KLOS, Hans-Henning (Grimmaische Str. 24, Mutzschen, 04688, DE)
SCHEIBNER, Dirk (Coseler Str. 27, Nürnberg, 90473, DE)
MÜLLER, Klaus-Dieter (Apenrader Str. 11a, Nürnberg, 90425, DE)
KLOS, Hans-Henning (Grimmaische Str. 24, Mutzschen, 04688, DE)
SCHEIBNER, Dirk (Coseler Str. 27, Nürnberg, 90473, DE)
| Patentansprüche 1. Messeinrichtung (1) mit einem ersten mikroelektromechani- schen Sensor (2), der zur Erzeugung eines Nutzsignals in Ab- hängigkeit einer erfassten Messgröße dient, mit folgenden Merkmalen : a) mit einer Störgrößen-Messeinheit (3) , b) mit einem Subtrahierer (4), der sowohl mit einem Ausgang des mikroelektromechanischen Sensors (2) als auch mit einem Ausgang der Störgrößen-Messeinheit (3) elektrisch verbunden ist, wobei c) in der Verbindung zwischen der Störgrößen-Messeinheit (3) und dem Subtrahierer (4) ein Verstärker (5) zwischenge- schaltet ist. 2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgrößen-Messeinheit (3) als zweiter mikroelektro- mechanischer Sensor (2) ausgeführt ist. 3. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgrößen-Messeinheit (3) als eine den ersten mik¬ roelektromechanischen Sensor (2) umgebende Leiterschleife ausführt ist. 4. Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife in dem ersten mikroelektromechanischen Sensor (2) integriert ist. 5. Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife auf ein Substrat (8) aufgebracht ist, das den ersten mikroelektromechanischen Sensor (2) trägt. 6. Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektierung eines elektrostatischen Störfeldes im Substrat (8), das den ersten mikroelektromechanischen Sensor (2) trägt, eine Kapazität eingebracht ist. 7. Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen der Störgrößen-Messeinheit (3) und dem Subtrahierer (4) zusätz¬ lich zu dem Verstärker (5) ein Phasenverstellglied (6) zwi- schengeschaltet ist. |
Messeinrichtung mit Kompensation von Störquellen Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung mit einem ersten mikroelektromechanischen Sensor, der zur Erzeugung eines Nutzsignals in Abhängigkeit einer erfassten Messgröße dient.
Mikroelektromechanische Sensoren sind an sich bekannt. Sie eignen sich wegen ihrer geringen Baugröße beispielsweise zur Messung in Maschinen und Anlagen. Sobald dabei elektromagne ¬ tische Störungen auftreten, ergeben sich jedoch Schwierigkeiten. Auf Störungen in Form elektromagnetischer Wellen reagieren die meisten Sensorsysteme äußerst sensibel, indem die Nutzsignale deutlich verfälscht und völlig unbrauchbar wer ¬ den. Ein Beispiel hierzu ist der Einfluss von Umrichtern in Antrieben, die mit den Harmonischen der PWM-Taktfrequenz extreme Störungen bei der Messung von Schwingungen zur Bestimmung von Unwuchten und Schadenszuständen, z.B. in Lagern ver- Ursachen.
Die WO 2008/149298 AI offenbart ein Verfahren zur Kompensati ¬ on eines variablen Parameters mit Hilfe eines Referenzwand ¬ lers .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrich ¬ tung der oben genannten Art vorzuschlagen, die eine Eliminierung von Störsignalen ermöglicht. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Messeinrichtung besteht, wenn gemäß Anspruch 2 die Störgrößen-Messeinheit als zweiter mikroelektromechanischer Sensor ausgeführt ist.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 3 die Stör ¬ größen-Messeinheit als eine den ersten mikroelektromechanischen Sensor umgebende Leiterschleife ausführt ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Messeinrichtung besteht, wenn gemäß Anspruch 4 die Leiterschleife in dem ersten mikro- elektromechanischen Sensor integriert ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 5 die Lei ¬ terschleife auf ein Substrat aufgebracht ist, das den ersten mikroelektromechanischen Sensor trägt. Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform besteht, wenn gemäß Anspruch 6 zur Detektierung eines elektrostatischen Störfeldes im Substrat, das den ersten mikroelektromechanischen Sensor trägt, eine Kapazität eingebracht ist. Vorteilhaft ist es außerdem, wenn gemäß Anspruch 7 in der
Verbindung zwischen der Störgrößen-Messeinheit und dem Sub ¬ trahierer zusätzlich zu dem Verstärker ein Phasenverstell- glied zwischengeschaltet ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 ein Signalverarbeitungsplan einer erfinderischen Messeinrichtung mit einem ersten mikroelektromechanischen Sensor,
FIG 2 eine erste Ausführungsform einer erfinderischen Messeinrichtung mit einem ersten mikroelektromechanischen Sensor,
FIG 3 eine zweite Ausführungsform einer erfinderischen Mess- einrichtung mit einem ersten mikroelektromechanischen
Sensor und
FIG 4 eine dritte Ausführungsform einer erfinderischen Messeinrichtung mit einem ersten mikroelektromechanischen Sensor .
In FIG 1 ist ein Signalverarbeitungsplan einer erfinderischen Messeinrichtung 1 dargestellt. Die Messeinrichtung 1 weist einen ersten mikroelektromechanischen Sensor 2, der zur Er- zeugung eines Nutzsignals in Abhängigkeit einer erfassten Messgröße dient, eine Störgrößen-Messeinheit 3 und einen Sub ¬ trahierer 4 auf. Der Subtrahierer 4 ist sowohl mit dem Ausgang des mikroelektromechanischen Sensors 2 als auch mit dem Ausgang der Störgrößen-Messeinheit 3 verbunden. Dabei sind in der Verbindung zwischen der Störgrößen-Messeinheit 3 und dem Subtrahierer 4 ein Verstärker 5 und wahlweise ein Phasenver- stellglied 6 zwischengeschaltet. Die Messeinrichtung 1 kom ¬ pensiert das dem Nutzsignal des ersten mikroelektromechani- sehen Sensors 2 überlagerte Störsignal mithilfe der Störgrö ¬ ßen-Messeinheit 3. Hierzu wird das von der Störgrößen-Mess ¬ einheit 3 aufgenommene Störsignal so eingestellt, dass bei fehlendem Nutzsignal sowohl der erste mikroelektromechanische Sensor 2 als auch die Störgrößen-Messeinheit 3 die gleichen Störsignale amplituden- und phasengleich zeigen. Bei vorhandenem Nutzsignal subtrahiert der Subtrahierer 4 das Störsig ¬ nal der Störgrößen-Messeinheit 3 von dem Ausgangssignal des mikroelektromechanischen Sensors 2, so dass im Wesentlichen nur noch das Nutzsignal übrig bleibt. Aufgrund der Wellenaus- breitung ist es erforderlich, dass sowohl der erste mikroelektromechanische Sensor 2 als auch die Störgrößen-Mess ¬ einheit 3 räumlich möglichst nahe beieinander sind.
Die Störgrößen-Messeinheit 3 kann beispielsweise als Refe- renzsensor ausgeführt sein, der am gleichen Platz wie der erste mikroelektromechanische Sensor 2 als Nutzsensor, z.B. in demselben Sensorgehäuse misst. Dadurch ist ein weitgehend störungsfreier Messbetrieb der Nutzgrößen möglich, insbesondere auch dann, wenn die Frequenzen der Störungssignale unbe- kannt sind, und insbesondere auch dann, wenn die Frequenzen der Störquellen nicht verschiebbar sind oder nicht verschoben werden .
In den FIG 2, 3 und 4 werden unterschiedliche Ausführungsfor- men der erfinderischen Messeinrichtung 1 gezeigt. Der erste mikroelektromechanische Sensor 2 umfasst ein Sensorelement 9 und zwei mit diesem verbundene Bondpads 7, die als Ein- und Ausgang dienen. Bei der Ausführungsform der erfinderischen Messeinrichtung 1 gemäß FIG 2 und 3 ist die Störgrößen- Messeinheit 3 als Leiterschleife ausgeführt. Die Leiter ¬ schleife ist gemäß FIG 2 in der Sensorstruktur des Sensors 2 integriert .
Bei der Ausführungsform gemäß FIG 3 ist die Leiterschleife auf ein Substrat 8 aufgebracht, das den ersten mikroelektro- mechanischen Sensor 2 trägt. Gemäß FIG 4 wird zur Detektion eines elektrostatischen Störfelds als Störgrößen-Messeinheit 3 in das Substrat 8, das den ersten mikroelektromechanischen Sensor 2 trägt, eine Kapazität eingebracht. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung 1 kann beispielsweise zur Eliminierung der Störungen von Umrichtern in Antrieben eingesetzt werden, bei denen die Lager mit mikroelektromecha ¬ nischen Sensoren überwacht werden. Nach herkömmlichem Vorgehen wird hierzu ein Schwingungssensor am Lager angebracht, wobei im Falle des Umrichterbetriebs ein markantes Störungs ¬ signal dem Nutzsignal überlagert ist.