[发明专利]用于操作传感器特别是桥式传感器的设备和方法以及传感器设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于操作传感器特别是用于操作桥式传感器的设备和方法，并且本发明还涉及传感器设备。

背景技术

位置传感器基于电容、磁、电感、光学或电阻测量原理。对要求高分辨率和可靠性并且同时要求低成本的应用而言，优选地使用电感式传感器。这种传感器类型的特征在于低的长期漂移和低的老化效应。除高成本的光学干涉仪以外，电感式传感器类型是可用的，特别是要在纳米或微米范围内执行无接触测量的情况下。

线性可变差动变压器（LVDT）在近十年内已知作为用于位置判定的电感式传感器类型。然而，这些传感器在中心范围内具有线性问题并且这些传感器需要使用外来的从而通常比较昂贵的材料。另外，需要用于线圈激励以及用于接收线圈的测量值的转换的复杂传感器接口。随后的信号处理也是昂贵的，并且其必须提供至少一种AC信号转换以及随后的模数转换。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于操作传感器特别是桥式传感器的设备和方法、以及相应的传感器设备，该传感器设备允许具有高分辨率和可靠性的更简单的信号处理。

该目的是通过独立权利要求的主题来解决的。有利的变型和设计是从属权利要求的相应主题。

在实施方式中，用于操作传感器特别是桥式传感器的设备包括用于向传感器供电的传感器输入。时钟信号发生器耦接至传感器输入。放大器在输入侧上连接至信号输入以能够将传感器连接至该设备。此外，提供了连接至放大器的输出的信号处理装置。

根据物理量例如位置或转矩，传感器生成传感器信号。经由适当的传感器输出，传感器连接至设备的传感器输入，并且在该传感器输入提供所记录的传感器信号。传感器信号被施加于放大器并且被放大。这个过程根据信号发生器的时钟脉冲来进行。以这种方式，可以根据传感器信号来生成连续的传感器值。

可以在放大器的输出处获得以这种方式放大的传感器信号或传感器值，并且以这种方式它们被施加于信号处理装置。信号处理装置被设计成对随着时钟脉冲而一个接着一个的传感器信号进行解调。根据解调过程来进行这种解调。信号处理装置优选地包括用于例如从逻辑元件或存储器部件建立用于信号值的中间存储的部件。

所提出的设备代表通用测量接口，其可以和多种传感器类型一起使用。这优选地包括桥式传感器，特别是基于电感和/或电阻测量原理的桥式传感器。由于多种可能的传感器类型，该设备可以用于例如在线性和差动位置传感器、接近传感器以及应变和压力传感器的情况下的信号处理。

在此，例如在电感桥式传感器的线圈激励的情况下借助于信号发生器的调制，以及随后的借助于信号处理装置的解调，达到若干优点。通过对一个接着一个的传感器信号的适当的解调，偏移量和低频噪声得到了补偿。为此目的，可以例如随着时钟脉冲利用交变符号来提供传感器值。如果解调考虑到例如平均值，则偏移量和低频分量在总和的形成过程中被消除。以这种方式，设备具有较高的零点稳定性。由于对一个接着一个的传感器信号的差动处理，设备具有令人满意的电磁兼容性（EMC）。

设备容许具有高线性度同时具有高分辨率，线性度和分辨率基本上仅受到信号处理装置和放大器限制。由于偏移量补偿，温度漂移也降低了。因此，通过使用桥式传感器，可靠的测量如位置测量在若干纳米或微米的范围内是可能的并且具有高可靠性。这在测量小的或微小的机械变形的情况下特别有利。因此，该设备有利地可用于转矩和应变测量装置。

下面通过根据恒定频率或时钟脉冲进行重复的周期时钟脉冲信号来限定信号发生器的时钟脉冲。可以基于两个连续的极大值或极小值之间的时长以及通过频率进行限定时钟脉冲，该时长在两个函数值（例如，二进制矩形函数的“高”和“低”）的出现之间。任何周期函数都可以用作时钟脉冲信号。时钟脉冲频率优选地为几kHz。

借助于信号发生器，传感器信号在某种意义上来说被调制，并且只有适当的传感器值才被考虑。除非另有说明，否则在下文中术语随着时钟脉冲一个接着一个的传感器信号和传感器值都应当理解为这层意义。

在设备的变型中，信号输入具有第一信号连接和第二信号连接。相应地，放大器具有第一放大器输入和第二放大器输入。在此，第一放大器输入连接至第一信号连接，而第二放大器输入连接至第二信号连接。