[发明专利]带有校准单元和测量装置的振动传感器

说明书

在本发明涉及一种用于测量装置的振动传感器(2)，该振动传感器(2)包括：振动器(21)，所述振动器(21)包括：谐振电路(21)，其用于提供振动信号；增益级(22)，其配置成反馈到所述谐振电路(21)，以注入能量来激励所述谐振电路(21)从而维持振动；至少一个校准元件(224、225、226、227)，其用以调节所述振动器(21)的开环增益；校准单元(24)，其提供调制的校准控制信号，以基于至少一个预定的占空比来选择性地调整所述至少一个校准元件(224、225、226、227)的电测量，其中，调制后的校准控制信号具有不规则的时变周期频率。

技术领域

本发明涉及具有振动传感器的测量装置。特别地，本发明涉及使用调制的校准元件来校准振动传感器。

背景技术

振动传感器通常用于检测由各种物理效应引起的衰减或阻抗的变化。振动传感器通常具有振动器(oscillator)，该振动器包括由感测线圈和/或由感测电容器形成的谐振电路。

特别地，振动传感器通常例如应用于接近度传感器，其中应检测到感测线圈的感测范围内导电物体的存在、不存在或导电物体的运动。在操作期间，这种振动器振动，而感测线圈产生交变磁场，该交变磁场实质地受到导电物体的存在的影响。因此，进入或离开感测线圈的感测范围或移入或移出感测范围的导电物体产生感测线圈的阻抗的变化。

在操作期间，谐振电路具有谐振频率，该谐振频率由感测线圈的电感和由电容器的电容确定。借助反馈放大，谐振电路被激励，使得通过注入与振动同相的能量来维持振动。此外，在感测范围内物体的存在导致由于在物体中产生涡电流的能量损失引起的谐振电路的品质因数降低。在操作中，这导致激发的振动的频率的变化和振动的振幅的变化。

例如，在应检测物体存在、不存在或运动的应用中，经常会分析振幅变动。因此，反馈放大的特性通常被配置为获得关于由于感测范围中物体的存在而引起的有关谐振特性的变化的振幅变化的高灵敏度。

通常借助于可变的校准元件来进行这种振动传感器的灵敏度的校准和操作点的设置，该可变的校准元件可以是用于激励振动的反馈回路中的无源电子部件。校准元件可以是电阻器等。由于这种校准元件的激光校准昂贵并且不允许重新校准，因此电子校准是优选的。

例如，文献WO2016/141965A1涉及一种具有谐振电路和反馈增益级的振动器。在反馈回路中，提供了调节电阻器，其被配置为借助于开关耦合到反馈回路中。通过借助脉冲宽度调制控制信号的占空比来控制开关，可以设置调节电阻器的有效电阻用于校准。

首先通过调节校准元件的电量来进行振动传感器的校准。如果校准元件是由脉冲宽度调制信号控制的可切换调节电阻，则占空比确定用于反馈耦合的有效电阻。

然而，通过脉冲宽度调制的控制具有将低频谐波注入电路的潜在可能，该谐波实质地由脉冲宽度调制的周期频率和特定占空比确定。这些谐波不能轻易地从传感器信号中分离出来，并影响振动传感器的操作，使得信噪比实质地降低。由于取决于占空比选择的校准，不同的谐波被引入每个振动传感器，使得谐波难以通过滤波消除。

因此，本发明的目的是提供一种可调谐的振动传感器和测量装置，其可以通过可变的校准元件来校准，并且其中可以减小由脉冲宽度调制信号注入的调制的负面影响，以实现高的信噪比。

发明内容

通过根据权利要求1的振动传感器和根据另外的独立权利要求的测量装置以及用于操作振动传感器的方法实现了上述目的。

从属的从权利要求中指示了进一步的实施例。

根据第一方面，提供一种用于测量装置的振动传感器，该振动传感器包括：

-振动器，所述振动器包括

谐振电路，用于提供振动信号；

增益级，配置成反馈到谐振电路，以注入能量来激励谐振电路以维持振动；和