Druckmesszelle sowie eine MessZeilenanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur

Verarbeitung eines Messsignals einer Druckmesszelle sowie eine MessZellenanordnung mit einer Druckmesszelle.

Es ist bekannt, Drücke bzw. Druckdifferenzen dadurch zu messen, indem eine dünne Membran druckbeaufschlagt wird und ihre daraus bewirkte Durchbiegung gemessen wird. Eine bekannte und geeignete Methode, die Durchbiegung solcher Membranen zu messen, besteht darin, dass die

Membrananordnung als variable elektrische Kapazität

ausgebildet wird, wobei über eine Messelektronik die

Kapazitätsänderung ausgewertet wird, welche mit der

Druckänderung korreliert. Die Kapazität wird ausgebildet, indem die dünne, biegsame Membranfläche in geringem Abstand gegenüber einer weiteren Fläche eines Körpers angeordnet ist und beide einander gegenüberliegenden Oberflächen elektrisch leitend ausgebildet sind. Wenn die Membran und der Körper aus nicht leitendem, dielektrischen Material

bestehen, werden dazu die Oberflächen beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Belag beschichtet, wodurch

Kondensatorelektroden ausgebildet werden. Die Membran und/oder der Körper können auch selbst aus elektrisch leitendem Material gefertigt sein, wobei dann die

Oberflächen wiederum die Kondensatorelektroden bilden. Bei Druckbeaufschlagung der Membran verändert sich als Folge der Durchbiegung der Abstand zwischen den beiden Elektroden, was zu einer auswertbaren Kapazitätsänderung führt . Sensoren dieser Art werden in grossen Stückzahlen beispielsweise aus Silizium hergestellt. Sowohl der

flächige Grundkörper wie auch die Membran bestehen hierbei oft vollständig aus Silizium. Es gibt auch Ausführungen mit kombinierter Materialzusammensetzung, z.B. Silizium mit Glasunterlage. Die Sensoren lassen sich dadurch

kostengünstig herstellen. Drucksensoren dieser Art sind in der Regel nur für höhere Druckbereiche im Bereich von ca. 10" ¹ mbar bis zu einigen bar einsetzbar. Eine hohe

Auflösung bei tieferen Drucken ab etwa 10 ^_1 mbar sind mit dem Werkstoff Silizium nicht mehr realisierbar. Für

typische Vakuumanwendungen sind Sensoren dieser Art nicht geeignet. Für die verschiedenen zu kontrollierenden

Vakuumprozesse werden Messungen des Druckes im Vakuum oft im Bereich zwischen Atmosphäre und 10 ^-6 mbar durchgeführt. Derartige Messungen erfordern eine hohe Empfindlichkeit mit hoher Auflösung und guter Reproduzierbarkeit der

Vakuumdruckmessung, wozu nur speziell ausgebildete

Messzellen in der Lage sind, die von der Bauweise der

Hochdruckmesszelle völlig abweichen.

Für die Vakuumdruckmessung sind kapazitive

Membrandruckmesszellen besonders geeignet, die aus

korrosionsfesten Materialien wie AI ₂ O ₃ hergestellt sind. In EP 1 070 239 Bl wird eine bekannte kapazitive

Vakuummesszelle, welche im Wesentlichen vollständig aus Keramik aufgebaut und somit in hohem Mass korrosionsfest ist, beschrieben. Um sehr tiefe Drücke bis 10" ⁶ mbar bei hoher Genauigkeit messen zu können, wird eine sehr dünne Keramikmembran von beispielsweise 60 μπι Dicke verwendet, welche spannungsfrei und symmetrisch in einem

Keramikgehäuse angeordnet ist. Der Abstand der Kondensatorelektroden bzw. der

Membranoberflächen von der Oberfläche des Gehäusekörpers liegt hierbei bevorzugt im Bereich von 2 bis 50μσι. Die Durchmesser derartiger Membrandruckmesszellen liegen bevorzugt im Bereich von 5 bis 80 mm. Die dadurch

gebildeten und zu messenden Kapazitäten liegen im Bereich von 10 pF und 32 pF. Dank der neuen Elektronik können wir nun Kapazitäten im Bereich von 5 pF bis 1000 pF messen. Die gemessene Kapazität dient hierbei als Mass für den zu messenden Druck. Bei druckabhängiger Verbiegung der Membran verändert sich diese Kapazität entsprechend, wodurch der an der Membran anliegende Druck erfasst werden kann. Diese Kapazitätsmessung muss sehr präzise erfolgen und ist bei den kleinen Kapazitätswerten nicht einfach, da die kleinen Kapazitäten dazu führen, dass auch die durch

Druckänderungen hervorgerufenen Kapazitätsänderungen äusserst klein sind. Als Folge davon sind auch die hieraus erzeugten bzw. abgeleiteten elektrischen Signale äussert klein und damit störanfällig. Daher werden an Signalverarbeitungssysteme zur Verarbeitung von Drucksignalen gemäss den vorstehenden Ausführungen entsprechend hohe Anforderungen gestellt . Darüber hinaus werden Filteralgorithmen eingesetzt, um die Eigenschaften der gemessenen Drucksignale für die Weiterverwendung, beispielsweise zur Steuerung des Druckes in Prozesskammern, zu optimieren. Dabei wird versucht, einen Filteralgorithmus anzugeben, der zwei an sich widersprüchliche Ziele zur Verarbeitung von Drucksignalen gleichzeitig erreicht:

Erstens soll ein Einschwingvorgang, beispielsweise nach einer Schritt-förmigen Änderung des Messsignals, möglichst rasch abgeschlossen sein, d.h. das Ausgangssignal des

Filters sollte möglichst rasch zu einem stabilen

Ausgangssignal führen. Damit kann eine allenfalls

notwendige Aktion aufgrund einer Druckänderung rasch möglichst eingeleitet werden. Zweitens soll ein allfälliges Rauschsignal durch den Filteralgorithmus möglichst stark unterdrückt werden. Damit ist gemäss der ersten Bedingung ein möglichst schnelles Filter gefordert, nach der zweiten Bedingung hingegen eher ein langsames Filter erwünscht.

Zahlreiche Versuche sind bekannt, einen Filteralgorithmus und damit eine Übertragungsfunktion für einen Filter zur Verarbeitung des Messsignals anzugeben, um die beiden widersprüchlichen Ziele zu erreichen. Die bekannten

Filteralgorithmen basieren auf Kompromissen, die bei der vorliegenden Anwendung bei der Druckmessung mit

hochsensiblen Sensoren nicht zu zufriedenstellenden

Ergebnissen führen. In US 5 838 599 ist eine Variante für ein Filter

beschrieben, das sowohl kurze Einschwingvorgänge bei einer raschen Änderung des Eingangssignals als auch eine gute Reduktion von Rauschsignalanteilen im Eingangssignal im eingeschwungenen Zustand zulässt. Ferner ist auf US 2013/0016888 AI verwiesen, die ein aufwändiges Berechnungsverfahren mit einem linearen Filte: zur Elimination von Rauschen offenbart.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein einfaches Verfahren zur Verarbeitung eines Messsignals anzugeben, bei dem eine ausgeprägte

Rauschsignalunterdrückung erzielt wird, gleichzeitig aber eine schnelle Reaktion auf sich massgeblich ändernde

Messsignale möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine

Messzellenanordnung mit einer Druckmesszelle sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Bestimmung eines

Druckes in einer Druckzelle besteht darin,

- dass ein Messsignal bestimmt wird, das zumindest

proportional zu einem gemessenen Druck in der

Druckzelle ist,

- dass ein Ausgangssignal mit Hilfe einer eine

Übertragungsfunktion aufweisenden Filtereinheit aus dem Messsignal erzeugt wird, indem ein im Messsignal enthaltenes Rauschsignal zumindest reduziert,

vorzugsweise eliminiert wird,

- dass eine zeitliche Änderung des Messsignals bestimmt wird und

- dass die Übertragungsfunktion in Funktion der

zeitlichen Änderung des Messsignals eingestellt wird. Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass der Druck in der Druckzelle zumindest proportional zum Ausgangssignal eingestellt wird. Damit wird ein geschlossenes Regelsystem erhalten, dass äusserst stabil und robust ist.

Das Ausgangssignal ist linear und somit hervorragend als Istwert auch für moderne Regler ( ustandsregler) geeignet.

Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Übertragungsfunktion zumindest in erster Ordnung eine Tiefpass-Charakteristik aufweist, wobei deren Zeitkonstante in Funktion der zeitlichen Änderung des Messsignals eingestellt wird.

Weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen

Verfahrens bestehen darin, dass ein Mittelwert des

Messsignals bestimmt wird, dass ein Differenzsignal durch eine Differenzbildung zwischen dem Messsignal und dem

Mittelwert des Messsignals bestimmt wird und dass die zeitliche Änderung des Messsignals zumindest vom

Differenzsignal abgeleitet wird. Weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen

Verfahrens bestehen darin, dass der Mittelwert des

Messsignals unter Verwendung eines exponentiellen

Mittelwert-Filters bestimmt wird, das für ein zeitdiskretes Messsignal durch definiert ist, wobei f das Zeit-diskrete Ausgangssignal, ßi eine Variable, x das Zeit-diskrete Messsignal und n ein Zeit-abhängiger Index ist, wobei die Variable ßi

insbesondere einen Wert zwischen 1 und 0, insbesondere vorzugsweise zwischen 1 und 0.1, insbesondere vorzugsweise zwischen 0.85 und 0.95 aufweist. Weitere AusführungsVarianten des erfindungsgemässen

Verfahrens bestehen darin, dass die zeitliche Änderung des Messsignals durch Bildung eines Mittelwertes des

Differenzsignals bestimmt wird.

Weitere AusführungsVarianten des erf indungsgemässen

Verfahrens bestehen darin, dass die zeitliche Änderung des Messsignals unter Verwendung eines exponentiellen

Mittelwert-Filters bestimmt wird, das für ein zeitdiskretes Differenzsignal durch

(Δ ^χ /ΔΤ) _η = β ₂ · ^β _η +(1-β ₂ ) · (Δ ^χ /ΔΤ) _η -1 definiert ist, wobei (Δχ/ΔΤ) _η die Zeit-diskrete Änderung des Messsignals, ß ₂ eine Variable, e das Zeit-diskrete Differenzsignal und n ein Zeit-abhängiger Index ist, wobei die Variable ß ₂ insbesondere einen Wert zwischen 1 und 0, insbesondere vorzugsweise zwischen 0.5 und 0.01,

insbesondere vorzugsweise zwischen 0.05 und 0.15 aufweist. Weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen

Verfahrens bestehen darin, dass die Zeitkonstante der

Übertragungsfunktion eines zeitdiskreten Systems durch

1-a

T = AT

a definiert ist, wobei ΔΤ dem Abtastintervall beim Zeitdiskreten System entspricht und α eine Variable ist, deren Wert zumindest proportional zur zeitlichen Änderung des Messsignals ist, jedoch einen Minimalwert a _m in nicht unterschreitet und einen Maximalwert a _ma x nicht

überschreitet, wobei der Minimalwert a _m in insbesondere zwischen 0.0 und 0.1, insbesondere vorzugsweise zwischen 0.0 und 0.01, und der Maximalwert amax insbesondere zwischen 0.3 und 1.0 liegt.

Noch weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass die Übertragungsfunktion durch die Formel y _n = α· χ _η + (l-α) ^» y _n - i definiert ist, wobei y das Zeit-diskrete Ausgangssignal, x das Zeit-diskrete Messsignal, α eine Variable ist, deren Wert von der zeitlichen Änderung des Messsignals abhängig ist, und n ein Zeit-abhängiger Index ist.

Noch weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass das Messsignal in einem schnellen Pfad zur Erzeugung eines Ausgangspuls verarbeitet wird, wobei der Ausgangspuls des schnellen Pfads mindestens so lange aktiv ist, wie die während höchstens drei

Abtastintervalle gemessene Messsignaländerung grösser als das im gleichen Zeitraum gemessene Rauschen im Messsignal oder in der Messsignaländerung ist.

Noch weitere AusführungsVarianten des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass das Messsignal ferner einem langsamen Pfad zur Erzeugung eines Schaltsignals

verarbeitet wird, wobei das Schaltsignal des langsamen Pfads mindestens so lange aktiv ist, wie die während länger als 2*TS gemessene Änderung des Messsignals grösser als das im gleichen Zeitraum gemessene Rauschen im Messsignal oder in der Messsignaländerung ist, wobei TS eine vorgegebene minimale Pulsbreite des Ausgangspulses ist, und dass die Variable α einen Wert in Abhängigkeit einer ODER- Verknüpfung zwischen dem Ausgangspuls und dem Schaltsignal erhält .

Noch weitere AusführungsVarianten des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass die Variable α zumindest nach einer vorgegebenen Übergangszeit nach einem

Schaltvorgang entweder den Wert αι oder den Wert a2

annimmt, wobei der Wert für ai insbesondere im Bereich 0.01 bis 0.9 liegt und wobei der Wert für ₂ insbesondere im Bereich 0.0001 bis 0.01 liegt.

Noch weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass ein Umschalten von einem Wert οίι auf einen Wert c(2 über eine Zeitspanne Fin erfolgt und/oder dass ein Umschalten von einem Wert a.2 auf einen Wert αι über eine Zeitspanne F _ou t erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine

Messzellenanordnung mit Druckzelle und einer mit der

Druckzelle wirkverbundenen Membrandruckmesszelle , die ein druckabhängiges Messsignal erzeugt, das einer eine

Übertragungsfunktion aufweisenden Filtereinheit zur

Erzeugung eines Ausgangssignals beaufschlagt ist, wobei eine zeitliche Änderung des Messsignals bestimmbar ist und die Übertragungsfunktion in Funktion der zeitlichen

Änderung des Messsignals einstellbar ist. Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen

Messanordnung besteht darin, dass das Ausgangssignal zur Einstellung des Druckes in der Druckzelle verwendbar ist, und dabei insbesondere zur Druckeinstellung in einer Prozesskammer verwendbar ist.

Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen

Messanordnung besteht darin, dass die Übertragungsfunktion zumindest in erster Ordnung eine Tief ass-Charakteristik aufweist, wobei deren Zeitkonstante in Funktion der zeitlichen Änderung des Messsignals einstellbar ist.

Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass ein Mittelwert des Messsignals bestimmbar ist, dass ein Differenzsignal durch eine Differenzbildung zwischen dem Messsignal und dem Mittelwert des Messsignals bestimmbar ist und dass die zeitliche Änderung des Messsignals zumindest vom

Differenzsignal ableitbar ist. Weitere AusführungsVarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass der Mittelwert des Messsignals unter Verwendung eines exponentiellen

Mittelwert-Filters bestimmbar ist, das für ein

zeitdiskretes Messsignal durch definiert ist, wobei f der Zeit-diskrete Mittelwert des Messsignals, ßi eine Variable, x das Zeit-diskrete

Messsignal und n ein Zeit -abhängiger Index ist, wobei die Variable ßi insbesondere einen Wert zwischen 1 und 0, insbesondere vorzugsweise zwischen 1 und 0.1, insbesondere vorzugsweise zwischen 0.85 und 0.95 aufweist. Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass die zeitliche Änderung des Messsignals durch Bildung eines Mittelwertes des Differenzsignals bestimmbar ist. Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass die zeitliche Änderung des Messsignals unter Verwendung eines exponentiellen Mittelwert-Filters bestimmbar ist, das für ein

zeitdiskretes Differenzsignal durch (Δ ^χ /ΔΤ) _η = β ₂ ·θ _η + (l"ß ₂ ) · (Δ ^χ /ΔΤ) _η -1 definiert ist, wobei (Δχ/ΔΤ) _η die Zeit-diskrete zeitliche Änderung des Messsignals, ß ₂ eine Variable, e _n das Zeit- diskrete Differenzsignal und n ein Zeit-abhängiger Index ist, wobei die Variable ß ₂ insbesondere einen Wert zwischen 1 und 0, insbesondere vorzugsweise zwischen 0.5 und 0.01, insbesondere vorzugsweise zwischen 0.05 und 0.15 aufweist. Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass die Zeitkonstante der Übertragungsfunktion eines zeitdiskreten Systems durch

1— a

T = ΔΤ

a definiert ist, wobei ΔΤ dem Abtastintervall beim Zeitdiskreten System entspricht und α eine Variable ist, deren Wert zumindest proportional zur zeitlichen Änderung des Messsignals ist, jedoch einen Minimalwert a _m in nicht unterschreitet und einen Maximalwert a _ma x nicht

überschreitet, wobei der Minimalwert a _m in insbesondere zwischen 0.0 und 0.1, insbesondere vorzugsweise zwischen 0.0 und 0.01, und der Maximalwert a _ma x insbesondere zwischen 0.3 und 1.0 liegt.

Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass die Übertragungsfunktion durch die Formel definiert ist, wobei y das Zeit-diskrete Ausgangssignal , x das Zeit-diskrete Messsignal, α eine Variable ist, deren Wert von der zeitlichen Änderung des Messsignals abhängig ist, und n ein Zeit -abhängiger Index ist.

Weitere Ausführungs arianten der erf indungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass das Messsignal einem schnellen Pfad zur Erzeugung eines Ausgangspuls

beaufschlagt ist, wobei der Ausgangspuls des schnellen Pfads mindestens so lange aktiv ist, wie die während höchstens drei Abtastintervalle gemessene

Messsignaländerung grösser als das im gleichen Zeitraum gemessene Rauschen im Messsignal oder in der

MessSignaländerung ist.

Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass das Messsignal ferner einem langsamen Pfad zur Erzeugung eines Schaltsignals beaufschlagt ist, wobei das Schaltsignal des langsamen Pfads mindestens so lange aktiv ist, wie die während länger als 2*TS gemessene Änderung des Messsignals grösser als das im gleichen Zeitraum gemessene Rauschen im Messsignal oder in der Messsignaländerung ist, wobei TS eine minimale

Pulsbreite des Ausgangssignals ist, und dass die Variable α einen Wert in Abhängigkeit einer ODER-Verknüpfung zwischen dem Ausgangspuls und dem Schaltsignal erhält. Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass die Variable α zumindest nach einer vorgegebenen Übergangszeit nach einem

Schaltvorgang entweder den Wert oii oder den Wert 0(2

annimmt, wobei der Wert für αι insbesondere im Bereich 0.01 bis 0.9 liegt und wobei der Wert für a.2 insbesondere im Bereich 0.0001 bis 0.01 liegt.

Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen

Messanordnung bestehen darin, dass zwischen der

Filtereinheit und der Entscheidungseinheit eine

Übergangseinheit vorgesehen ist, in der ein Umschalten von einem Wert αι auf einen Wert c<2 über eine Zeitspanne Fj. _n erfolgt und/oder ein Umschalten von einem Wert «2 auf einen Wert oii über eine Zeitspanne F _ou t erfolgt.

Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehenden

Ausführungsvarianten in beliebiger Weise kombinierbar sind. Lediglich diejenigen Kombinationen von Ausführungsvarianten sind ausgeschlossen, die durch Kombination zu einem

Widerspruch führen würden.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Figuren im Detail erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine MessZeilenanordnung mit einer mit einer

Prozesskammer verbundenen Membrandruckmesszelle , mit der ein Messsignal bestimmt wird, das nach erfindungsgemässer Verarbeitung in einer Signalverarbeitungseinheit einem Ventil zugeführt wird,

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Signalverarbeitungseinheit gemäss Fig. 1 mit einer Berechnungseinheit zur

Verarbeitung des Messsignals ,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Berechnungseinheit gemäss Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Berechnungseinheit gemäss Fig. 2,

Fig. 5 ein Signalflussdiagramm, das die in einer

Entscheidungseinheit ablaufenden

Verfahrensschritte dargestellt,

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer weiteren

Ausführungsvariante für die erfindungsgemässe Berechnungs- und Entscheidungseinheit mit einem schnellen und einem langsamen Signalpfad,

Fig. 7 ein Blockdiagramm für den erfindungsgemässen

schnellen Signalpfad gemäss Fig. 6,

Fig. 8 ein Blockdiagramm für den erfindungsgemässen

langsamen Signalpfad gemäss Fig. 6 und Fig. 9, ausgehend von Fig. 2, eine weitere

Ausführungsvariante mit einer Übergangseinheit zwischen Berechnungseinheit und Filtereinheit. Fig. 1 zeigt in einem stark vereinfachten Blockdiagramm eine MessZeilenanordnung mit einer Prozesskammer 1, einer Membrandruckmesszelle 2, einer Vakuumpumpe 3, einer

Signalverarbeitungseinheit 4, einer Steuereinheit 5, einem Ventilaktuator 6 und einem Ventil 7. Die

Membrandruckmesszelle 2 wird zur Bestimmung des Druckes in der Prozesskammer 1 eingesetzt, in dem ein nach Vorgabe eines Vakuumprozesses vorgegebener Druck eingestellt wird. Vakuumprozesse umfassen verschiedenste Verfahren, wie beispielsweise Beschichtungsverfahren, Ätzverfahren, thermische Behandlung von Werkstücken etc. Vakuumprozesse werden oft auch mit unterstützenden Gasen betrieben, die sowohl aktiv als Reaktivgas oder auch als Inertgas im

Prozess benötigt werden. Die Gase werden hierzu in die Prozesskammer 1 über das vom Ventilaktuator 6 angesteuerte Ventil 7 zugeführt, mit dem der Gaszufluss und der Druck in der Prozesskammer 1 steuerbar ist. Durch die Membrandruckmesszelle 2 wird ein Messsignal x erzeugt, das in der Signalverarbeitungseinheit 4 und der Steuereinheit 5 zu einem Steuersignal s für den Ventilaktuator 6 verarbeitet wird. Für eine präzise Prozessführung ist es notwendig, dass die Membrandruckmesszelle 2 einerseits möglichst präzise, anderseits aber auch schnell misst, um auf

Druckänderungen in der Prozesskammer 1 möglichst schnell und präzise reagieren zu können. Denkbar ist auch - bei einer vereinfachten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung -, dass das AusgangsSignals y der Signalverarbeitungseinheit 4 nicht zur Steuerung des Druckes in einer Prozesskammer eingesetzt wird. Es handelt sich dann nicht um eine geschlossenes sondern um ein offenes System. Hierbei wird ein Druck in einer Druckzelle beliebiger Art - ähnlich wie bei der Prozesskammer gemäss Fig. 1 - mit einer Druckmesszelle 2 gemessen. Das mit der Druckmesszelle 2 gemessene Messsignal x wird ebenfalls in einer Signalverarbeitungseinheit 4 verarbeitet, um ein stabiles, rauschfreies und doch auf Änderungen rasch reagierendes Ausgangssignal y zu erhalten.

Die Erfindung bezieht sich nunmehr - wiederum mit Blick auf die Ausführungsvariante gemäss Fig. 1 - auf die

Verarbeitung des Messsignals x im Kontext der bei einem Vakuumprozess vorhandenen Verhältnisse und bezweckt vor allem die optimale Signalverarbeitung des Messsignals x, wie es als Drucksignal bei solchen Vakuumprozessen

auftreten kann. Dabei kann die Signalverarbeitung in der

Signalverarbeitungseinheit 4 grundsätzlich in analoger oder digitaler Weise erfolgen, wobei im Folgenden auf die besonderen Vorkehrungen, wenn eine Signalverarbeitung auf analoge Weise oder auf digitaler Weise vorgenommen wird, nicht weiter eingegangen wird, da solche Vorkehrungen

(analog/digital Wandlung, Filterung zur Vermeidung von Aliasing, Wahl der Abtastfrequenz, etc.) dem Fachmann hinlänglich bekannt sind. Das Ausgangssignal y der Signalverarbeitungseinheit 4 wird in der Steuereinheit 5 beispielsweise mit einem so

genannten P-, PI-, PID- oder Zustands-Regler

weiterverarbeitet. Der in der Steuereinheit 5 realisierte Regler ist dabei insbesondere auf die optimale Nachführung des Steuersignals s für den Ventilaktuator 6 bzw. für das Ventil 7 verantwortlich.

Grundsätzlich sind die Ausführungen zu den Abläufen in der Signalverarbeitungseinheit 4 und zu deren

Blockschaltbildern sowohl für die Ausführungsvariante in einem geschlossenen System als auch für die

Ausführungsvariante in einem offenen System gültig. Fig. 2 zeigt schematisch und vereinfacht ein Blockdiagramm zur Illustration der Verarbeitungsschritte, die in der Signalverarbeitungseinheit 4 (Fig. 1) gemäss der

vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Zur

Realisierung der einzelnen Verarbeitungsschritte des erfindungsgemässen Algorithmus wird beispielsweise ein

Signalprozessor eingesetzt, der entsprechend programmiert wird. Selbstverständlich können vom Signalprozessor auch noch andere Aufgaben erledigt werden, sofern hierzu die Prozessorkapazität ausreichend ist. Insbesondere ist es denkbar, dass auch der Regler der Steuereinheit 5 im gleichen Signalprozessor realisiert ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Messsignal x einer Filtereinheit 10 zugeführt, die das Ausgangssignal y erzeugt. Die Filtereinheit 10 mit dem Messsignal x und dem Ausgangssignal y bilden den eigentlichen Signalpfad der Signalverarbeitungseinheit 4 (Fig. 1) . Die übrigen, noch zu erläuternden Komponenten, wie Berechnungseinheit 11 und Entscheidungseinheit 12, sind zur Festlegung der

Charakteristik der Filtereinheit 10 vorgesehen.

Die Filtereinheit 10 weist eine Filtercharakteristik auf, die in einem Zeit-diskreten System beispielsweise nach der folgenden Gleichung definiert ist: y _n = α· ^χ _η + (1-α) ·ν _η -ι

Dabei ist y das Zeit-diskrete Ausgangssignal, x das Zeitdiskrete Messsignal, n ein Zeit-abhängiger Index und α eine Variable, deren Wert massgeblich die Zeitkonstante der Filtereinheit 10 bestimmt. Ziel der vorliegenden Erfindung ist die optimale Einstellung des Wertes für die Variable a, und zwar so, dass ein Rauschsignal im Messsignal x

möglichst unterdrückt oder sogar eliminiert wird,

gleichzeitig aber ein sich ändernder Druck in der

Prozesskammer erkannt wird, um entsprechend schnell darauf reagieren zu können.

Die erwähnte Gleichung mit der Variablen α weist als

Filtercharakteristik zur Unterdrückung des

Rauschsignalanteils eine Tiefpass-Charakteristik auf, wobei die Zeitkonstante τ für einen Filter erster Ordnung wie folgt bestimmt werden kann: 1—

τ =ΔΤ

α

Die Wahl der Werte für die Variable ist entscheidend für die vorliegende Erfindung. Enthält das Messsignal x bei stabilem Druckwert lediglich ein Rauschsignal, so ist der Wert für möglichst klein ( _m i _n ) zu wählen, beispielsweise 0.01. Damit wird das im Messsignal x vorhandene

Rauschsignal maximal unterdrückt und das gefilterte

Ausgangssignal y eignet sich vorzüglich für die Verwendung im nachgeschalteten Regler der Steuereinheit 5 (Fig. 1), denn ein stabiles Ausgangssignal führt zu einer geringeren Aktivität des Ventilaktuators 6 bzw. des Ventils 7 und damit zu einer reduzierten Belastung dieser Komponenten, womit deren Ausfallwahrscheinlichkeit gegenüber bekannten Systemen erheblich reduziert ist.

Auf der anderen Seite ist eine Veränderung des Messsignals x aufgrund einer tatsächlichen Druckänderung in der

Prozesskammer verzögerungsfrei zu detektieren, was einen anderen Wert für die Variable erforderlich macht, nämlich beispielsweise einen Wert für α zwischen 0.3 und 1.0 (a _m ax) .

Die Anpassung des Wertes für die Variable α wird

erfindungsgemäss in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung des Messsignals x vorgenommen, was im Folgenden im Detail erläutert wird.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsvariante zur Bestimmung der zeitlichen Änderung des Messsignals x. Im Wesentlichen wird das Messsignal x in einer Glättungseinheit 13,

beispielsweise unter Anwendung eines Mittelwert-Filters, geglättet. Es hat sich gezeigt, dass sich hierbei

insbesondere ein so genanntes exponentielles Mittelwert- Filter besonders eignet. Das Ausgangssignal f dieses

Filters wird auf eine Differenzeinheit 14 gegeben, welche die Differenz zum unveränderten Messsignal x bestimmt, was nachstehend auch etwa als Differenzsignal e bezeichnet wird.

Das Differenzsignal e stellt ein Mass für die zeitliche Änderung des Messsignals x dar und wird bei dieser

erfindungsgemässen Ausführungsvariante zur Einstellung des Wertes für die Variable α in der Filtereinheit 10 (Fig. 2) verwendet, wobei allenfalls noch eine Skalierung

erforderlich ist.

Die mittels exponentiellem Mittelwert-Filter realisierten Glättungseinheit 13 ist durch die rekursive Formel definiert, wobei f das Zeit-diskrete Ausgangssignal, ßi eine Variable, x das Zeit-diskrete Messsignal und n ein Zeit-abhängiger Index ist, wobei die Variable ßi beim exponentiellen Mittelwert- Filter zur Erzeugung des

Differenzsignals f insbesondere einen Wert zwischen 1 und 0, insbesondere vorzugsweise zwischen 1 und 0.1,

insbesondere vorzugsweise zwischen 0.85 und 0.95 aufweist. Die Berechnungseinheit 11 gemäss Fig. 2 in der

Ausführungsvarianten gemäss Fig. 3 erzeugt somit ein

Differenzsignal e wie folgt: θη = fn ^_ Xn

In Fig. 4 ist, wiederum in schematischer Darstellung, ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsvariante der

Berechnungseinheit 11 (Fig. 2) gezeigt. Es handelt sich hierbei um die Erzeugung der zeitlichen Änderung des

Messsignales x, auch etwa als Δχ/ΔΤ bezeichnet, in zwei Stufen, wobei die erste Stufe zur einzigen Stufe gemäss Fig. 3 identisch ist. Gemäss Fig. 4 wird eine weitere Bearbeitung des Differenzsignals e mit einem Mittelwert- Filter 15 vorgenommen, das wiederum beispielsweise als exponentielles Mittelwert-Filter realisiert sein kann.

Demzufolge gelten die gleichen Definitionen, siehe obige Formeln, wie bereits bei der ersten Stufe. Einzig der Wert für die Variable ß, entsprechend wurde sie hier ß ₂ genannt, weist einen anderen Wert auf : die Variable ß2 erhält beim exponentiellen Mittelwert-Filter zur Bestimmung der zeitlichen Änderung des Messsignals x insbesondere einen Wert zwischen 1 und 0, insbesondere zwischen 0.5 und 0.01, insbesondere zwischen 0.05 und 0.15.

Die zeitliche Änderung Δχ/ΔΤ des Messsignales x kann demzufolge wie folgt aus dem zeitdiskreten Differenzsignal e definiert werden: (Δχ/ΔΤ) _η = β ₂ ·θ _η + (l-ß ₂ ) * (Δ ^χ /ΔΤ) _η -1 wobei (Δχ/ΔΤ) _η die Zeit-diskrete zeitliche Änderung des Messsignals x, e _n das Zeit-diskrete Differenzsignal e und n ein Zeit-abhängiger Index ist.

Auch bei dieser AusführungsVariante der vorliegenden

Erfindung ist die hierdurch erhaltene zeitliche Änderung Δχ/ΔΤ bzw. (Δχ/ΔΤ) _η des Messsignals x allenfalls zu

skalieren, wie dies bereits im Zusammenhang mit der

Ausführungsvariante gemäss Fig. 3 erläutert worden ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der

vorliegenden Erfindung, wobei es sich hier um eine

besondere Ausgestaltung der Entscheidungseinheit 12 (Fig. 2) handelt. Gemäss den bereits anhand der Fig. 3 und 4 erläuterten Ausführungsvarianten beinhaltet die

Entscheidungseinheit 12 allenfalls eine Skalierung des durch die Berechnungseinheit 11 erhaltenen zeitlichen

Änderung Δχ/ΔΤ des Messsignals x. In Fortführung dieser

Ausführungsvarianten der Erfindung wird vorgeschlagen, den Wertebereich für die Werte am unteren und am oberen Ende zu begrenzen. Entsprechend ist es gemäss der in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung vorgesehen, ein _m i _n und ein _ma x vorzusehen, wobei diese gemäss dem in Fig. 5 gezeigten Flussdiagram zum

Tragen kommen:

Die zeitliche Änderung Δχ/ΔΤ des Messsignals x wird mit einem Faktor k skaliert (wie im Zusammenhang mit den in den Figuren. 3 und 4 dargestellten Ausführungsvarianten bereits erläutert). Die skalierte zeitliche Änderung Δχ/ΔΤ wird mit Λ bezeichnet. Es folgt nun eine Reihe von Entscheidungen, die zum Ziel haben, die Festlegung von innerhalb eines Wertebereichs zwischen einem minimalen Wert _m in und einem maximalen Wert c _* zu begrenzen. Zwischen den Extremwerten a _m in und a _m ax wird der Wert für α entsprechend dem Resultat der Berechnungseinheit 11 (Fig. 2), sei diese gemäss Fig. 3, sei sie gemäss Fig. 4 realisiert, eingestellt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der

vorliegenden Erfindung, wobei hier in schematischer

Darstellung ein Blockdiagramm für die in Fig. 2

dargestellten Berechnungseinheit 11 und

Entscheidungseinheit 12 gezeigt ist, die in Fig. 2

strichliniert umrahmt sind und im Folgenden auch etwa als Steigungsbestimmungseinheit 50 bezeichnet wird.

In allen nachfolgend angegeben konkreten Zahlenbeispielen (insbesondere für die Zeitkonstante τ) wird von einer typischen Abtastzeit ΔΤ (auch etwa als Zykluszeit

bezeichnet) von 1ms ausgegangen. Selbstverständlich dient die Abtastzeit ΔΤ von 1ms nur als Beispiel. Die Abtastzeit ΔΤ wird grundsätzlich im Rahmen der verfügbaren

Rechenleistung und der notwendigen Reaktionszeit des

Gesamtsystems gewählt.

Wie in Fig. 6 ersichtlich ist, besteht die

Steigungsbestimmungseinheit 50 zunächst aus zwei

Funktionsblöcken - nämlich dem Block „schnell" 20 und dem Block „langsam" 30. Diese beiden noch zu erläuternden

Funktionsblöcke 20 und 30 werden auch als schneller Pfad 20 und als langsamer Pfad 30 bezeichnet. Zunächst können in qualitativer Hinsicht die folgenden Grundsätze in Bezug auf die Parameter αι und a2 der

Filtereinheit 10 (Fig. 2) formuliert werden:

Messsignale x, die sich in Funktion der Zeit nicht ändern (d.h. wenn keine Druckänderungen vorhanden sind), können stark gefiltert werden, um eine maximale

Rauschunterdrückung zu erhalten. Es hat sich gezeigt, dass sich für den Parameter a ₂ Werte zwischen 0.0001 (τ « 10s) und 0.01 (τ * 100ms) eignen. Ein bevorzugter Wert für den Parameter c< ₂ ist dabei 0.001 (τ ~ ls) .

Messsignale x, die sich in Funktion der Zeit ändern (d.h. wenn Druckänderungen vorhanden sind) , brauchen weniger stark gefiltert zu werden. In diesem Fall definiert der Parameter αι den Dämpfungsfaktor. Dieser wird deshalb typischerweise grösser als der Parameter 2 gewählt. Es hat sich gezeigt, dass sich für den Parameter αι Werte zwischen 0.01 (τ ~ 100ms) und 0.9 (τ * 0.1ms) eignen. Ein

bevorzugter Wert für den Parameter αι ist dabei 0.1 (τ = 9ms) .

Wie bereits erwähnt wurde, besteht die

Steigungsbestimmungseinheit 50 zunächst aus den beiden

Funktionsblöcken „schnell" 20 und „langsam" 30, wobei der Funktionsblock „schnell" 20 ein Ausgangssignal FC für schnelle Änderungen und der Funktionsblock „langsam" 30 ein Ausgangssignal SC für langsame Änderungen erzeugt, woraus ein Steuersignal SW durch eine „ODER" -Verknüpfung wie folgt erhalten wird:

SW = FC ODER SC

Ein aktives Steuersignal SW führt dazu - wie sich aus dem Flussdiagramm von Fig. 6 nach dem ODER-Tor ergibt -, dass in der Filtereinheit 10 (Fig. 2) der Wert ai verwendet wird. Andererseits wird c<2 in der Filtereinheit 10

verwendet, wenn das Steuersignal SW inaktiv ist.

Der Funktionsblock „schnell" 20 detektiert und reagiert innerhalb eines Abtastintervalls ΔΤ (wobei das

Abtastintervall ΔΤ wiederum beispielsweise 1ms beträgt) auf schnelle Änderungen des Messsignals x, ist aber relativ unempfindlich auf langsame bzw. konstante

Messsignaländerungen. Die langsamen bzw. konstanten

Messsignaländerungen werden vom Funktionsblock „langsam" 30 detektiert .

Die Grenze zwischen langsamen und schnellen Messsignalen x wird durch den Funktionsblock „schnell" 20 angezeigt: i

Ist die Frequenz des Messsignals x kleiner als - ^, so handelt es sich aus Sicht des Funktionsblockes „schnell" 20 um ein langsames Messsignal x, ansonsten um ein schnelles Messsignal x. Auf die Bedeutung dieser Aussagen und die sich hieraus ergebende Reaktion wird im Zusammenhang mit den Erläuterungen der Funktionsblöcke 20 und 30 im Detail eingegangen .

In Fig. 7 ist der Funktionsblock „schnell" 20 gemäss Fig. 6 dargestellt. Das Messsignal x wird der Berechnungseinheit 11 beaufschlagt, die in Fig. 4 dargestellt und ausführlich erläutert worden ist. Entsprechend sind jene Ausführungen auch für diese Ausführungsvariante der Erfindung gültig. Das Ausgangssignal Δχ/ΔΤ der Berechnungseinheit 11 wird einer Betragseinheit 21 zugeführt, in der der Betrag von Δχ/ΔΤ bestimmt und einer Additionseinheit 25 zugeführt wird. In einer weiteren Betragseinheit 22 wird der Betrag des ebenfalls in der Berechnungseinheit 11 bestimmten

Differenzsignals e ermittelt. Das Betragssignal lel wird anschliessend in einem Mittelwertfilter 23 mit Parameter ß3 wiederum nach der folgenden Formel geglättet: h _n = β ₃ · I e _n l + (l-ßa) 'h _n -i wobei das Ausgangssignal h _n nach einer Skalierung mit dem Faktor CF in einer Multiplikatoreinheit 24 der

Additionseinheit 25 zugeführt wird, in der die Differenz

Δχ

zwischen dem Betragssignal und CF · h bestimmt wird. Das

ΔΤ

Ergebnis wird einem Schwellwertdetektor 26 zugeführt, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes ein Trigger erzeugt, der einem Monoflop 27 zugeführt wird. Das Monoflop 27, das beispielsweise als nachtriggerbares

Monoflop ausgebildet ist, erzeugt nach Erhalt eines

Triggers am Eingang einen Ausgangspuls FC, dessen Länge über die Pulsbreite TS einstellbar ist. In diesem Zusammenhang bedeutet „nachtriggerbar" , dass ein während des Zeitablaufs eintreffender Trigger die interne Zeit des Monoflops 27 jeweils erneut startet und der aktive

Schaltzustand dementsprechend zeitlich verlängert wird.

Wie bereits erläutert stellt das Signal Δχ/ΔΤ ein Mass für die Änderung des Messsignals x dar. Durch Filterung des Betrages des Differenzsignals e mit dem Mittelwertfilter 23 und anschliessender Skalierung mit dem Faktor CF erhält man das Signal CF · h . Dieses stellt nun ein Mass für das „Grundrauschen" der Messung der Messsignaländerung Δχ/ΔΤ dar. Durch Vergleichen der Signale CF ^■ h und dem Betrag von Δχ/ΔΤ erhält man somit das binäre Steuersignal „Trigger", welches zur Ansteuerung des Monoflops 27 verwendet wird.

Es hat sich gezeigt, dass die Dämpfungsfaktoren ßi, ß2 und ß ₃ insbesondere die folgenden Werte haben sollen: Für ßi im Bereiche 0.1 bis 0.001 (τ ~ 9ms bis ls) ,

insbesondere 0.01 (τ ~ 100ms) als typischer Wert; für ß ₂ im Bereiche 0.1 bis 0.001 (τ * 9ms.. ls), insbesondere 0.01 (τ * 100ms) als typischer Wert; und für ß ₃ im Bereiche 0.01 bis 0.0001 (τ * 100ms bis 10s), insbesondere 0.001 (τ * ls) als typischer Wert.

Ausgehend von dem in Fig. 1 dargestellten

Drucküberwachungs- und Druckeinstellungssystem kann

folgendes festgehalten werden: Jede schnelle Druckänderung (Drucksprung) in der Prozesskammer 1 erzeugt einen „Trigger-Puls". Die Breite dieses Pulses hängt von den gewählten Dämpfungsfaktoren ßi und ß2 ab. Insbesondere kleine Druckänderungen in realen Vakuumsystemen weisen Zeitkonstanten im Bereich > 10ms auf. Um sicherzustellen, dass nicht innerhalb einer Druckänderung (Flanke) zwischen dem schnellen und langsamen Filter umgeschaltet wird, wird mittels des nachtriggerbaren Monoflops 27 dafür gesorgt dass der Ausgangspuls FC mindestens die Pulsbreite TS aufweist. Der bevorzugte Wertebereich für die Pulsbreite TS liegt beispielsweise zwischen 50ms (insbesondere bei kleinen schnellen Vakuumsystemen) und 5s (insbesondere bei grossen trägen Vakuumsystemen) . Ein typischer Wert für die Pulsbreite TS ist 500ms. Der Skalierungsfaktor CF weist beispielsweise einen Wert von 0.15 auf.

Bei Messsig 3nalen x, die kleinere

aufweisen, spricht der Funktionsblock „schnell" 20 (Fig. 6) nicht an bzw. spricht mit geringerer Zuverlässigkeit an, als was wünschenswert ist. Dies insbesondere deshalb, weil die Pulsbreite TS des Monoflops 27 (Fig. 7) zu kurz ist, um eine vollständige Signalperiode abdecken zu können.

Messsignale x mit einer Frequenz von kleiner als werden deshalb bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsvariante vom Funktionsblock „langsam" 30 verarbeitet. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bereits mit dem

Funktionsblock „schnell" 20 alleine - d.h. ohne dem

Funktionsblock „langsam" 30 - sehr gute Resultat erhalten werden können. Eine AusführungsVariante für den Funktionsblock „langsam" 30 (siehe Fig. 6) ist in Fig. 8 gezeigt. Dabei ist der Funktionsblock „langsam" 30 für Messsignale x mit Frequenz

1

von kleiner als - ^ ausgelegt, wobei die Frequenzen

typischerweise kleiner als 1Hz sind, falls man von einer Pulsbreite TS von beispielsweise 500ms ausgeht. Der

Funktionsblock „langsam" 30 berechnet ein Schaltsignal SC als Ausgangssignal wie folgt: wobei SS ein Mass für die Änderung des Messsignals x über einen grösseren Zeitraum darstellt, der beispielsweise grösser als 2 ^■ TS (d.h. der doppelten Pulsbreite TS) ist und somit typischerweise Sekunden beträgt, und wobei SSN ein Mass für das Rauschen des Messsignales x ist. Sowohl SSN als auch SS werden mit Hilfe von Mittelwertfiltern der bereits beschriebenen Art bestimmt. Die

Übertragungsfunktion der Mittelwertfilter wurde im

Zusammenhang mit der Beschreibung der Filtereinheit 10 von Fig. 2 erläutert.

SS wird mit den weiteren Mittelwertfiltern 35 und 38 (Fig. 8) analog zu den Mittelwertfiltern 13 von Fig. 4 und 15 von Fig. 7 ermittelt. Der einzige Unterschied liegt in der Grösse der Dämpfungsfaktoren ß ₅ und βε, welche nun für kleinere Frequenzbereiche optimiert sind. Es hat sich gezeigt, dass die Dämpfungsfaktoren ß ₅ und ß ₆ insbesondere die folgenden Werte haben sollen:

Für ß ₅ im Bereiche 0.01 bis 0.0001 (τ ~ 100ms bis 10s), insbesondere 0.001 (τ * ls) als typischer Wert; und für ß _s im Bereiche 0.01 bis 0.0001 (τ ~ 100ms bis 10s),

insbesondere 0.001 (τ ~ ls) als typischer Wert.

Das auf die gerade beschriebene Art berechnete Signal SS ist im Wesentlichen ein Mass für die Summe von der Änderung des Messsignals x und vom Rauschen des Messsignals x. Mit einem Hochpassfilter 31 und einem weiteren Mittelwertfilter 33 wird nun das von (langsamen) Änderungen des Messsignals x unabhängige Signal SSN berechnet. Dieses stellt somit ein Mass für das Rauschen des Messsignals x dar, und durch Vergleichen mit dem Signal SS erhält man das gesuchte

Schaltsignal SC gemäss den vorstehend angegebenen

Bedingungen . Es hat sich gezeigt, dass der Dämpfungsfaktoren ß ₄

beispielsweise im Bereich 0.005 bis 0.00005 (τ 200ms bis 20s) liegen soll, insbesondere gleich 0.0005 (τ * 2s) sein soll. Das Ausgangssignal des Mittelwertfilters 33 wird zur

Skalierung mit einer Multiplikatoreinheit 34 verbunden, deren zweiter Eingang mit einem Skalierungsfaktor CS zur Erzeugung des Ausgangssignals SSN beaufschlagt ist. Es hat sich gezeigt, dass der Skalierungsfaktor CS beispielsweise einen Wert 50 hat. Aufgabe des Hochpassfilters 34 ist das Trennen von Rauschen und langsamen Änderungen im Messsignal x. Unter der

Annahme, dass das Rauschen des Messsignals über den

auswertbaren Frequenzbereich von 0 ... 1kHz (bei einem typischen AbtastIntervall ΔΤ von 1ms) normalverteilt ist, hat sich ein Hochpassfilter 34 gemäss folgender

Konfiguration als geeignet herausgestellt: Filtertyp: Hochpassfilter

Entwurfsmethode: Elliptisch

Abtastfrequenz : 1 kHz

Knickfrequenz im Durchlassbereich: 400 Hz

Schwankungen im Durchlassbereich: 3 dB

Knickfrequenz im Stoppbereich: 250 Hz

Dämpfung im Stoppbereich: 73 dB

Unter diesen Bedingungen ergibt sich ein Hochpassfilter vierter Ordnung, welches problemlos, d.h. mit vertretbarem Aufwand gerechnet und implementiert werden kann.

Fig. 9 zeigt eine weitere AusführungsVariante der

vorliegenden Erfindung, bei der die erfindungsgemässe

Filtereinheit 10 optimal schnell und entsprechend abrupt zwischen den beiden Dämpfungsfaktoren αι und οί2 umschaltet. Es ist denkbar, dass dieses abrupte Umschalten nicht von allen nachfolgenden Reglern in der Steuereinheit 5 (Fig. 1) toleriert wird. Deshalb kann das Umschalten zwischen ai und .2 gemäss der nun weiter ausgebildeten Ausführungsvariante der Erfindung durch Aktivieren einer Fade- in/Fade-out Option weniger abrupt ausgeführt werden. Hierzu - wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist - ist eine Übergangseinheit 51 zwischen der Bestimmungseinheit 50 und der Filtereinheit 10 vorgesehen. Der Übergangseinheit 51 werden zwei zusätzliche Parameter Fi _n und F _ou t zugeführt.

Im Folgenden wird die Funktion der Übergangseinheit 51 erläutert: Die zwei zusätzlichen Parameter Fi _n und F _ou t definieren zwei Zeitspannen, die bei einer Umschaltung des Dämpfungsfaktors von αι auf a.2 bzw. umgekehrt zur Anwendung kommen, wobei in Abhängigkeit der Übergangrichtung entweder die Zeitspanne Fi _n oder die Zeitspanne F _ou t massgebend ist: Muss von a2 auf ÖI umgeschaltet werden (findet also eine Druckänderung statt) kommt die Zeitspanne Fi _n zur

Anwendung, während der ein sanfter Übergang von a ₂ auf ι vorgenommen wird. In umgekehrter Richtung - wenn also nunmehr stabile Druckverhältnisse nach einer Druckänderung wiederum vorherrschen - muss von αι auf .2 umgeschaltet werden. Dies geschieht gemäss dieser Ausführungsvariante ebenfalls nicht mehr abrupt, sondern innerhalb der durch Fout definierten Zeitspanne. Wiederum resultiert ein

„sanfterer" Übergang von αι auf c<2.

Es hat sich gezeigt, dass sich für die beiden Zeitspannen Fin oder F _ou t beispielsweise die folgenden Werte eignen:

Für die Zeitspanne Fi _n im Bereiche 0 bis 100ms,

insbesondere 10ms als typischer Wert; und für die

Zeitspanne F _ou t im Bereiche 0 bis 10s, insbesondere ls als typischer Wert.