgesetzt werden.Measuring sensor 2 supplied measurement signals can thus be converted into substantially noise-free output signals V out .
Figur 3 zeigt beispielhafte Signalverläufe von Signalen, welche in dem in der Figur 2 dargestellten Messsystem. Der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 liefern als Ausgangssignal vorzugsweise Spannungen, so dass es sich bei den in der Figur 3 dargestellten Signalverläufen vorzugsweise um Spannungsverläufe handelt. Auf der Abszisse der in der Figur 3 dargestellten Koordinatensysteme a) bis f) ist die Zeit angegeben.FIG. 3 shows exemplary signal profiles of signals which are present in the measuring system illustrated in FIG. The measuring sensor 2 and the reference sensor 3 preferably deliver voltages as the output signal, so that the waveforms shown in FIG. 3 are preferably voltage profiles. The time is indicated on the abscissa of the coordinate systems a) to f) shown in FIG.
In dem Koordinatensystem a) ist das Umschaltsignal Vt dargestellt. Bei dem Umschaltsignal handelt es sich um ein Rechtecksignal mit derIn the coordinate system a), the switching signal V t is shown. The switching signal is a square wave signal with the
Umschaltfrequenz ft. In den Koordinatensystemen b) und c) sind die Multiplexerausgangssignale Vmuxi, Vmux2 der Multiplexer 19, 20 dargestellt. Die Multiplexerausgangssignale Vmuxi, VmuX2 schalten jeweils nach einer halben Periodendauer des Umschaltsignals Vt von dem Referenzsignal auf das Messsignal bzw. von dem Messsignal auf das Referenzsignal um, wobei der Einfachheit der Darstellung halber die Frequenz fs des Messsignals bzw. des Referenzsignals gleich der vierfachen Umschaltfrequenz ft gewählt ist, während sie in der Praxis vorzugsweise gleich dem 300-fachen der Umschaltfrequenz ft gewählt wird. In dem Koordinatensystem d) ist das Ausgangssignal des Subtraktionsgliedes 9 dargestellt, welches durch die Differenz Vmuxi - VmUχ2 gebildet wird. In dem Koordinatensystem e) sind das Ausgangssignal VMpγ des Multiplizierers 10 und das Ausgangssignal V1P desSwitching frequency f t . Coordinate systems b) and c) show the multiplexer output signals V mux i, V mux2 of the multiplexers 19, 20. The multiplexer output signals V mux i, V muX2 switch in each case after half a period of the switching signal V t of the reference signal to the measurement signal or from the measurement signal to the reference signal, wherein the sake of simplicity of the presentation, the frequency f s of the measurement signal and the reference signal is selected equal to four times the switching frequency f t , while in practice it is preferably selected equal to 300 times the switching frequency f t . By doing Coordinate system d), the output signal of the subtraction element 9 is shown, which is formed by the difference V mux i - V mU χ 2 . In the coordinate system e) are the output signal V M pγ of the multiplier 10 and the output signal V 1 P of
Tiefpassfilters 15 dargestellt. Das Ausgangssignal VLp des Tiefpassfilters 15 ist das mit dem Tiefpassfilter 15 gefilterte Ausgangssignal VMPY des Multiplizierers 10. Die Parameter des Tiefpassfilters 15 sind derart gewählt, dass das Ausgangssignal VLP des Tiefpassfilters 15 ein im Wesentlichen rechteckförmiges Signal mit der Frequenz ft ist. In dem Koordinatensystem f) ist das mit dem Verstärker 17 verstärkte Ausgangssignal VLP des Tiefpassfilters 15, welches vorzugsweise zusätzlich von dem Hochpassfilter 16 gefiltert wurde, dargestellt. Bei dem Ausgangssignal Vout des Verstärkers 17 handelt es sich ebenfalls um ein im Wesentlichen rechteckförmiges Signal der Frequenz ft mit einer gegenüber dem Tiefpassfilterausgangssignal VLP grosseren Amplitude. Die Spitzen-Spitzen-Amplitude Voutpp desLow pass filter 15 shown. The output signal V L p of the low-pass filter 15 is the output signal V MPY of the multiplier 10 filtered with the low-pass filter 15. The parameters of the low-pass filter 15 are chosen so that the output signal V LP of the low-pass filter 15 is a substantially rectangular signal with the frequency ft. In the coordinate system f) is amplified with the amplifier 17 output signal V LP of the low-pass filter 15, which was preferably additionally filtered by the high-pass filter 16 is shown. The output signal V out of the amplifier 17 is likewise a substantially rectangular signal of the frequency f t with a greater amplitude than the low-pass filter output signal V LP . The peak-to-peak amplitude V outp p of the
Ausgangssignals Vout des Verstärkers 17 ist definiert als die zweifache Amplitude des Ausgangssignals Vout und ist proportional zu der Differenz aus der Amplitude Vmess_ampi des Messsignals und der Amplitude Vref_ampi des Referenzsignals, d.h.Output signal V out of the amplifier 17 is defined as twice the amplitude of the output signal V out and is proportional to the difference between the amplitude V mess _ampi of the measurement signal and the amplitude V ref _ at the pi of the reference signal, ie
Voutpp = 2 G (Vmess_ampl ~ Vref_ampl ) rVoutpp = 2 G (V me ss_ampl ~ V re f_ampl) r
wobei G die Verstärkung des Verstärkers 17 darstellt . Die Spitzen-Spitzen-Amplitude VoutpP wird vorzugsweise über einen Analog/Digital-Wandler digitalisiert und mit einem MikroController numerisch ermittelt . Der Analog/Digital- Wandler kann in den Mikrocontroller integriert sein .where G represents the gain of the amplifier 17. The peak-peak amplitude V out p P is preferably digitized via an analog-to-digital converter and determined numerically using a microcontroller. The analog / digital converter can be integrated in the microcontroller.
Bei einem realen Messsystem entstehen typischerweise temperaturabhängige AC-Off setfehler undIn a real measuring system typically arise temperature-dependent AC off set errors and
Verstärkungsfehler, die bei einer hohen Gesamtverstärkung des Messsystems stärker ins Gewicht fallen und zu einer Verfälschung des Ausgangssignals Vout führen können. Bei einem idealen Messsystem sollte die Spitzen-Spitzen- Amplitude Voutpp den Wert 0 haben, wenn die Amplitude Vmess_ainpi des Messsignals gleich der Amplitude Vref_ampi des Referenzsignals ist. Bei einem realen Messsystem treten jedoch typischerweise temperaturabhängige AC-Offsetfehler Vacos (auch Voffset genannt) auf, so dassGain errors that are more significant at a high total gain of the measuring system and a Falsification of the output signal V ou t lead. In an ideal measuring system, the peak peak amplitude V outpp should be 0 if the amplitude Vm e ss_ainpi of the measurement signal is equal to the amplitude V re f_ampi of the reference signal. In a real measuring system, however, typically occur temperature-dependent AC offset error V acos (also called V offs e t ), so that
VOutpp = vacosV O utpp = vacos
ist. Figur 4 zeigt den typischen Verlauf einesis. FIG. 4 shows the typical course of a
Offsetfehlers VacOs in Abhängigkeit von der Temperatur T, wobei die Temperatur T auf der Abszisse und der Offsetfehler VaCos auf der Ordinate angegeben sind.Offset error V acOs as a function of the temperature T, where the temperature T is indicated on the abscissa and the offset error V aCos on the ordinate.
Bei einem idealen Messsystem ist ferner bei einer konstanten Differenz der Amplitude VmeSs ampi desIn an ideal measuring system is also at a constant difference in the amplitude V meS s ampi of
Messsignals und der Amplitude Vref ampi des Referenzsignals das Ausgangssignal Vout ebenfalls ein bestimmter, konstanter Wert.Measurement signal and the amplitude V re f at the pi of the reference signal, the output signal V out also a certain constant value.
Bei einem realen Messsystem ergeben sich jedoch Verstärkungsfehler, die dazu führen, dass dasIn a real measuring system, however, result in gain errors that cause the
Ausgangssignal Vout bei konstanter Differenz der Amplitude VmeSs_ampi und der Amplitude Vref_ampi nicht konstant ist, sondern sich insbesondere mit der Temperatur ändert. Figur 5 zeigt einen typischen Verlauf des Verstärkungsfehlers in Abhängigkeit von der Temperatur, wobei die Temperatur T auf der Abszisse und der prozentuale Verstärkungsfehlerfaktor GFehier auf der Ordinate angegeben sind. In der Figur 5 sind zwei Kurvenverläufe angegeben, wobei der Kurvenverlauf mit dem niedrigerfrequenten Signalanteil den Mittelwert des Kurvenverlaufs mit dem höherfrequenten Signalanteil entspricht.Output signal V out at a constant difference of the amplitude V meS s_ampi and the amplitude V ref _ amp i is not constant, but changes in particular with the temperature. FIG. 5 shows a typical progression of the gain error as a function of the temperature, wherein the temperature T is indicated on the abscissa and the percentage gain error factor G Fe h e r on the ordinate. FIG. 5 shows two curves, wherein the curve with the lower-frequency signal component corresponds to the mean value of the curve with the higher-frequency signal component.
Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Messsystems 21, das einen Messsensor 3, einen Referenzsensor 2 und eine Berechnungseinheit 22 umfasst. Die Berechnungseinheit 22 ist vorzugsweise entsprechend der Berechnungseinheit 4 (vergleiche Figur 2) ausgestaltet.FIG. 6 shows a block diagram of a measuring system 21 according to the invention, which comprises a measuring sensor 3, a reference sensor 2 and a calculating unit 22. The calculation unit 22 is preferably configured according to the calculation unit 4 (see FIG. 2).
Die Berechnungseinheit 22 weist eineThe calculation unit 22 has a
Signalquelle 5 zum Abgeben eines Signals Vs mit einer Frequenz fs, einen Referenzsignaleingang 6, einenSignal source 5 for outputting a signal V s with a frequency f s , a reference signal input 6, a
Messsignaleingang 7 und einen Signalausgang 8 auf. Die Signalquelle 5 kann auch ausserhalb der Berechnungseinheit 22 vorgesehen sein. Dem Referenzsignaleingang 6 ist ein Referenzmultiplexer 23 vorgeschaltet und dem Messsignaleingang 7 ist einMeasuring signal input 7 and a signal output 8 on. The signal source 5 can also be provided outside the calculation unit 22. The reference signal input 6 is preceded by a reference multiplexer 23 and the measuring signal input 7 is a
Messmultiplexer 24 vorgeschaltet. Die Multiplexer 23, 24 verfügen jeweils über drei Signaleingänge und einen Signalausgang, die nicht näher bezeichnet sind. Zwei Signaleingänge des Referenzmultiplexers 23 sind mit dem Ausgang des Referenzsensors 2 verbunden, wobei zwischen den Referenzsensor 2 und einen der Signaleingänge des Referenzmultiplexers 23 ein Signalabschwächer 25 geschaltet ist, so dass an dem mit dem Signalabschwächer 25 verbundenen Signaleingang des Referenzmultiplexers 23 ein abgeschwächtes Referenzsignal anliegt.Messmultiplexer 24 upstream. The multiplexers 23, 24 each have three signal inputs and a signal output, which are not specified. Two signal inputs of the reference multiplexer 23 are connected to the output of the reference sensor 2, wherein between the reference sensor 2 and one of the signal inputs of the reference multiplexer 23, a signal attenuator 25 is connected, so that at the connected to the signal attenuator 25 signal input of the reference multiplexer 23, an attenuated reference signal is applied.
Einer der Eingänge des Messmultiplexers 24 ist mit dem Ausgang des Messsensors 3 verbunden, während ein anderer Eingang des Messmultiplexers 24 mit dem Ausgang des Referenzsensors 2 verbunden ist. Die Multiplexer 23, 24 und/oder der Signalabschwächer 25 können auch innerhalb der Berechnungseinheit 22 angeordnet sein.One of the inputs of the measuring multiplexer 24 is connected to the output of the measuring sensor 3, while another input of the measuring multiplexer 24 is connected to the output of the reference sensor 2. The multiplexers 23, 24 and / or the signal attenuator 25 can also be arranged within the calculation unit 22.
Es ist ein MikroController 26 vorgesehen, der über Steuersignale S0 und sx die Multiplexer 23, 24 ansteuert. Mit dem Steuersignal Si gibt derA microcontroller 26 is provided, which controls the multiplexers 23, 24 via control signals S 0 and s x . With the control signal Si is the
Mikrocontroller 26 dem Referenzmultiplexer 23 vor, ob an dessen Ausgang das Referenzsignal oder das abgeschwächte Referenzsignal anliegen. Mit dem Steuersignal so gibt der Mikrocontroller 26 dem Messmultiplexer 24 an, ob an dessen Ausgang das Referenzsignal oder das Messsignal anliegen soll. Ferner kann über den Mikrocontroller 26 die Verstärkung der Berechnungseinheit 22 vorgegeben werden.Microcontroller 26 before the reference multiplexer 23, whether the reference signal or the attenuated reference signal applied to the output. With the control signal, the microcontroller 26 indicates to the measuring multiplexer 24 whether the reference signal or the measuring signal should be present at its output. Furthermore, via the microcontroller 26 the gain of the calculation unit 22 can be specified.
Die Berechnungseinheit 22 entspricht vorzugsweise der in der Figur 2 dargestellten Berechnungseinheit 4, in der zwei weitere Multiplexer 19, 20 vorgesehen sind (vergleiche Figur 2) . Der MikroController 26 erzeugt vorzugsweise ein Steuersignal st, welches dem Umschaltsignal Vt mit der Frequenz ft zum Ansteuern der gemäss Figur 2 ausgestalteten in der Berechnungseinheit 22 bzw. 4 vorgesehenen Multiplexer 19, 20 dient.The calculation unit 22 preferably corresponds to the calculation unit 4 shown in FIG. 2, in which two further multiplexers 19, 20 are provided (compare FIG. 2). The microcontroller 26 preferably generates a control signal s t which serves the switching signal V t with the frequency ft for driving the multiplexer 19, 20 provided in the calculation unit 22 or 4, as configured according to FIG.
Es ist bevorzugt ein Analog/Digital-Wandler 27 vorgesehen, der das Ausgangssignal Vout der Berechnungseinheit 22 bzw. des Messsystems 21 digitalisiert. Der numerische Wert der Spitzen-Spitzen- Amplitude Voutpp des Ausgangssignals Vout kann im MikroController 26 berechnet und in einem Register des MikroController 26 abgelegt werden. Der Analog/Digital- Wandler 27 ist vorzugsweise in den MikroController 26 integriert.An analog / digital converter 27 is preferably provided which digitizes the output signal V out of the calculation unit 22 or of the measuring system 21. The numerical value of the peak-peak amplitude Voutpp of the output signal V ou t can be calculated in the microcontroller 26 and stored in a register of the microcontroller 26. The analog / digital converter 27 is preferably integrated in the microcontroller 26.
Der MikroController 26 führt vorzugsweise das im Folgenden in Bezug auf Figur 7 beschriebene erfindungsgemässe Verfahren durch, korrigiert dabei das Ausgangssignal Vout von Offset- und Verstärkungsfehlern und stellt das korrigierte Ausgangssignal dann vorzugsweise digital, beispielsweise über eine serielle Schnittstelle, zur Verfügung.The microcontroller 26 preferably carries out the method according to the invention described below with reference to FIG. 7, corrects the output signal V out of offset and amplification errors and then preferably makes the corrected output signal available digitally, for example via a serial interface.
Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemässen Verfahrens. Nach dem Start des erfindungsgemässen Verfahrens werden in einem ersten Verfahrensschritt 30, der der Bestimmung des Offsetfehlers dient, der Referenzmultiplexer 23 und der Messmultiplexer 24 (vergleiche Figur 6) derart durch die Steuersignale so und Si von dem MikroController 26 angesteuert, dass sowohl an dem Ausgang desFIG. 7 shows a flowchart of the method according to the invention. After the start of the method according to the invention, in a first method step 30, which serves to determine the offset error, the reference multiplexer 23 and the measuring multiplexer 24 (see FIG. 6) are controlled by the control signals so and Si by the microcontroller 26 such that both at the output of
Referenzmultiplexers 23 als auch an dem Ausgang des Messmultiplexers 24 das Referenzsignal anliegt. Die Steuersignale Si und so des MikroControllers 26 haben hierbei den Wert 1. Der Ausgang des ReferenzmultiplexersReferenzmultiplexers 23 and at the output of the measuring multiplexer 24, the reference signal is applied. The Control signals Si and so of the microcontroller 26 have the value 1. The output of the reference multiplexer
23 ist mit dem Referenzsignaleingang 6 und der Ausgang des Messmultiplexers 24 ist mit dem Messsignaleingang 7 der Berechnungseinheit 22 verbunden. Sowohl am23 is connected to the reference signal input 6 and the output of the measurement multiplexer 24 is connected to the measurement signal input 7 of the calculation unit 22. Both on
Referenzsignaleingang 6 als auch am Messsignaleingang 7 der Berechnungseinheit 22 liegt somit das Referenzsignal an und am Signalausgang 8 der Berechnungseinheit 22 ergibt sich das Ausgangssignal zuReference signal input 6 as well as at the measuring signal input 7 of the calculation unit 22 is thus the reference signal and at the signal output 8 of the calculation unit 22 results in the output signal
V0Ut = gGVacos = gG (vref + vacos - vrβf )V 0 Ut = gGVacos = gG (v ref + v acos - v rβf )
wobei Vrβf dem Referenzsignal, Vacos dem Offsetfehler, g dem Verstärkungsfehlerfaktor und G der Verstärkung der Berechnungseinheit 22 entsprechen. Das sich ergebendewhere V rβf corresponds to the reference signal, V acos to the offset error, g the gain error factor, and G the gain of the computing unit 22. The resulting
Ausgangssignal Vout ist proportional zum Offsetfehler Vacos und wird als Offsetsignal bezeichnet. Bei einem idealen Messsystem 21 hätte das Offsetsignal den Wert 0. Der für das Offsetsignal ermittelte Wert wird vorzugsweise in einem Register D0 des Mikrocontrollers 26 hinterlegt.Output signal V out is proportional to offset error V acos and is referred to as an offset signal. In the case of an ideal measuring system 21, the offset signal would have the value 0. The value determined for the offset signal is preferably stored in a register D 0 of the microcontroller 26.
In einem zweiten Verfahrensschritt 31, der der Ermittlung einer Istverstärkung des Messsystems dient, steuert der Mikrocontroller 26 den Referenzmultiplexer 23 derart an, dass an seinem Ausgang das abgeschwächte Referenzsignal aVref anliegt. Hierfür hat das Steuersignal Si den Wert 0. Den MessmultiplexerIn a second method step 31, which serves to determine an actual gain of the measuring system, the microcontroller 26 controls the reference multiplexer 23 in such a way that the attenuated reference signal aV ref is present at its output. For this purpose, the control signal Si has the value 0. The measuring multiplexer
24 steuert der Mikrocontroller 26 weiterhin derart an, dass an seinem Ausgang das Referenzsignal Vrβf anliegt. Das Steuersignal So hat hierfür den Wert 1. Am Signalausgang 8 der Berechnungseinheit 22 bzw. des Messsystems 21 ergibt sich folgendes Ausgangssignal24 continues to control the microcontroller 26 such that at its output the reference signal V rβf is applied. The control signal So has the value 1. At the signal output 8 of the calculation unit 22 or the measuring system 21, the following output signal results
V0Ut = gG (Vref - aVref ) + gGVacos = gGVref ( l - a ) + gGVacos ,V 0 Ut = gG (V ref - aV ref ) + gGVacos = gGV ref (l - a) + gGVacos,
wobei a dem Abschwächungsfaktor des Signalabschwächers 25 entspricht und vorzugsweise kleiner als 1 ist. Der ermittelte Wert für das Ausgangssignal Vout wird vorzugsweise in einem Register Di des Mikrocontrollers 26 gespeichert.where a corresponds to the attenuation factor of the signal attenuator 25 and is preferably less than 1. Of the The determined value for the output signal V out is preferably stored in a register Di of the microcontroller 26.
In einem dritten Verfahrensschritt 32, der der Offsetkorrektur des im zweiten Verfahrensschritt 31 ermittelten Ausgangssignal und der Ermittlung der Istverstärkung des Messsystems dient, wird die Differenz aus den in den Registern Di und D0 gespeicherten Werten gebildet, d.h. von dem im Verfahrensschritt 31 gebildeten Ausgangssignal Vout = gGVrβf(l - a) + gGVacos wird dasIn a third method step 32, which serves for the offset correction of the output signal determined in the second method step 31 and the determination of the actual amplification of the measuring system, the difference is formed from the values stored in the registers Di and D 0 , ie from the output signal V formed in the method step 31 out = gGV rβf (l - a) + gGV aco s becomes the
Offsetsignal gGVacos abgezogen. Als Istverstärkungsgrösse ergibt sich der WertOffset signal gGV acos subtracted. The actual gain value is the value
gGVref (1 - a) ,gGV r ef (1 - a),
der vorgzugsweise in einem Register Dist des Mikrocontrollers 26 gespeichert wird . Auf diese Weise ist eine Korrektur der im Verfahrensschritt 32 ermittelten Ausgangsgrösse um den Off setfehler bzw. um das Offsetsignal erfolgt .the vorgzugsweise in a register D is the microcontroller is stored 26th In this way, a correction of the ascertained in step 32 output to set offset from the Off or to the offset signal.
Schliesslich erfolgt in einem viertenFinally, in a fourth
Verfahrensschritt 33 die Messsensormessung, bei der der MikroController 26 den Ref erenzmultiplexer 23 derart ansteuert , dass an seinem Ausgang das Referenzsignal VEe:E anliegt , und den Messmultiplexer 24 so ansteuert, dass an seinem Ausgang das Messsignal VmeSs anliegt . Somit liegen am Referenzsignaleingang 6 das Referenzsignal Vref und am Messsignaleingang 7 das Messsignal Vmess an . Am Signalausgang 8 ergibt sich das AusgangssignalMethod step 33 is the measurement sensor measurement, in which the microcontroller 26 drives the reference multiplexer 23 in such a way that the reference signal V Ee: E is present at its output, and controls the measurement multiplexer 24 in such a way that the measurement signal V meSs is present at its output. Thus, the reference signal V re f is present at the reference signal input 6 and the measurement signal V mess is present at the measurement signal input 7. At the signal output 8 results in the output signal
Vout = gG (Vmess ~ Vref + Vacos) ,Vout = gG (VMeas ~ V re f + acos V)
dessen Wert vorzugsweise in dem Register Di des Mikrocontrollers 26 gespeichert wird. Dieser Wert wird nun in einem fünftenthe value of which is preferably stored in the register Di of the microcontroller 26. This value will now be in a fifth
Verfahrensschritt 34 um einen Offsetfehler korrigiert, indem der in dem Register D0 hinterlegte Wert für das Offsetsignal von ihm subtrahiert wird. Das derart korrigierte Ausgangssignal Voutkorr ergibt sich zuMethod step 34 corrected by an offset error by the value stored in the register D 0 for the Offsetsignal is subtracted from it. The thus corrected output signal V outkor r results in
Voutkorr = gG (Vmess - Vref + Vacos ) - gGVac0Ξ = gG (VmeSs ~ Vref ) •V o ut corr = gG (V mess - V re f + V acos) - CDR ac0Ξ = gG (V mes s ~ V re f) •
Der für das korrigierte Ausgangssignal Voutkorr ermittelte Wert wird vorzugsweise in einem Register Dmess des Mikrocontrollers 26 abgelegt und ist von dort, beispielsweise über eine serielle Schnittstelle, abrufbar.The value ascertained for the corrected output signal V out is preferably stored in a register D mess of the microcontroller 26 and can be called from there, for example via a serial interface.
Das korrigierte Ausgangssignal Voutkorr ist zunächst noch einem Verstärkungsfehler (in den Gleichungen berücksichtigt durch den Verstärkungsfehlerfaktor g) behaftet. Dieser wird im Folgenden iterativ beseitigt. Hierzu wird in einem sechsten Verfahrensschritt 35 die in dem Register Dist hinterlegte Istverstärkungsgrösse mit einer vorgegebenen Sollverstärkungsgrösse verglichen, die beispielsweise in einem Register Dson des Mikrocontrollers 26 hinterlegt ist. Ist kein Verstärkungsfehler vorhanden, d.h. derThe corrected output signal V out korr is initially still subject to a gain error (in the equations considered by the gain error factor g). This is eliminated iteratively in the following. For this purpose, in a sixth method step 35, the actual amplification variable stored in the register D is compared with a predetermined setpoint amplification variable, which is stored, for example, in a register D so n of the microcontroller 26. If there is no gain error, ie
Verstärkungsfehlerfaktor g hat den Wert 1, so entspricht die Istverstärkungsgrösse der Sollverstärkungsgrösse. Wird in dem Verfahrensschritt 35 dagegen festgestellt, dass die Istverstärkungsgrösse grösser ist als die Sollverstärkungsgrösse, so wird in einemGain factor g has the value 1, so the Istverstärkungsgrösse corresponds to the target gain size. If, on the other hand, it is determined in method step 35 that the actual gain variable is greater than the setpoint gain variable, then a
Verfahrensschritt 36 die Gesamtverstärkung des Messsystems 21 reduziert. Wird in dem Verfahrensschritt 35 festgestellt, dass die Istverstärkungsgrösse kleiner ist als die Sollverstärkungsgrösse, so wird in einem Verfahrensschritt 37 die Gesamtverstärkung desProcess step 36 reduces the overall gain of the measuring system 21. If it is determined in method step 35 that the actual amplification variable is smaller than the desired amplification variable, then in a method step 37 the overall amplification of
Messsystems 21 erhöht. Nach Erhöhen bzw. nach Reduzieren der Gesamtverstärkung des Messsystems 21 werden die Verfahrensschritte 30 bis 35 und 36 bzw. 37 wiederholt. Das wiederholte Durchlaufen der Verfahrensschritte kann solange erfolgen, bis die Istverstärkungsgrösse der Sollverstärkungsgrösse entspricht. Dann kann die Gesamtverstärkung des Messsysteins 21 konstant gehalten werden. Um jedoch Verstärkungsfehler, die durch zeitlich veränderliche Temperaturbedingungen auftreten können, laufend auskorrigieren zu können, werden die Verfahrensschritte 30 bis 35 und 36 bzw. 37 vorzugsweise wiederholt durchgeführt .Measuring system 21 increased. After increasing or reducing the overall gain of the measuring system 21, the method steps 30 to 35 and 36 or 37 are repeated. The repeated execution of the method steps can take place until the actual amplification variable corresponds to the desired amplification variable. Then the overall gain of the Messsysteins 21 are kept constant. However, in order to be able to correct continuously amplification errors that may occur due to time-varying temperature conditions, the method steps 30 to 35 and 36 or 37 are preferably carried out repeatedly.
Die Gesamtverstärkung des Messsystems 21 kann vorzugsweise dadurch verändert, d.h. reduziert oder erhöht, werden, dass, insbesondere mittels des MikroControllers 26, die Verstärkung G derThe overall gain of the measurement system 21 may preferably be altered thereby, i. reduced or increased, that, in particular by means of the microcontroller 26, the gain G of
Berechnungseinheit 22 reduziert bzw. erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Amplitude des von der Signalquelle 5 gelieferten Signals Vs, beispielsweise ebenfalls mittels des Mikrocontrollers 26, verändert werden. Ferner kann alternativ oder zusätzlich eineCalculation unit 22 is reduced or increased. Alternatively or additionally, the amplitude of the signal V s supplied by the signal source 5, for example likewise by means of the microcontroller 26, can be changed. Furthermore, alternatively or additionally, a
Verstärkung des Multiplizierers 10 der Berechnungseinheit 22 bzw. 4 (vgl. Figuren 6 und 2) erhöht oder reduziert werden. Auch dies kann mittels des Mikrocontrollers 26 erfolgen. Ferner können zusätzlich einstellbare Verstärker bzw. Abschwächer an entsprechenden Stellen im Messsystem 21 vorgesehen sein, beispielsweise innerhalb einer dem Messsensor 3 zugeordneten Elektronik. Auch kann die Gesamtverstärkung des Messsystems 21 über eine Veränderung einer Referenzspannung des Analog/Digital- Wandlers 27 beeinflusst werden.Amplification of the multiplier 10 of the calculation unit 22 or 4 (see Figures 6 and 2) are increased or reduced. This can also be done by means of the microcontroller 26. Furthermore, additional adjustable amplifiers or attenuators can be provided at corresponding points in the measuring system 21, for example within an electronics associated with the measuring sensor 3. Also, the overall gain of the measurement system 21 can be influenced via a change in a reference voltage of the analog / digital converter 27.
Figur 8 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Regelung zur Korrektur des Verstärkungsfehlers. Die Regelstrecke wird durch das Messsystem 21 (vergleiche Figur 6) gebildet. Auf die Regelstrecke 21 wirkt eine Störgrösse, beispielsweise eine sprunghafteFIG. 8 shows a block diagram of a control for correcting the gain error. The controlled system is formed by the measuring system 21 (cf. FIG. 6). On the controlled system 21 affects a disturbance, such as a jump
Temperaturänderung, ein. Die Ausgangsgrösse des Messsystems 21 wird durch die Istverstärkungsgrösse gebildet und an einem Verknüpfungspunkt 40 findet ein Sollwert-Istwert-Vergleich statt, wobei der Sollwert durch die Sollverstärkungsgrösse und der Istwert durch die Istverstärkungsgrösse gebildet werden. Die an dem Verknüpfungspunkt 40 ermittelte Differenz aus Sollwert und Istwert wird auf einen Quantisierer 41 gegeben, mittels welchem als Ausgangswert der Wert der Verstärkungsstellgrösse beim Übergang von Schritt 35 zu Schritt 30 über Schritt 36 oder 37 (vgl. Figur 7) ermittelt wird. Der Ausgangswert des Quantisierers 41 wird auf einen Integrator 42 gegeben, dessen Ausgangsgrösse die Verstärkungsstellgrösse zur Einstellung der Gesamtverstärkung der Regelstrecke bzw. des Messsystems 21 darstellt. Durch das Vorsehen des Integrators 42 können stationäre Abweichungen vonTemperature change, a. The output variable of the measuring system 21 is formed by the actual amplification variable, and a reference value-actual value comparison takes place at a connection point 40, wherein the desired value is formed by the desired amplification variable and the actual value by the actual amplification variable. The difference between the nominal value determined at the connection point 40 and actual value is applied to a quantizer 41, by means of which the value of the gain manipulated variable is determined as the output value during the transition from step 35 to step 30 via step 36 or 37 (see FIG. The output value of the quantizer 41 is applied to an integrator 42 whose output variable represents the gain control variable for setting the overall gain of the controlled system or of the measuring system 21. By providing the integrator 42, stationary deviations from
Sollwert und Istwert, d.h. von Istverstärkungsgrösse und Sollverstärkungsgrösse vermieden werden.Setpoint and actual value, i. of Istverstärkungsgrösse and Sollverstärkungsgrösse be avoided.
Figur 9 stellt die Kurvenverläufe von in dem Prinzipschaltbild der Figur 8 vorkommenden Signalen bzw. Grossen dar. Das Koordinatensystem g) zeigt den zeitlichen Verlauf einer Störgrösse, bei der im Zeitpunkt ti ein Störgrössensprung, beispielsweise ein Temperatursprung, erfolgt. Koordinatensystem h) zeigt den Verlauf der Istverstärkungsgrösse, die auf eine Sollverstärkungsgrösse (Sollwert) eingeregelt wird. Nach der sprunghaften Veränderung der Störgrösse im Zeitpunkt ti erfolgt nach einem kurzen Einbruch der Istverstärkungsgrösse wiederum eine Einregelung der Istverstärkungsgrösse auf die Sollverstärkungsgrösse, d.h. die Störgrösse wird ausgeregelt. ImFIG. 9 shows the curves of signals or magnitudes occurring in the basic circuit diagram of FIG. 8. The coordinate system g) shows the temporal course of a disturbance variable at which an interference quantity jump, for example a temperature jump, takes place at the instant t.sub.i. Coordinate system h) shows the course of the Istverstärkungsgrösse, which is adjusted to a target gain value (setpoint). After the abrupt change in the disturbance variable at time t.sub.i, after a brief dip in the actual amplification value, the actual amplification variable is again adjusted to the desired amplification variable, i. the disturbance variable is corrected. in the
Koordinatensystem i) ist der zeitliche Verlauf der Verstärkungsstellgrösse dargestellt. Bei der Einregelung der Istverstärkungsgrösse auf den Sollwert bzw. die Sollverstärkungsgrösse verändert sich die Verstärkungsstellgrösse so lange, bis die Sollverstärkung erreicht ist. Danach pendelt sie um einen konstanten Mittelwert, sofern der Regelvorgang nicht angehalten und die Verstärkungsgrösse eingefroren wird. Zum Zeitpunkt ti des Störgrössensprungs beginnt die Verstärkungsstellgrösse erneut zu wandern, bis dieCoordinate system i) the temporal course of the gain control variable is shown. When adjusting the Istverstärkungsgrösse to the target value or the target gain variable, the gain variable changes so long until the target gain is reached. After that, it oscillates around a constant mean, unless the control process is stopped and the gain is frozen. At time ti of the disturbance jump, the gain control variable begins to move again until the
Verstärkungsstellgrösse erneut ihren Sollwert erreicht hat. Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen bzw. Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese Weise beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann. Gain control variable has reached its setpoint again. While preferred embodiments of the invention are described in the present application, it is to be understood that the invention is not so limited and may be otherwise accomplished within the scope of the following claims.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Messen einer physikalischen Grosse mittels eines Messsystems (21) , welches einen Messsensor (3) , eine Signalquelle (5) und eine Berechnungseinheit (22) umfasst, die einen Referenzsignaleingang (6), einen Messsignaleingang (7) und einen Signalausgang (8) aufweist, wobei die Berechnungseinheit (22) als Ausgangssignal (Vout) eine verstärkte Differenz aus einem Messsignal (Vmess) und einem Referenzsignal (Vref) erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Anlegen eines Referenzsignals (Vref) sowohl an den Referenzsignaleingang (6) als auch an denA method of measuring a physical quantity by means of a measuring system (21) comprising a measuring sensor (3), a signal source (5) and a calculating unit (22) comprising a reference signal input (6), a measuring signal input (7) and a signal output (8), wherein the calculation unit (22) generates as output signal (V ou t) an amplified difference between a measurement signal (V mess ) and a reference signal (V ref ), characterized by the following steps: a) application of a reference signal (V re f) both to the reference signal input (6) and to the
Messsignaleingang (7) der Berechnungseinheit (22) , b) Bestimmen eines Offsetsignals des Messsystems (21) durch das Ausgangssignal (Vout) der Berechnungseinheit (22) , c) Anlegen eines abgeschwächtenMeasuring signal input (7) of the calculation unit (22), b) determining an offset signal of the measuring system (21) by the output signal (V out ) of the calculation unit (22), c) applying an attenuated
Referenzsignals (aVref) an den Referenzsignaleingang (6) und des Referenzsignals (VEef) an den Messsignaleingang (7), d) Bestimmen einer Istverstärkungsgrösse durch die Differenz aus dem Ausgangssignal (Vout) derReference signal (aV ref ) to the reference signal input (6) and the reference signal (V Eef ) to the measuring signal input (7), d) determining an actual gain by the difference from the output signal (V ou t)
Berechnungseinheit (22) und dem Offsetsignal, e) Anlegen des Referenzsignals (Vref) an den Referenzsignaleingang (6) und eines Messsignals (Vmess) an den Messsignaleingang (7) , f) Bestimmen eines korrigiertenCalculating unit (22) and the offset signal, e) applying the reference signal (V re f) to the reference signal input (6) and a measurement signal (V mess ) to the measurement signal input (7), f) determining a corrected
Ausgangssignals (Voutkorr) durch Bildung der Differenz aus dem Ausgangssignal (Vout) der Berechnungseinheit (22) und dem Offsetsignal, g) Vergleichen der Istverstärkungsgrösse mit einer vorgegebenen Sollverstärkungsgrösse, h) Reduzieren einer Gesamtverstärkung des Messsystems (21) , wenn die Istverstärkungsgrösse grösser ist als die Sollverstärkungsgrösse und Erhöhen der Gesamtverstärkung, wenn die Sollverstärkungsgrösse grösser ist als die Istverstärkungsgrösse. i) Wiederholen der Schritte a) bis h) . Output signal (V ou t k orr) by forming the difference between the output signal (V ou t) of the calculation unit (22) and the offset signal, g) comparing the actual gain variable with a predetermined target gain variable, h) reducing a total gain of the measurement system (21), if the Istverstärkungsgrösse larger is the target gain magnitude and increasing the overall gain if the target gain magnitude is greater than the actual gain magnitude. i) repeating steps a) to h).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtverstärkung durch Veränderung der Amplitude der Signalquelle (5) , durch Veränderung von Verstärkungen des Messsensors (3) und eines Referenzsensors (2) mit dem selben Faktor und einer und/oder durch Veränderung einer Verstärkung der Berechnungseinheit (22) reduziert oder erhöht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the overall gain by changing the amplitude of the signal source (5), by changing gains of the measuring sensor (3) and a reference sensor (2) with the same factor and one and / or by changing a Reinforcement of the calculation unit (22) is reduced or increased.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz aus einem am Messsignaleingang (7) anliegenden Signal und einem am Referenzsignaleingang (6) anliegenden Signal mit einem Rechtecksignal multipliziert wird, dessen Frequenz der Frequenz des am Referenzsignaleingang (6) oder am Messsignalausgang (7) anliegenden Signals entspricht.3. The method of claim 1 or 2, further characterized in that the difference between a signal applied to the measuring signal input (7) and a signal applied to the reference signal input (6) signal is multiplied by a square wave whose frequency of the frequency of the reference signal input (6) or signal applied to the measurement signal output (7).
4. Verfahren nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Rechtecksignal multiplizierte Differenz mittels eines Tiefpasses (15) gefiltert wird.4. The method of claim 3, further characterized in that the multiplied by the square wave difference by means of a low-pass filter (15) is filtered.
5. Verfahren nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Tiefpasses (15) gefilterte, mit dem Rechtecksignal multiplizierte5. The method according to claim 4, further characterized in that the means of the low-pass filter (15) filtered, multiplied by the square wave signal
Differenz mittels eines Hochpasses (16) gefiltert wird.Difference by means of a high pass filter (16) is filtered.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die gefilterte, mit einem Rechtecksignal multiplizierte Differenz verstärkt wird. 6. The method of claim 4 or 5, further characterized in that the filtered, multiplied by a square wave difference is amplified.
7. Messsystem zur Durchführung eines7. Measuring system for carrying out a
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Messsensor (3) , einer Signalquelle (5) zur Energieversorgung des Messsensors (3) , einer Berechnungseinheit (22) , die einen Referenzsignaleingang (6), einen Messsignaleingang (7) und einen Signalausgang (8) aufweist, wobei die Berechnungseinheit (22) einen Verstärker (17) umfasst und derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb aus den am Referenzsignaleingang (6) und am Messsignaleingang (7) anliegenden Signalen eine verstärkte Differenz ermittelt, gekennzeichnet durch einen Referenzmultiplexer (23) , der dem Referenzsignaleingang (6) vorgeschaltet ist, und einem Messmultiplexer (24), der dem Messsignaleingang (7) vorgeschaltet ist, wobei von dem Referenzmultiplexer (23) ein Referenzsignal (Vref) oder ein abgeschwächtes Referenzsignal (aVref) und von dem Messmultiplexer (24) ein Referenzsignal (Vref) oder ein Messsignal (Vm8S3) ausgebbar sind .Method according to one of Claims 1 to 6, having a measuring sensor (3), a signal source (5) for supplying power to the measuring sensor (3), a calculating unit (22) having a reference signal input (6), a measuring signal input (7) and a signal output (8), wherein the calculation unit (22) comprises an amplifier (17) and is designed such that during operation, it detects an amplified difference from the signals present at the reference signal input (6) and at the measuring signal input (7), characterized by a reference multiplexer (23) connected upstream of the reference signal input (6) and a measuring multiplexer (24) connected to the measuring signal input (7), wherein a reference signal (V re f) or an attenuated reference signal (aV ref ) can be output by the reference multiplexer (23) and a reference signal (V ref ) or a measuring signal (V m8S3 ) can be output by the measuring multiplexer (24) ,
8. Messsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Referenzmultiplexer (23) ein Signalabschwächer (25) vorgeschaltet ist. 8. Measuring system according to claim 7, characterized in that the reference multiplexer (23) is preceded by a signal attenuator (25).
9. Messsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrocontroller (26) vorgesehen ist, mittels welchem der Referenzmultiplexer (23), der Messmultiplexer (24) , die Berechnungseinheit (22) und/oder die Signalquelle (5) ansteuerbar sind. 9. Measuring system according to claim 8, characterized in that a microcontroller (26) is provided, by means of which the reference multiplexer (23), the measuring multiplexer (24), the calculation unit (22) and / or the signal source (5) are controllable.
10. Messsystem nach einem der Ansprüche 7 bis10. Measuring system according to one of claims 7 to
9, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (22) einen Multiplizierer (10) umfasst, der derart ausgestaltet ist, dass er im Betrieb die Differenz aus dem am Referenzsignaleingang (6) anliegenden Signal und dem am Messsignaleingang (7) anliegenden Signal mit einem Rechtecksignal, dessen Frequenz des Frequenz der am Referenzsignaleingang (6) oder am Messsignalausgang (7) anliegenden Signals entspricht, multipliziert.9, characterized in that the calculation unit (22) comprises a multiplier (10) which is designed such that in operation the difference between the signal applied to the reference signal input (6) and the signal applied to the measurement signal input (7) with a square wave signal whose frequency corresponds to the frequency of the signal applied to the reference signal input (6) or to the measuring signal output (7).
11. Messsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Multiplizierer (10) ein11. Measuring system according to claim 10, characterized in that the multiplier (10) a
Tiefpassfilter (15) nachgeschaltet ist.Low pass filter (15) is connected downstream.
12. Messsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tiefpassfilter (15) ein Verstärker (17) oder ein Hochpassfilter (16) und ein dem Hochpassfilter (16) nachgeschalteter Verstärker (17) nachgeschaltet sind. 12. Measuring system according to claim 11, characterized in that the low-pass filter (15) an amplifier (17) or a high-pass filter (16) and a high-pass filter (16) downstream amplifier (17) are connected downstream.
13. Messsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzsensor (2) vorgesehen ist, der von der Signalquelle mit Energie versorgbar ist. 13. Measuring system according to one of claims 7 to 12, characterized in that a reference sensor (2) is provided which can be supplied with energy from the signal source.
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