DE19750648C2 - Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung - Google Patents
Induktivitätsänderungs-ErfassungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Induktivitätsänderungs-
Erfassungsvorrichtung die eine Induktivitätsänderung bei
Spulen erfaßt und genauer eine Schaltung, die Induktivität
scharakteristiken kompensiert.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Induktivitätsän
derungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik
veranschaulicht, die beispielsweise in der japanischen Of
fenlegungsschrift Nr. 8-105464 beschrieben ist. Gemäß Fig. 5
erfaßt eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung
100 eine Induktivitätsänderung bei Spulen L1 und L2, wobei
die Spulen L1 und L2 in Reihe geschaltet sind. Die Reihen
schaltung ist zwischen dem positiven Anschluß einer Gleich
spannungsversorgung 101 und der Masse geschaltet. Ein Wi
derstand 102 ist parallel zu der Spule L1 geschaltet. Ein
Widerstand 103 ist parallel zu der Spule L2 geschaltet.
Diese Widerstände beschränken den durch die Spulen L1 und
L2 fließenden Strom.
Eine aus den Widerständen 104 und 105 gebildete Reihen
schaltung ist parallel zu der Reihenschaltung der Spulen L1
und L2 geschaltet. Die Verbindung zwischen den Spulen L1
und L2 ist über ein Hochpaßfilter 106 mit dem invertieren
den Eingangsanschluß eines Differenzverstärkers 107 verbun
den. Die Verbindung zwischen den Widerständen 104 und 105
ist über ein Hochpaßfilter 108 mit dem nichtinvertierenden
Anschluß des Differenzverstärkers 107 verbunden. Das Aus
gangssignal des Differenzverstärkers 107 wird einer Induk
tivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 109 zugeführt. Das
Ausgangssignal der Induktivitätsänderungs-Erfassungs
schaltung 109 ist das Ausgangssignal der Induktivitätsände
rungs-Erfassungsvorrichtung 100. Die Induktivitätsände
rungs-Erfassungsschaltung 109 erfaßt die Induktivitätsände
rung bei den Spulen L1 und L2 auf der Grundlage des Aus
gangssignals des Differenzverstärkers 107.
Unnötige Niederfrequenzsignale der an der Verbindung zwi
schen den Spulen L1 und L2 auftretenden, durch die Spulen
geteilten Spannung VL werden durch das Hochpaßfilter 106
unterdrückt. Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 106 ist
an den invertierenden Eingangsanschluß des Differenzver
stärkers 107 angelegt. Demgegenüber werden unnötige Nieder
frequenzsignale einer an der Verbindung zwischen den Wider
ständen 104 und 105 auftretenden Bezugsspannung Vref durch
das Hochpaßfilter 108 unterdrückt. Das Ausgangssignal des
Hochpaßfilters 108 ist an den nichtinvertierenden Eingangs
anschluß des Differenzverstärkers 107 angelegt. Der Diffe
renzverstärker 107 verstärkt das Differenzsignal zwischen
der an dessen invertierenden Eingangsanschluß angelegten,
durch die Spulen geteilten Spannung VL und der an dessen
nichtinvertierenden Eingangsanschluß angelegten Bezugsspan
nung Vref und gibt das verstärkte Differenzsignal aus.
Falls sich beispielsweise die aus der Gleichspannungsver
sorgung 101 zugeführte Versorgungsspannung VB derart ver
ringert, daß der durch die Spulen geteilten Spannung VL und
der Bezugsspannung Vref ein Gleichspannungssignal überla
gert wird, wird das Gleichspannungssignal durch die Hoch
paßfilter 106 und 108 blockiert. Deshalb beeinflußt das
Gleichspannungssignal das Ausgangssignal des Differenzver
stärkers 107 nicht. Jedoch weist die durch die Spulen ge
teilte Spannung VL eine Frequenzcharakteristik auf, wohin
gegen die Bezugsspannung Vref keinerlei Frequenzcharakteri
stik aufweist. Deshalb gibt der Ausgangsanschluß des Diffe
renzverstärkers 107 bei Überlagerung der Versorgungsspan
nung VB mit einem Wechselspannungssignal ein Signal aus,
das angibt, als ob sich die Induktivität der Spulen L1 und
L2 verändert hätte. Folglich erfaßt die Induktivitätsände
rungs-Erfassungsschaltung 109 fälschlicherweise Induktivi
tätsveränderungen bei den Spulen L1 und L2.
Fig. 6 zeigt Frequenzspektren, die die Frequenzcharakteri
stiken der durch die Spulen geteilten Spannung VL und der
Bezugsspannung Vref veranschaulichen. Gemäß Fig. 6 weist
die Bezugsspannung keinerlei Frequenzcharakteristik auf,
wohingegen die durch die Spulen geteilte Spannung VL eine
Frequenzcharakteristik aufweist.
Deshalb wurde eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsvor
richtung 110 wie in Fig. 7 gezeigt erdacht, damit die Be
zugsspannung Vref eine Frequenzcharakteristik ähnlich wie
die der durch die Spulen geteilten Spannung VL hat. Fig. 7
unterscheidet sich dahingehend von Fig. 5, daß eine CR-
Schaltung 111 parallel zu dem Widerstand 105 derart ge
schaltet ist, daß die Bezugsspannung Vref eine Frequenzcha
rakteristik hat, die ähnlich der der durch die Spulen ge
teilten Spannung VL ist. Durch diese Einrichtung werden die
Frequenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Span
nung VL und der Bezugsspannung Vref zu Frequenzsspektren
wie in Fig. 8 gezeigt. Folglich kann, wenn die Erfassung
einer Induktivitätsänderung in einem Niederfrequenzbereich
unnötig ist, praktisch eine korrekte Erfassung der Indukti
vitätsänderung in einem Hochfrequenzbereich erreicht wer
den.
Jedoch verändert sich, falls die zwei Spulen L1 und L2 un
ter verschiedenen Temperaturbedingungen angeordnet sind,
die Frequenzcharakteristik der Bezugsspannung Vref nicht,
jedoch verändert sich die Frequenzcharakteristik der durch
die Spulen geteilten Spannung VL, wie durch die Frequenz
spektren gemäß Fig. 9 dargestellt ist. Deshalb kann, obwohl
Veränderungen bei der durch die Spulen geteilten Spannung
VL aufgrund einer Störung bei der Energieversorgung bei ei
ner normalen Temperatur aufgehoben werden können, die durch
die Spulen geteilte Spannung VL nicht bei einer tiefen Tem
peratur oder bei einer hohen Temperatur aufgehoben bzw.
ausgeglichen werden. Folglich wird, selbst wenn keine Ände
rung bei der Induktivität der Spulen L1 und L2 vorhanden
ist, ein ein Auftreten einer Induktivitätsänderung anzei
gendes Signal aus dem Differenzverstärker 107 ausgegeben.
Deshalb erfaßt der Induktivitätsänderungs-Erfassungsein
richtung 109 fälschlicherweise Induktivitätsänderungen bei
den Spulen L1 und L2.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das vorste
hend beschriebene Problem zu lösen und eine Induktivitäts
änderungs-Erfassungsvorrichtung zu schaffen, die nicht auf
grund von Störungen, Temperaturänderungen und dergleichen
fälschlicherweise eine Induktivitätsänderung bei den Spulen
erfaßt.
Diese Aufgabe wird durch die in den beiliegenden Patentan
sprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.
Zum Lösen der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ei
ne Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung zur Erfas
sung von Induktivitätsänderungen bei Spulen geschaffen, die
einen Induktivitätsänderungswandler, der Induktivitätsände
rungen bei den Spulen in Spannungen umwandelt, um diese
auszugeben, einen Bezugsspannungsgenerator, der eine vorbe
stimmte Bezugsspannung erzeugt und ausgibt, eine Fre
quenzcharakteristik-Hinzufügungseinrichtung, die eine Fre
quenzcharakteristik, die ähnlich der der durch den Indukti
vitätsänderungswandler umgewandelten Spannung ist, zu der
von dem Bezugsspannungsgenerator ausgegebenen Bezugsspan
nung hinzufügt, eine Bezugsspannungs-Kompensationseinrich
tung, die das Frequenzspektrum der Bezugsspannung ein
schließlich der hinzugefügten Frequenzcharakteristik paral
lel in Amplitudenrichtung entsprechend einer in Amplituden
richtung parallelen Variation des Frequenzspektrums der
durch den Induktivitätswandler umgewandelten Spannung vari
iert und kompensiert, und eine Induktivitätsänderungs-
Erfassungseinrichtung aufweist, die die durch den Indukti
vitätsänderungswandler umgewandelte Spannung mit der durch
die Bezugsspannungs-Kompensationseinrichtung kompensierten
Bezugsspannung zur Erfassung von Induktivitätsänderungen
bei den Spulen vergleicht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Bezugs
spannungs-Kompensationseinrichtung einen Spannungsteiler,
der die Versorgungsspannung in eine vorbestimmte Spannung
teilt, um diese auszugeben, eine Spannungsdifferenz-
Erfassungseinrichtung, die die Spannungsdifferenz zwischen
der durch den Induktivitätsänderungswandler umgewandelten
Spannung und der durch den Spannungsteiler geteilten Span
nung erfaßt, und eine Kompensationseinrichtung auf, die die
geteilte Spannung und die durch den Bezugsspannungsgenera
tor erzeugte Bezugsspannung in Abhängigkeit von der durch
die Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung erzeugte Span
nungsdifferenz zur Kompensation der Bezugsspannung vari
iert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die
Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung einen Meßverstär
ker, der die Differenz zwischen der durch den Induktivi
tätswandler umgewandelten Spannung und der durch den Span
nungsteiler geteilten Spannung verstärkt, sowie ein Tief
paßfilter auf, das mit dem Ausgangsanschluß des Meßverstär
kers verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung variiert
die Kompensationseinrichtung die geteilte Spannung in der
selben Weise wie die Variation der umgewandelten Spannung
und die Bezugsspannung bei einer vorbestimmten Rate vari
iert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine In
duktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß einem er
sten Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 2 ein Schaltbild, das ein Beispiel für die Induktivi
tätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aus
führungsbeispiel darstellt,
Fig. 3 eine Darstellung der Frequenzspektren einer durch
Spulen geteilten Spannung VL und einer Bezugsspannung VR
bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß
Fig. 2,
Fig. 4 ein Schaltbild eines anderen Beispiels für eine In
duktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 ein Blockschaltbild, das eine herkömmliche Indukti
vitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung veranschaulicht,
Fig. 6 eine Darstellung der Frequenzspektren einer durch
Spulen geteilten Spannung VL und einer Bezugsspannung VRef
bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß
Fig. 5,
Fig. 7 ein Blockschaltbild, das ein anderes Beispiel für
eine herkömmliche Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrich
tung darstellt,
Fig. 8 eine Darstellung der Frequenzspektren der durch die
Spulen geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung VRef
bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß
Fig. 7 und
Fig. 9 eine Darstellung der Frequenzspektren der durch die
Spulen geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung VRef in
dem Fall, in dem die Spulen L1 und L2 unter unterschiedli
chen Temperaturbedingungen angeordnet sind.
Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Be
zug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine
Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel darstellt. Fig. 2 zeigt ein
Schaltbild, das ein Beispiel für eine Induktivitätsände
rungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungs
beispiel darstellt. Gemäß Fig. 1 und 2 weist eine Indukti
vitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung 1 eine Induktivität
sänderungs-Wandlerschaltung 2, eine Bezugsspannungs-
Erzeugungsschaltung 3, eine Bezugsspannungs-Kompensations
schaltung 4, eine CR-Schaltung 5, Hochpaßfilter 6 und 7,
einen Differenzverstärker 8, eine Induktivitätsänderungs-
Erfassungsschaltung 9 sowie eine Gleichspannungsversorgung
(Gleichstromenergieversorgung) 10 auf. Die Induktivitätsän
derungs-Wandlerschaltung 2 bildet einen Induktivitätsände
rungswandler, die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 3
bildet einen Bezugsspannungsgenerator, die Bezugsspannungs-
Kompensationsschaltung 4 bildet eine Bezugsspannungs-
Kompensationseinrichtung, die CR-Schaltung 5 bildet eine
Frequenzcharakteristik-Hinzufügungseinrichtung, wobei die
Hochpaßfilter 6 und 7, der Differenzverstärker 8 sowie die
Induktivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 eine Indukti
vitätsänderungs-Erfassungseinrichtung bilden.
Die Induktivitätsänderungs-Wandlerschaltung 2 ist eine
Schaltung, die Induktivitätsänderungen bei den Spulen L1
und L2 in Spannungsänderungen umwandelt, um diese auszuge
ben. Die Induktivitätsänderungs-Wandlerschaltung 2 besteht
aus Spulen L1 und L2 sowie Widerständen 12 und 13. Die Spu
len L1 und L2 sind in Reihe geschaltet. Diese Reihenschal
tung ist zwischen dem positiven Anschluß der Gleichspan
nungsversorgung 10 und der Masse geschaltet. Der Widerstand
12 ist parallel zu der Spule L1 geschaltet, wobei der Wi
derstand 13 parallel zu der Spule L2 geschaltet ist. Diese
Widerstände begrenzen den durch die Spulen L1 und L2 flie
ßenden Strom.
Die Verbindung zwischen den Spulen L1 und L2 ist über das
aus einem Kondensator 14 und einem Widerstand 15 bestehende
Hochpaßfilter 6 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des
Differenzverstärkers 8 verbunden. An der Verbindung zwi
schen den Spulen L1 und L2 tritt eine durch die Spulen ge
teilte Spannung VL auf. Die durch die Spulen geteilte Span
nung VL ist eine umgewandelte Spannung, die durch Umwandeln
der Induktivitätsänderung bei den Spulen L1 und L2 erhalten
wird. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 3 ist eine
Schaltung, die eine Bezugsspannung VR erzeugt. Die Bezugs
spannungs-Erzeugungsschaltung 3 besteht aus einer Reihen
schaltung, die aus Widerständen 16 und 17 aufgebaut ist.
Diese Reihenschaltung ist zwischen dem positiven Anschluß
der Gleichspannungsversorgung 10 und der Masse geschaltet.
Die Verbindung zwischen den Widerständen 16 und 17 ist über
ein aus einem Kondensator 18 und einem Widerstand 19 beste
hendes Hochpaßfilter 7 mit dem nichtinvertierenden Ein
gangsanschluß des Differenzverstärkers 8 verbunden. Die CR-
Schaltung 5 ist parallel zu dem Widerstand 17 geschaltet.
Die CR-Schaltung 5 ist derart aufgebaut, daß die Bezugs
spannung VR eine Frequenzcharakteristik haben sollte, die
ähnlich der der durch die Spulen geteilten Spannung VL ist.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8 wird an die
Induktivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 angelegt, de
ren Ausgangssignal das Ausgangssignal der Induktivitätsän
derungs-Erfassungsvorrichtung 1 ist. Die Induktivitätsände
rungs-Erfassungsschaltung 9 erfaßt die Induktivitätsände
rung bei den Spulen L1 und L2 auf der Grundlage des Aus
gangssignals des Differenzverstärkers 8. Weiterhin sind die
Verbindung zwischen den Spulen L1 und L2 sowie die Verbin
dung zwischen den Widerstand 16 und 17 mit der Bezugsspan
nungs-Kompensationsschaltung 4 verbunden.
Die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 4 ist aus Span
nungsteilerschaltungen 21, 22 und 23, einem Meßverstärker
(instrumentation amplifier) 24, einem Tiefpaßfilter 25 so
wie einer Kompensationsschaltung 26 aufgebaut. Der Meßver
stärker wird auch als Instrumentenverstärker oder Datenver
stärker bezeichnet, wobei dieser nachstehend als Datenver
stärker 24 bezeichnet ist. Die Spannungsteilerschaltung 21
bildet eine Spannungsteilereinrichtung, wobei die Span
nungsteilerschaltungen 22 und 23, der Datenverstärker 24
sowie das Tiefpaßfilter 25 eine Spannungsdifferenz-
Erfassungseinrichtung bilden, und die Kompensationsschal
tung 26 eine Kompensationseinrichtung bildet.
Die Spannungsteilerschaltung 21 ist aus einer parallel zu
der Gleichspannungsversorgung 10 geschalteten, aus Wider
ständen 31 und 32 bestehenden Reihenschaltung aufgebaut. An
der Verbindung zwischen den Widerständen 31 und 32 tritt
eine Teilungsspannung (geteilte Spannung) VX auf. Die Span
nungsteilerschaltung 22 ist aus einer parallel zu dem Wi
derstand 13 geschalteten Reihenschaltung aus Widerständen
33 und 34 aufgebaut. Die Spannungsteilerschaltung 23 ist
aus einer parallel zu dem Widerstand 32 geschalteten Rei
henschaltung aus Widerständen 35 und 36 aufgebaut. Dabei
sind die Widerstände 33 bis 36 derart hohe Widerstände, daß
diese keinen Einfluß auf die Spulen L1 und L2 oder die Wi
derstände 31 und 32 haben. Außerdem sind die Bezugsspannung
VR und die Teilungsspannung VX derart eingestellt, daß sie
dieselbe Größe aufweisen.
Der Datenverstärker 24 besteht aus Operationsverstärkern
41, 42 und 43 sowie Widerständen 44 bis 50. Der Datenver
stärker 24 ist ein Hochleistungs-Differenzverstärker mit
einem guten Gleichtakt-Unterdrückungs-Verhältnis. Der
nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operationsverstär
kers 41 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 33
und 34 verbunden. Das Ausgangssignal des Operationsverstär
kers 41 ist über den Widerstand 46 an dessen invertierenden
Eingangsanschluß angelegt. Der Ausgangsanschluß des Opera
tionsverstärkers 41 ist über den Widerstand 47 mit dem in
vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 43 verbun
den. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operati
onsverstärkers 42 ist mit der Verbindung zwischen den Wi
derständen 35 und 36 verbunden. Das Ausgangssignal des Ope
rationsverstärkers 42 ist über den Widerstand 44 an dessen
invertierenden Eingangsanschluß angelegt. Eine aus den Wi
derständen 48 und 49 bestehende Reihenschaltung ist zwi
schen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 42 und
der Masse geschaltet. Die Verbindung zwischen den Wider
ständen 48 und 49 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangs
anschluß des Operationsverstärkers 43 verbunden. Die inver
tierenden Eingangsanschlüsse der Operationsverstärker 41
und 42 sind über den Widerstand 45 miteinander verbunden.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 43 ist über
den Widerstand 50 an dessen invertierenden Eingangsanschluß
angelegt.
Das Tiefpaßfilter 25 besteht aus einem Widerstand 55 und
einem Kondensator 56. Eine aus dem Widerstand 55 und dem
Kondensator 56 bestehende Reihenschaltung ist zwischen dem
Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 43 und der Masse
geschaltet. An der Verbindung zwischen dem Widerstand 55
und dem Kondensator 56 wird das Ausgangssignal des Tiefpaß
filters 25 ausgegeben.
Die Kompensationsschaltung 26 besteht aus Operationsver
stärkern 61, 62 und 63, PNP-Transistoren 64 bis 67, NPN-
Transistoren 68 und 69, Widerständen 70 bis 73 sowie
Gleichspannungsversorgungen (Gleichstrom-Energieversor
gungen) 74 und 75. Bei der Kompensationsschaltung 26 bilden
die PNP-Transistoren 64 und 65 eine Stromspiegelschaltung,
bei der deren Emitter miteinander verbunden sind sowie mit
dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstär
kers 61 und über den Widerstand 70 ebenfalls mit der Ver
bindung zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden sind.
Die Basisanschlüsse der PNP-Transistoren 64 und 65 sind
miteinander und mit dem Kollektor des PNP-Transistors 64
verbunden. Der Kollektor des PNP-Transistors 64 ist mit dem
Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 61 verbunden.
Die eine vorbestimmte Spannung Va erzeugende Gleichspan
nungsversorgung 74 ist zwischen dem nichtinvertierenden
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 und der Masse
geschaltet.
Der Kollektor des PNP-Transistors 65 ist mit den Emittern
der PNP-Transistoren 66 und 67 verbunden. Die eine vorbe
stimmte Spannung Vb erzeugende Gleichspannungsversorgung 75
ist zwischen der Basis des PNP-Transistors 66 und der Masse
geschaltet. Der Kollektor des PNP-Transistors 66 ist über
den Widerstand 71 geerdet und mit den nichtinvertierenden
Eingangsanschlüssen der Operationsverstärker 62 und 63 ver
bunden. Die Basis des PNP-Transistors 67 ist mit der Ver
bindung zwischen dem Widerstand 55 und dem Kondensator 56
bei dem Tiefpaßfilter 25 verbunden. Der Kollektor des PNP-
Transistors 67 ist geerdet.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 ist an die
Basis des NPN-Transistors 68 angelegt. Der invertierende
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 62 ist mit dem
Emitter des NPN-Transistors 68 verbunden. Der Emitter des
NPN-Transistors 68 ist über den Widerstand 72 geerdet. Der
Kollektor des PNP-Transistors 68 ist mit der Verbindung
zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden. Das Aus
gangssignal des Operationsverstärkers 63 ist an die Basis
des NPN-Transistors 69 angelegt. Der invertierende Ein
gangsanschluß des Operationsverstärkers 63 ist mit dem
Emitter des NPN-Transistors 69 verbunden. Der Emitter des
NPN-Transi-stors 69 ist über den Widerstand 73 geerdet. Der
Kollektor des NPN-Transistors 69 ist mit der Verbindung
zwischen den Widerständen 16 und 17 verbunden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist nach Unterdrüc
kung der unnötigen Niederfrequenzsignale durch das Hochpaß
filter 6 die an der Verbindung zwischen den Spulen L1 und
L2 auftretende, durch die Spulen geteilte Spannung VL an
den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstär
kers 8 angelegt. Demgegenüber hat die an der Verbindung
zwischen den Widerständen 16 und 17 auftretende Bezugsspan
nung VR mittels der CR-Schaltung 5 eine Frequenzcharakteri
stik, die ähnlich der der durch die Spulen geteilten Span
nung VL ist. Nach Unterdrückung unnötiger Niederfrequenzsi
gnale durch das Hochpaßfilter 7 ist die durch die Spulen
geteilte Spannung VL an den nichtinvertierenden Eingangsan
schluß des Operationsverstärkers 8 angelegt. Der Differenz
verstärker 8 verstärkt das Differenzsignal der an den in
vertierenden Eingangsanschluß angelegten, durch die Spulen
geteilten Spannung VL und der Bezugsspannung VR. Die Induk
tivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 erfaßt Induktivi
tätsänderungen bei den Spulen L1 und L2 anhand des Aus
gangssignals des Operationsverstärkers 8.
Dabei steigt die durch die Spulen geteilte Spannung VL an,
falls die Umgebungstemperatur sich derart verringert, daß
die Impedanz der Spule L1 kleiner wird. Dann steigt die
durch die Spannungsteilerschaltung 22 geteilte Spannung
ebenfalls an, so daß ebenfalls das elektrische Potential an
dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsver
stärkers 41 ansteigt. Dieser nichtinvertierende Eingangsan
schluß ist der Eingangsanschluß des Datenverstärkers 24.
Deshalb verringert sich das elektrische Potential an dem
Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 43 durch eine
negative Rückkopplung. Dieser Ausgangsanschluß ist der Aus
gangsanschluß des Datenverstärkers 24. Dabei ist die Ände
rung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 43 auf
grund einer Temperaturänderung eine Änderung eines Gleich
spannungssignals, so daß diese durch das Tiefpaßfilter 25
nicht unterdrückt wird. Deshalb wird diese an die Basis des
PNP-Transistors 67 angelegt, so daß die Basisspannung ab
sinkt. Demgegenüber werden die Induktivitätsänderung in den
Spulen L1 und L2 sowie durch eine Störung bei der Energie
versorgung (Spannungsversorgung) verursachte Wechselspan
nungssignale durch das Tiefpaßfilter 25 derart unterdrückt,
daß diese die Basispannung des PNP-Transistors 67 nicht än
dern.
Mit Absinken der Basisspannung des PNP-Transistors 67
steigt der Kollektorstrom Ic1 des PNP-Transistors 67. Dabei
wird der in die Emitter der PNP-Transistoren 66 und 67 hin
einfließende Strom aus der aus den PNP-Transistoren 64 und
65 gebildeten Stromspiegelschaltung zugeführt. Die Emitter
spannung der PNP-Transistoren 64 und 65 wird durch den Ope
rationsverstärker 61 auf eine vorbestimmte Spannung Va kon
stant gehalten. Deshalb ist der aus dem Kollektor des PNP-
Transistors 65 zugeführte Strom konstant. Daher verringert
sich der Kollektorstrom Ic2 des PNP-Transistors 66 um den
Betrag des Anstiegs bei dem Kollektorstrom Ic1 des PNP-
Transistors 67.
Mit Verringern des Kollektorstroms Ic2 sinkt das elektri
sche Potential an den nichtinvertierenden Eingangsanschlüs
sen der Operationsverstärker 62 und 63 derart ab, daß das
elektrische Potential an den invertierenden Eingangsan
schlüssen der Operationsverstärker durch einen imaginären
Kurzschluß derart absinkt, daß es dasselbe wie das elektri
sche Potential an den nichtinvertierenden Eingangsanschlüs
sen wird. Das elektrische Potential an der Verbindung zwi
schen dem Emitter des NPN-Transistors 68 und des Wider
stands 72 sinkt um das Absinken des elektrischen Potentials
an dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsver
stärkers 62 ab. Folglich verringert sich der durch den Wi
derstand 72 fließende Strom, bei dem es sich um den Kollek
torstrom Ic3 des NPN-Transistors 68 handelt, derart, daß
die Teilungsspannung VX ansteigt. Ähnlich sinkt das elek
trische Potential an der Verbindung zwischen dem Emitter
des NPN-Transistors 69 und dem Widerstand 73 um das Absin
ken des elektrischen Potentials an dem invertierenden Ein
gangsanschluß des Operationsverstärkers 63 ab. Folglich
verringert sich der durch den Widerstand 73 fließende
Strom, bei dem es sich um den Kollektorstrom Ic4 des NPN-
Transistors 69 handelt, derart, daß die Bezugsspannung VR
ansteigt.
Demgegenüber beginnt das elektrische Potential an dem in
vertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61
mit Ansteigen der Teilungsspannung VX zu steigen. Jedoch
nimmt der Operationsverstärker 61 durch dessen Ausgangsan
schluß über den Transistor 64 Strom auf, um den imaginären
Kurzschluß beizubehalten. Deshalb wird das elektrische Po
tential an dem invertierenden Eingangsanschluß das elektri
sche Potential an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß
annehmen, so daß dieses ohne Anstieg konstant gehalten
wird. Deshalb wird die Spannung an den Emittern der PNP-
Transistoren 64 und 65 auf eine vorbestimmte Spannung Va
gehalten.
Der vorstehende Vorgang wird fortgesetzt, bis die durch die
Spulen geteilte Spannung VL und die Teilungsspannung VX
gleich werden. Wenn die durch die Spulen geteilte Spannung
VL und die Teilungsspannung VX gleich werden, stoppt der
Anstieg der Teilungsspannung VX, wobei der Anstieg der Be
zugsspannung VR ebenfalls stoppt. Falls die Änderung bei
der Bezugsspannung VR gleich der Änderung bei der Teilungs
spannung VX ist, wird lediglich das Gleichspannungssignal
des Änderungswertes bei der durch die Spulen geteilten
Spannung VL aufgehoben, so daß sich die Frequenzcharakteri
stik um die Wechselspannungssignale des Änderungswertes
verschiebt.
Jedoch kann die Änderungsrate bei der Bezugsspannung VR
entsprechend einer Änderung bei der Teilungsspannung VX
durch die Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 frei
eingestellt werden. Deshalb sind die Widerstandswerte der
Widerstände 72 und 73 derart eingestellt, daß die Fre
quenzcharakteristik der Bezugsspannung VR mit der Fre
quenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Spannung
VL übereinstimmen sollten, indem die Verschiebung zwischen
dem Gleichspannungssignal der Änderung bei der durch die
Spulen geteilten Spannung VL aufgrund der Temperaturände
rung und der Veränderung bei der Frequenzcharakteristik der
Induktivität bei den Spulen L1 und L2 in Betracht gezogen
werden.
Beispielsweise sei angenommen, daß es keinen Bedarf nach
einer Erfassung der Induktivitätsänderung bei den Spulen L1
und L2 in einem Niederfrequenzbereich gibt. In diesem Fall
sind, wie bei den Frequenzspektren gemäß Fig. 3 gezeigt,
die Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 derart ein
gestellt, daß die Variation der Frequenzcharakteristik der
durch die Spulen geteilte Spannung VL mit der Variation der
Frequenzcharakteristik der Bezugsspannung VR in einem Hoch
frequenzbereich übereinstimmen sollte, bei dem die Indukti
vitätsänderung bei den Spulen L1 und L2 überprüft wird. In
diesem Fall kann wie in Fig. 3 gezeigt die Variation der
Frequenzcharakteristik der durch die Spulen geteilten Span
nung VL mit der Variation der Frequenzcharakteristik in ei
nem Niederfrequenzbereich nicht übereinstimmen.
Weiterhin zeigt Fig. 4 ein Schaltbild, das ein anderes Bei
spiel für eine Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar
stellt. In Fig. 4 sind dieselben Bauelemente wie in Fig. 1
oder 2 durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, weshalb
deren Beschreibung nachstehend entfällt. Lediglich die von
Fig. 1 oder 2 unterschiedlichen Punkte sind im folgenden
beschrieben.
Fig. 4 unterscheidet sich von Fig. 1 oder 2 dahingehend,
daß der Schaltungsaufbau der Kompensationsschaltung 26 ver
ändert ist. Deshalb ist die Kompensationsschaltung 26 gemäß
Fig. 2 in eine Kompensationsschaltung 86 geändert. Mit die
ser Änderung ist die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung
4 gemäß Fig. 1 in eine Bezugsspannungs-
Kompensationsschaltung 84 geändert. Die Induktivitätsände
rungs-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 und 2 ist in ei
ne Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung 81 geän
dert. Die Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung 81
hat dasselbe Blockschaltbild wie gemäß Fig. 1 mit der Aus
nahme, daß die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 4
durch die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 84 ersetzt
ist, weshalb dieses Blockschaltbild hier entfällt.
Gemäß Fig. 4 weist die Induktivitätsänderungs-Erfassungs
vorrichtung 81 eine Induktivitätsänderungs-Wandlerschaltung
2, eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 3, eine Bezugs
spannungs-Kompensationsschaltung 84, eine CR-Schaltung 5,
Hochpaßfilter 6 und 7, einen Differenzverstärker 8, eine
Induktivitätsänderungs-Erfassungsschaltung 9 sowie eine
Gleichspannungsversorgung (Gleichstromenergieversorgung) 10
auf. Die Bezugsspannungs-Kompensationsschaltung 84 ist eine
aus Spannungsteilerschaltungen 21, 22 und 23, einem Daten
verstärker (Meßverstärker) 24, einem Tiefpaßfilter 25 sowie
einer Kompensationsschaltung 86 aufgebaut. Die Bezugsspan
nungs-Kompensationsschaltung 84 bildet eine Bezugsspan
nungs-Kompensationseinrichtung und die Kompensationsschal
tung 86 eine Kompensationseinrichtung.
Die Kompensationsschaltung 86 besteht aus Operationsver
stärkern 61, 62, 63 und 85, einer Diode 82, PNP-Transi
storen 64 und 65, NPN-Transistoren 68 und 69, Widerständen
70, 72, 73 und 83 sowie einer Gleichspannungsversorgung
(Gleichstrom-Energieversorgung) 74. Bei der Kompensations
schaltung 86 ist der Emitter des PNP-Transistors 64 mit dem
invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers
61 und ebenfalls über einen Widerstand 70 mit der Verbin
dung zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden. Die Ba
sisanschlüsse der PNP-Transistoren 64 und 65 sind miteinan
der und mit dem Kollektor des PNP-Transistors 64 verbunden.
Der Kollektor des PNP-Transistors 64 ist mit dem Ausgangs
anschluß des Operationsverstärkers 61 verbunden. Die eine
vorbestimmte Spannung Va erzeugende Gleichspannungsversor
gung 74 ist zwischen dem nicht invertierenden Eingangsan
schluß des Operationsverstärkers 61 und der Masse geschal
tet.
Der Operationsverstärker 85 und die Diode 82 bilden eine
Strombegrenzungsschaltung. Das Ausgangssignal des Operati
onsverstärkers 85 wird über die Diode 82 an dessen inver
tierenden Eingang gelegt. Der nichtinvertierende Eingangs
anschluß des Operationsverstärkers 85 ist mit dem invertie
renden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 ver
bunden. Die Verbindung zwischen dem invertierenden Ein
gangsanschluß des Operationsverstärkers 85 und der Anode
der Diode 82 ist mit dem Emitter des PNP-Transistors 65 und
mit der Verbindung zwischen dem Widerstand 55 und dem Kon
densator 56 bei dem Tiefpaßfilter 25 verbunden. Der Kollek
tor des PNP-Transistors 65 ist über den Widerstand 83 geer
det und ebenfalls mit den nichtinvertierenden Eingangsan
schlüssen der Operationsverstärker 62 und 63 verbunden.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 ist an die
Basis des NPN-Transistors 68 angelegt. Der invertierende
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 62 ist mit dem
Emitter des NPN-Transistors 68 verbunden. Der Emitter des
NPN-Transistors 68 ist über den Widerstand 72 geerdet. Der
Kollektor des NPN-Transistors 68 ist mit der Verbindung
zwischen den Widerständen 31 und 32 verbunden. Das Aus
gangssignal des Operationsverstärkers 63 ist an die Basis
des NPN-Transistors 69 angelegt. Der invertierende Ein
gangsanschluß des Operationsverstärkers 63 ist mit dem
Emitter des NPN-Transistors 69 verbunden. Der Emitter des
NPN-Transistors 69 ist über den Widerstand 73 geerdet. Der
Kollektor des NPN-Transistors 69 ist mit der Verbindung
zwischen den Widerständen 16 und 17 verbunden.
Bei dem vorstehende Aufbau steigt die durch die Spulen ge
teilte Spannung VL an, falls die Umgebungstemperatur derart
absinkt, daß die Impedanz der Spule L1 kleiner wird. Dann
steigt ebenfalls die durch die Spannungsteilerschaltung 22
geteilte Spannung derart an, daß das elektrische Potential
an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operations
verstärkers 41 ansteigt. Dieser nichtinvertierende Ein
gangsanschluß ist der Eingangsanschluß des Datenverstärkers
24. Deshalb sinkt durch die negative Rückkopplung das elek
trische Potential an dem Ausgangsanschluß des Operations
verstärkers 43. Dieser Ausgangsanschluß ist der Ausgangsan
schluß des Datenverstärkers 24. Dabei ist die Änderung bei
der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 43 aufgrund
der Temperaturänderung eine Änderung eines Gleichspannungs
signals, so daß diese nicht durch das Tiefpaßfilter 25 un
terdrückt wird. Deshalb wird diese in den Emitter des PNP-
Transistors 65 bei der Kompensationsschaltung 86 eingege
ben, so daß die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter
des PNP-Transistors 65 klein wird.
Wenn die Spannung zwischen dessen Basis und dessen Emitter
klein wird, verringert sich der Kollektorstrom Ic5 des PNP-
Transistors 65. Deshalb verringert sich der in den Wider
stand 83 fließende Strom derart, daß das elektrische Poten
tial an den nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen der
Operationsverstärker 62 und 63 absinkt. Weiterhin sinkt das
elektrische Potential an den invertierenden Eingangsan
schlüssen der Operationsverstärker 62 und 63 durch einen
imaginären Kurzschluß derart ab, daß dieses dasselbe wie
das elektrische Potential an den nichtinvertierenden Ein
gangsanschlüssen wird. Deshalb sinkt das elektrische Poten
tial an der Verbindung zwischen dem Emitter des NPN-
Transistors 68 und dem Widerstand 72. Folglich verringert
sich der durch den Widerstand 72 fließende Strom, bei dem
es sich um den Kollektorstrom Ic3 des NPN-Transistors 68
handelt, derart, daß die Teilungsspannung VX ansteigt. Ähn
lich sinkt das elektrische Potential an der Verbindung zwi
schen dem Emitter des NPN-Transistors 68 und dem Widerstand
73 um die Absenkung des elektrischen Potentials an dem in
vertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 63
ab. Folglich verringert sich der durch den Widerstand 73
fließende Strom, bei dem es sich um den Kollektorstrom Ic4
des NPN-Transistors 69 handelt, derart, daß die Bezugsspan
nung VR ansteigt.
Demgegenüber ist der nichtinvertierende Eingangsanschluß
des Operationsverstärkers 85 mit dem invertierenden Ein
gangsanschluß des Operationsverstärkers 61 verbunden, wobei
die Spannung an dem invertierenden Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 61 durch einen imaginären Kurzschluß
auf eine vorbestimmte Spannung Va begrenzt wird. Weiterhin
ist durch einen imaginären Kurzschluß der invertierende
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 85 auf dasselbe
elektrische Potential wie an dessen nicht invertierenden
Eingangsanschluß begrenzt, so daß die Spannung zwischen der
Basis und dem Emitter des PNP-Transistors 65 auf die vorbe
stimmte Spannung Va begrenzt ist. Folglich kann der Kollek
torstrom Ic5 des PNP-Transistors 65 durch die vorbestimmte
Spannung Va begrenzt werden. Deshalb kann verhindert wer
den, daß ein übermäßiger Kollektorstrom Ic5 des PNP-Tran
sistors 65 durch den Widerstand 83 fließt, so daß verhin
dert werden kann, daß die Kollektorspannung des PNP-Transi
stors 65 derart zu stark ansteigt, daß eine Sättigung ver
ursacht wird.
Auf diese Weise kann wie bei der Induktivitätsänderungs-
Erfassungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 die Änderungsrate bei
der Bezugsspannung VR entsprechend einer Änderung bei der
Teilungsspannung VX durch Variieren des Verhältnisses der
Widerstandswerte 72 und 73 frei eingestellt werden. Deshalb
sind wie bei der Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrich
tung 1 gemäß Fig. 1 die Widerstandswerte der Widerstände 72
und 73 derart eingestellt, daß die Frequenzcharakteristik
der Bezugsspannung VR mit der Frequenzcharakteristik der
durch die Spulen geteilten Spannung VL übereinstimmen soll
te, indem die Verschiebung zwischen dem Gleichspannungs
signal der Änderung bei der durch die Spulen geteilte Span
nung VL aufgrund der Temperaturänderung und der Änderung
bei der Frequenzcharakteristik der Induktivität bei den
Spulen L1 und L2 in Betracht gezogen wird.
Wie vorstehend beschrieben kann bei der Induktivitätsände
rungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungs
beispiel der Erfindung die Änderungsrate bei der Bezugs
spannung entsprechend der Änderung bei der durch die Spulen
geteilten Spannung VL durch Variieren der Verhältnisse der
Widerstandswerte der Widerstände 72 und 73 frei eingestellt
werden. Das Frequenzspektrum der Bezugsspannung kann paral
lel zur Amplitudenrichtung entsprechend einer durch eine
Temperaturänderung oder dergleichen verursachten in Ampli
tudenrichtung parallelen Variation des Frequenzspektrums
der durch die Spulen geteilten Spannung VL frei variiert
werden. Deshalb kann erreicht werden, daß die Frequenzspek
tren der durch die Spulen geteilten Spannung VL und der Be
zugsspannung VR in einem gewünschten Frequenzbereich mit
einander übereinstimmen. Folglich kann eine Induktivität
sänderung ohne Fehler aufgrund einer Störung bei der Ener
gieversorgung, einer Temperaturänderung und dergleichen
derart genau erfaßt werden, daß die Genauigkeit der Induk
tivitätserfassung verbessert werden kann.
Claims (4)
1. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung zur Er
fassung von Induktivitätsänderungen bei Spulen, mit einem
Induktivitätsänderungswandler (2), der Induktivitätsände
rungen bei den Spulen (L1, L2) in Spannungen umwandelt,
um diese auszugeben,
einem Bezugsspannungsgenerator (3), der eine vorbe stimmte Bezugsspannung (VR) erzeugt und ausgibt,
einer Frequenzcharakteristik-Hinzufügungseinrichtung (5), die eine Frequenzcharakteristik, die ähnlich der der durch den Induktivitätsänderungswandler umgewandelten Spannung ist, zu der von dem Bezugsspannungsgenerator ausgegebenen Bezugsspannung hinzufügt,
einer Bezugsspannungs-Kompensationseinrichtung (4), die das Frequenzspektrum der Bezugsspannung einschließ lich der hinzugefügten Frequenzcharakteristik parallel in Amplitudenrichtung entsprechend einer in Amplitudenrich tung parallelen Variation des Frequenzspektrums der durch den Induktivitätswandler umgewandelten Spannung variiert und kompensiert, und
einer Induktivitätsänderungs-Erfassungseinrichtung (6, 7, 8, 9), die die durch den Induktivitätsänderungs wandler umgewandelte Spannung mit der durch die Bezugs spannungs-Kompensationseinrichtung kompensierten Bezugs spannung zur Erfassung von Induktivitätsänderungen bei den Spulen vergleicht.
einem Bezugsspannungsgenerator (3), der eine vorbe stimmte Bezugsspannung (VR) erzeugt und ausgibt,
einer Frequenzcharakteristik-Hinzufügungseinrichtung (5), die eine Frequenzcharakteristik, die ähnlich der der durch den Induktivitätsänderungswandler umgewandelten Spannung ist, zu der von dem Bezugsspannungsgenerator ausgegebenen Bezugsspannung hinzufügt,
einer Bezugsspannungs-Kompensationseinrichtung (4), die das Frequenzspektrum der Bezugsspannung einschließ lich der hinzugefügten Frequenzcharakteristik parallel in Amplitudenrichtung entsprechend einer in Amplitudenrich tung parallelen Variation des Frequenzspektrums der durch den Induktivitätswandler umgewandelten Spannung variiert und kompensiert, und
einer Induktivitätsänderungs-Erfassungseinrichtung (6, 7, 8, 9), die die durch den Induktivitätsänderungs wandler umgewandelte Spannung mit der durch die Bezugs spannungs-Kompensationseinrichtung kompensierten Bezugs spannung zur Erfassung von Induktivitätsänderungen bei den Spulen vergleicht.
2. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung nach
Anspruch 1, wobei die Bezugsspannungs-
Kompensationseinrichtung (4) einen Spannungsteiler (21)
der die Versorgungsspannung in eine vorbestimmte Spannung
teilt, um diese auszugeben, eine Spannungsdifferenz-
Erfassungseinrichtung (22, 23, 24, 25), die die Span
nungsdifferenz zwischen der durch den Induktivitätsände
rungswandler umgewandelten Spannung (VL) und der durch
den Spannungsteiler (VX) geteilten Spannung erfaßt, und
eine Kompensationseinrichtung (26; 86) aufweist, die die
geteilte Spannung (VX) und die durch den Bezugsspannungs
generator erzeugte Spannung in Abhängigkeit von der durch
die Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung erfassten Spannungs
differenz zur Kompensation der Bezugsspannung variiert.
3. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung nach
Anspruch 2, wobei die Spannungsdifferenz-
Erfassungseinrichtung (22, 23, 24, 25) einen Meßverstär
ker (24), der die Differenz zwischen der durch den Induk
tivitätswandler umgewandelten Spannung und der durch den
Spannungsteiler geteilten Spannung verstärkt, sowie ein
Tiefpaßfilter (25) aufweist, das mit dem Ausgangsanschluß
des Meßverstärkers verbunden ist.
4. Induktivitätsänderungs-Erfassungsvorrichtung nach
Anspruch 2 oder 3, wobei die Kompensationseinrichtung die ge
teilte Spannung in derselben Weise wie die Variation der
umgewandelten Spannung variiert und die Bezugsspannung
bei einer vorbestimmten Rate variiert.
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