WEGMESSSENSORS

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Ansteuern eines induktiven Wegmesssensors, wobei der Wegmesssensor eine Sensorspule aufweist, die mittels einer Kapazität zu einem Schwingkreis ergänzt ist, wobei die Schaltung einen Oszillator zum Erzeugen eines Erregersignals aufweist, das den Schwingkreis zu Schwingungen anregt, wobei dem Erregersignal eine Gleichspannung Utemp überlagert ist und wobei sich die Gleichspannung Utemp bei einer Temperaturänderung der Sensorspule ändert. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Induktive Sensoren zur Wegmessung (Abstand, Position, Profil) umfassen mindestens eine Sensorspule. Diese ist bei sehr vielen gebräuchlichen Auswerte- Schaltungen mit einer Kapazität zu einem LC-Schwingkreis ergänzt. Der Schwingkreis ist durch einen Oszillator über eine Impedanz, meist einen Widerstand und/oder einen Kondensator, mit einem Erregersignal gespeist. Bei Annäherung eines magnetisch und/oder elektrisch leitfähigen Messobjekts (auch als Target bezeichnet) verändern sich die Amplitude und die Phasenlage der Schwingung an der Sensorspule in Relation zu dem Erregersignal. Ist die Schaltung als freischwingender Oszillator aufgebaut, dann ändern sich die Oszillatorfrequenz und die Amplitude. Diese Änderungen werden messtechnisch erfasst, einzeln oder kombiniert verarbeitet, und als Abstandswert ausgegeben. Jede im Zusammenhang von Wegmesssystemen eingesetzte Sensorspule besitzt einen ohmschen Widerstand, nämlich den Realteil der Spulenimpedanz, und damit eine bestimmte Güte. Der ohmsche Widerstand ist temperaturabhängig. Bei ansteigender Temperatur wird dieser größer. Gleichzeitig verringert sich die Spulengüte, wodurch die Änderung des Sensorsignals über den Abstand reduziert ist. Weiterhin ändern sich bei einer Temperaturänderung auch die Leitfähigkeit und das magnetische Verhalten des Messobjekts, was jedoch - im Vergleich zu der Widerstandsänderung - einen lediglich geringen Einfluss auf das Messsignal hat. Bei großer Temperaturänderung kann sich das Messsignal derart stark ändern, dass es bei konstant gehaltenem Abstand zwischen Sensor und Mess- objekt, beispielsweise einem Maximalabstand, eine Abstandsänderung vortäuscht, die den gesamten Messbereich durchläuft. Werden die temperaturbedingten Widerstandsänderungen nicht kompensiert, ist das Messsignal somit in Messsituationen mit starker Temperaturschwankung untauglich zur Abstands- messung. Dies gilt besonders für Sensoren, die konstruktionsbedingt nur eine geringe Messwertänderung über den Messbereich aufweisen.

Weiterhin sind die bei Serienfertigung von Sensoren stets vorhandenen Fertigungstoleranzen problematisch, da diese zu einem unterschiedlichen Tem- peraturgang der einzelnen Sensoren führen. Der Temperaturgang beschreibt die Änderung des Messsignals bei Temperaturänderungen und gleichzeitig unverändertem Messabstand zu einem Messobjekt. Außerdem hat die Einbausituation, insbesondere hinsichtlich der Materialeinflüsse in der Messfeldumgebung, einen großen Einfluss auf den Temperaturgang. Aufgrund der voran- stehend aufgezeigten Fehlerquellen ist eine Temperaturkompensation erforderlich, um durch Temperaturänderungen ausgelöste Messfehler zu minimieren. Gleichzeitig ist der Aufwand für eine derartige Kompensation des Messwertes enorm. Die Messanordnungen unterscheiden sich regelmäßig in den Abmessungen und im mechanischen Aufbau der Sensorspule, hinsichtlich der die Sensorspule anregenden Oszillatorfrequenz, bezüglich der Kabellänge zu dem Sensor, in Bezug auf das Material des Messobjekts, hinsichtlich Toleranzen, bezüglich der Einbausituation und/oder dem abzudeckenden Temperaturbereich. Je nach Sensor und Messbereich ist der Temperaturgang eines jeweiligen Sensors bei mindestens zwei Messabständen, beispielsweise bei einem geringen und einem großen Messabstand, über den geforderten Temperaturbereich zu ermitteln. Zudem sind entsprechende Korrekturwerte zu errechnen.

Eine Möglichkeit zur Korrektur des Messignals ist in der EP 0 049 304 B1 beschrieben. Das dort offenbarte Verfahren basiert auf dem Einprägen eines Gleichstroms in die Sensorspule. Dadurch wird neben dem ohmschen Widerstand der Sensorspule gleichzeitig der Widerstand eines Verbindungskabels zwischen der Sensorspule und einer Auswerteeinheit erfasst. Problematisch hierbei ist, dass für eine gute Temperaturkompensation des Messsignals der Temperaturgang der Sensorspule, des Verbindungskabels und des Messobjekts übereinstimmen müssen. Eine Anpassung, insbesondere durch Sicherstellung übereinstimmender Temperaturkoeffizienten des Widerstands von Kabel, Sensorspule und Messobjekt, ist mit einem hohen Aufwand verbunden. Eine Verbesserung ist in der EP 1 377 887 B 1 offenbart, bei der eine separate Messung des ohmschen Widerstands des Verbindungskabels erfolgt. Der gemessene ohmsche Widerstand des Verbindungskabels wird zur separaten Kompensation des temperaturbedingten Einflusses des Verbindungskabels auf das Messsignal genutzt. Problematisch ist dennoch, dass die Auswerteeinheit bei einer Kombination mit verschiedenen Sensoren auf einen jeweiligen Sensor individuell angepasst werden muss. Für eine derartige Kalibrierung sind Tem- peraturschränke und Messmittel erforderlich, die in ihrer Anschaffung kostenintensiv sind. Zudem ist die Kalibrierung sehr zeitaufwändig, wodurch sich die Kosten eines Sensors nicht unerheblich erhöhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Messung mit hoher Genauigkeit bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen bei gleichzeitig möglichst geringen Kosten möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Schaltung dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorspule mit einem steuerbaren Widerstand verbunden ist, dass die Schaltung einen Komparator aufweist, der die Gleichspannung mit einer Referenzspannung vergleicht, und dass der Komparator basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs eine Steuerspannung ausgibt, die den steuerbareren Widerstand ansteuert.

Hinsichtlich eines Verfahrens ist die zuvor aufgezeigte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 6 gelöst. Danach umfasst das Verfahren die Schritte:

Erzeugen eines Erregersignals durch einen Oszillator,

Überlagern des Erregersignals mit einer Gleichspannung Utemp, wobei sich die Gleichspannung Utemp bei einer Temperaturänderung der Sensorspule ändert, Vergleich der Gleichspannung Utemp mit einer Referenzspannung durch einen Komparator,

Ansteuern eines steuerbaren Widerstands unter Verwendung des Ergebnisses des Vergleichs.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass zum Erzielen einer möglichst hohen Genauigkeit der Messung bei unterschiedlichen Temperaturen keine individuelle Kompensation des Temperaturganges eines Sensors notwendig ist. Insbesondere kann auf aufwändige Kalibrierungsmessungen zum Bestimmen des Temperaturganges eines jeden Sensors und/oder auf ein Bestimmen von Korrekturgliedern verzichtet werden. Es ist nämlich erfindungsgemäß erkannt worden, dass durch Bereitstellen eines mit der Sensorspule verbundenen, steuerbaren Widerstands und durch geschickte Ansteuerung desselben auf verschiedene temperaturbedingte Änderungen und Parameterstreuungen reagiert werden kann. Hierzu wird eine dem Erregersignal überlagerte Gleichspannung Utemp verwendet, die in den Schwingkreis eingekoppelt ist, wobei sich die Gleichspannung Utemp bei einer Temperaturänderung der Sensorspule ebenfalls ändert. Die Gleichspannung Utemp wird durch einen Komparator mit einer Referenzspannung verglichen. Aus dem Vergleichsergebnis wird eine Steuerspannung abgeleitet und durch den Komparator ausgegeben, mit der der steuerbare Widerstand angesteuert wird. Wenn sich die Temperatur der Sensorspule und damit deren ohmscher Widerstand und die Gleichspannung Utemp ändert, kann die derart aufgebaute Regelschleife dazu genutzt werden, die Änderung des ohmschen Widerstands der Sensorspule zu kompensieren oder ihr zumindest entgegenzuwirken.

Dadurch ist es nicht notwendig, die Schaltung individuell an einen bestimmten Sensor anzupassen. Die Schaltung ist aus sich heraus dazu geeignet, die temperaturbedingte Änderung des ohmschen Widerstands unterschiedlicher Sensoren zu kompensieren, die bei einer bestimmten Temperatur aufgrund von Fertigungstoleranzen voneinander abweichende ohmsche Widerstände und Temperaturgänge aufweisen. Folglich sind in die Schaltung unterschiedliche Sensoren einbindbar, ohne dass eine Kalibration der Schaltung vor einer Inbetriebnahme der Schaltung erforderlich ist. Darüber hinaus können tempera- turbedingte Änderungen des ohmschen Widerstands des Verbindungskabels sowie unterschiedliche Einbausituationen, insbesondere hinsichtlich der Materialeinflüsse in der Messfeldumgebung, kompensiert werden. Vorzugsweise ist die Ansteuerung des steuerbaren Widerstands derart ausgebildet, dass bei einer Temperaturänderung der Sensorspule und einer damit einhergehenden Änderung des ohmschen Widerstands der Sensorspule der Gesamtwiderstand aus Sensorspule und steuerbarem Widerstand im Wesentlichen konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann die temperaturbedingte Änderung der Güte des Schwingkreises kompensiert werden, so dass sich das Verhalten des Schwingkreises im Wesentlichen nicht ändert.

Prinzipiell können die Sensorspule und der steuerbare Widerstand auf unterschiedliche Weise verschaltet sein. So wäre eine Parallelschaltung denkbar oder es könnte der steuerbare Widerstand als Teil eines Spannungsteilers mit der Sensorspule verbunden sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Sensorspule und der steuerbare Widerstand jedoch in Reihe geschaltet. Hierbei kann der steuerbare Widerstand auf der der Masse zugewandten Seite des Sensors angeordnet sei, d.h. der steuerbare Widerstand ist beispielsweise mit einem An- schluss mit Masse und mit dem anderen Anschluss mit der Sensorspule verbunden. Der steuerbare Widerstand wäre dann mit dem sogenannten„kalten" Ende des Sensors verbunden. Denkbar wäre aber auch, den steuerbaren Widerstand an dem sogenannten „heißen" Ende des Sensors anzuordnen, d.h. der steuerbare Widerstand ist an der Seite der Sensorspule angeordnet, die der Masse abgewandt ist. Die letztere Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Sensor mit einem Anschluss auf Masse liegen und mit dem anderen Anschluss beispielsweise über ein Koaxialkabel angeschlossen werden kann.

Zur Erzeugung einer Gleichspannung Utemp, deren Amplitude von der Temperatur der Sensorspule abhängt, kann ein Temperatursensor an der Sensorspule angeordnet sein, dessen Messwert in eine steuerbare Gleichspannungsquelle eingegeben wird. Diese steuerbare Gleichspannungsquelle könnte dann die temperaturabhängige Gleichspannung Utemp ausgeben. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Gleichspannung Utemp jedoch durch Einprägen eines Konstantstroms in den Schwingkreis erzeugt. Der Konstantstrom durchfließt die Sensorspule und den steuerbaren Widerstand. Sofern Sensorspule und steuerbarer Widerstand parallel geschaltet sind, würde sich der Konstantstrom auf die beiden Zweige aufteilen und zwar abhängig von dem jeweiligen Widerstand der Sensorspule und des steuerbaren Widerstands. Bei einer Reihenschaltung von Sensorspule und steuerbarem Widerstand würde der Konstantstrom die beiden Elemente durchfließen. In allen Verschaltungsfällen fällt die Gleichspannung Utemp über der Sensorspule und dem steuerbaren Widerstand ab. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sich eine Änderung des ohmschen Widerstands der Sensorspule direkt auf die Gleichspannung Utemp auswirkt. Damit spiegelt sich der Temperaturgang der Sensorspule direkt in der Gleichspannung Utemp wieder und die Freiheit bei der Auswahl eines geeigneten Sensors steigt damit noch weiter an.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ändert sich bei einer temperaturbedingten Änderung des ohmschen Widerstands der Sensorspule die über der Sensorspule und dem steuerbaren Widerstand abfallende Gleichspannung Utemp. Dadurch ändert sich eine der am Komparator anliegenden Eingangsspannungen, wodurch der von dem Komparator durchgeführte Vergleich ein geändertes Ergebnis erbringt. Auf Basis des neuen Ergebnisses gibt der Komparator eine geänderte Steuerspannung aus, die wiederum den Widerstandswert des steuerbaren Widerstands ändert. Der Zusammenhang zwischen Vergleichsergebnis und zugehöriger Steuerspannung kann relativ frei gewählt werden und hängt von der Implementierung des Komparators ab. So kann beispielsweise der steuerbare Widerstand durch die Änderung der Steuerspannung derart angepasst werden, dass einer Änderung der Gleichspannung Utemp aufgrund einer Temperaturänderung der Sensorspule entgegengewirkt wird. Dies kann soweit geführt werden, dass die Gleichspannung wieder auf den Wert vor der Temperaturänderung zurückgeführt wird und Utemp damit konstant oder zumindest weitgehend konstant gehalten wird.

Das mit der Gleichspannung Utemp überlagerte Erregersignal kann über einen ersten Tiefpass auf den Komparator geschaltet sein. Der erste Tiefpass dient zum Herausfiltern der Wechselspannungsanteile aus dem mit der Gleichspannung Utemp überlagerten Erregersignal. Die Gleichspannungsanteile des mit der Gleichspannung Utemp überlagerten Erregersignals verbleiben. Der erste Tiefpass kann ein aktiver analoger Tiefpass sein. Derartige Tiefpässe können Spulen, Kondensatoren und Widerstände sowie aktive Bauelemente, wie beispielsweise Operationsverstärker oder Transistoren, umfassen. Auch denkbar ist es, dass der erste Tiefpass als passiver Tiefpass ausgebildet ist. So kann dieser eine Spule und einen Widerstand aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Tiefpass aus einem Widerstand und einem Kondensator gebildet. Diese Ausgestaltung ist sehr kostengünstig und bietet im vorliegenden Fall eine ausreichende Filterwirkung.

Der Komparator kann auf verschiedene Weise gebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Komparator durch eine Operationsverstärkerschaltung ausgebildet, die einen ersten Operationsverstärker umfasst. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass präzise Komparatoren zu geringen Kosten aufgebaut werden können und dass zudem das Verhalten des Ausgangssignals durch geeignete Beschaltung relativ frei definiert werden kann. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers kann auf den invertierenden Eingang des ersten Opera- tionsverstärkers über einen Kondensator rückgekoppelt sein, wodurch der Komparator ein integrierendes Verhalten erhält. Es wäre aber auch denkbar - je nach Art des anzusteuernden steuerbaren Widerstands - im Rückkopplungszweig einen Widerstand oder eine andere Impedanz anzuordnen, um eine andere Steuerspannung zu erhalten. Prinzipiell ist unerheblich welche Eingangsspannung in den Komparator auf den invertierenden und den nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers geschaltet ist. Vorzugsweise liegt an dem nicht- invertierenden Eingang jedoch das mit der Gleichspannung Utemp überlagerte Erregersignal an. An dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers liegt die Referenzspannung, insbesondere über einen Widerstand, an.

Der Schwingkreis kann als Parallelschwingkreis ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Gleichspannung Utemp durch Einprägen eines Konstantstroms in den Schwingkreis erzeugt wird. In diesem Fall ist bereits ein Gleichstrompfad vorhanden und muss nicht gesondert erzeugt werden.

Zum Erzeugen einer Spannung, die als Maß für die Temperatur der Sensorspule ausgegeben werden kann, kann an einem Verbindungspunkt zwischen dem steuerbaren Widerstand und der Sensorspule ein zweiter Tiefpass angeschlossen sein. Der zweite Tiefpass dient dann zum Herausfiltern des Wechselspannungsanteils aus dem mit der Gleichspannung Utemp überlagerten Erregersignal. Dadurch verbleibt der Gleichspannungsanteil der ein Maß für die Temperatur der Sensorspule ist. Wenn beispielsweise der steuerbare Widerstand in Reihe mit der Sensorspule geschaltet und an dem heißen Ende der Sensorspule angeordnet ist, würde am Ausgang des zweiten Tiefpasses der Gleichspannungsanteil, der über der Sensorspule abfällt, anliegen. Wenn der steuerbare Widerstand mit der Sensorspule in Reihe geschaltet aber am kalten Ende der Sensorspule angeordnet ist, würde am Ausgang des zweiten Tiefpasses ein über dem steuerbaren Widerstand abfallender Gleichspannungsanteil anliegen. In Abhängigkeit der durch die erfindungsgemäße Schaltung realisierten Regelung würde aber auch diese Spannung ein Maß für die Temperatur der Sensorspule liefern.

Der zweite Tiefpass kann wiederum als aktiver oder als passiver Tiefpass ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Tiefpass wiederum aus einem Widerstand und einem Kondensator gebildet. In diesem Fall bedeutet der Begriff„Ausgang des Tiefpasses" der Verbindungspunkt zwischen Widerstand und Kondensator.

Die Spannung Ut kann zum Anpassen der Gleichspannung Utemp oder zum Anpassen der Referenzspannung Utref genutzt werden. Bei Ausgestaltung des Kompara- tors durch eine Operationsverstärkerschaltung kann eine Anpassung der Gleich- Spannung Utemp dadurch erfolgen, dass die Spannung Ut auf den nicht-invertieren- den Eingang des ersten Operationsverstärkers geschaltet wird. Zum Anpassen der Referenzspannung kann die Spannung Ut in dieser Ausgestaltung auf den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers geschaltet sein. Durch beide Varianten ist eine einfache Möglichkeit der Temperaturkompensation des Materialeinflusses des Messobjekts und des Einflusses der temperaturbedingten Änderung der Induktivität der Sensorspule gegeben. Der Erfinder hat festgestellt, dass die erforderliche Änderung üblicherweise sehr gering ist und daher standardmäßig eingestellt werden kann.

Zur Reduzierung der Belastung des Schwingkreises und des zweiten Tiefpasses kann an den Ausgang des zweiten Tiefpasses ein als Spannungsfolger beschalteter zweiter Operationsverstärker geschaltet sein. Spannungsfolger lassen sich besonders einfach mit Operationsverstärkern aufbauen, bei denen der Ausgang des Operationsverstärkers direkt mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist und das Eingangssignal auf den nicht- invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gelegt ist. Damit nimmt die Ausgangsspannung annähernd den Wert der Spannung am nicht-invertierenden Eingang an, wobei seitens des Schwingkreises ein sehr hochohmiger Eingang gesehen wird und der Schwingkreis dadurch praktisch unbeeinflusst bleibt. Über den zweiten Operationsverstärker kann die Spannung Ut als Messwert für die Temperatur der Sensorspule ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers zur Anpassung der Spannung Utemp oder der Referenzspannung genutzt werden.

Als steuerbarer Widerstand können jegliche Arten von steuerbaren Widerständen Anwendung finden. So können beispielsweise digital einstellbare Potentiometer verwendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der steuerbare Widerstand durch einen Feldeffekttransistor gebildet. Dabei sind Feld- effekttransistoren mit einem niedrigen oder sehr niedrigen ON-Widerstand besonders geeignet, da hierbei insbesondere bei einer Reihenschaltung aus Sensorspule und steuerbarem Widerstand der Gesamtwiderstand über einen relativ weiten Temperaturbereich minimiert und damit die Güte des Schwingkreises maximiert werden kann. Unter ON-Widerstand wird der Drain-Source-Widerstand eines Feldeffekttransistors im vollständig durchgeschalteten Zustand bzw. im Sättigungsbereich verstanden.

Wichtig bei der Wahl eines steuerbaren Widerstands ist, dass dieser in der Lage ist, die Regelvorgaben über einen Arbeitstemperaturbereich zu erfüllen. Wenn bei- spielsweise der Gesamtwiderstand aus Sensorspule und steuerbarem Widerstand und eventuell weiteren Elementen, wie einem koaxialen Verbindungskabel, konstant gehalten werden soll, muss der steuerbare Widerstand derart einstellbar sein, dass alle temperaturbedingten Änderungen des ohmschen Widerstands, insbesondere des ohmschen Widerstands der Sensorspule, ausgeglichen werden können. Wenn also beispielsweise bei einer Reihenschaltung aus Sensorspule und steuerbarem Widerstand der ohmsche Widerstand der Sensorspule von dem unteren Ende des Temperaturbereichs zu dessen oberen Ende um einen Betrag AR ansteigt, so muss der steuerbare Widerstand um diesen Betrag ÄR reduzierbar sein.

Das durch den Oszillator ausgegebene Erregersignal kann über eine Koppelimpedanz auf den Schwingkreis geschaltet werden. In der einfachsten Ausgestaltung ist diese Koppelimpedanz durch einen Widerstand gebildet. Diese Ausgestal- tung bietet den Vorteil, dass das Erregersignal unverändert auf den Schwingkreis geschaltet ist. Es wäre aber auch denkbar, die Koppelimpedanz durch einen Kondensator zu implementieren. Die Koppelimpedanz kann auch durch eine Kombination von mindestens einem Widerstand und/oder mindestens einem Kondensator realisiert sein, beispielsweise durch eine Reihen- oder Parallelschaltung eines Widerstands mit einem Kondensator.

Vorzugsweise kommt bei der Schaltung ein Erregersignal zum Einsatz, das eine feste Frequenz und/oder eine feste Amplitude aufweist. Dadurch wird die Auswertung des Messsignals besonders begünstigt. Vorzugweise weist das Erregersignal zudem einen sinusförmigen Verlauf auf.

Vorzugsweise weist die Schaltung einen Messausgang auf, über den ein Messsignal ausgegeben wird, das für die gemessene Größe (Abstand, Position, Profil) repräsentativ ist. Das Messsignal kann über einen Kondensator aus der Schaltung ausgekoppelt werden, wodurch Gleichspannungsanteile herausgefiltert werden. Denkbar ist es auch, dass die Schaltung einen weiteren Spannungsfolger aufweist (wiederum vorzugsweise durch einen entsprechend beschalteten Operationsverstärker gebildet), über den das Messsignal ausgegeben wird. Das an dem Messausgang anliegende Messsignal kann einer Auswerteschaltung zugeführt werden, die das Messsignal geeignet aufbereitet. Denkbar wäre beispielsweise, das Messsignal über einen Phasenkomparator mit dem Erregersignal zu vergleichen. Wenn das Erregersignal eine feste Frequenz aufweist, kann dadurch das Messsignal sehr einfach ausgewertet werden. Weitere Möglichkeiten der Auswertung wären phasenselektive Gleichrichtung oder Frequenz- bzw. Amplitudendemodulation. Diese Aufzählung ist jedoch nicht abschließend, vielmehr können an dieser Stelle viele bekannte Verfahren zur Aufbereitung von Messsignalen eingesetzt werden.

Der Wegmesssensor kann ein nach dem Wirbelstromprinzip arbeitender Sensor sein, mittels dem ein Abstand, eine Position und/oder ein Profil eines Messobjekts bestimmbar sind.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Ansteuerung eines Wirbelstromsensors, bei dem der steuerbare Widerstand am „kalten" Ende der Sensorspule angeordnet ist,

Fig. 2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Ansteuerung eines Wirbelstromsensors, bei dem der steuerbare Widerstand am„heißen" Ende der Sensorspule angeordnet ist,

Fig. 3 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Ansteuerung eines Wirbelstromsensors mit einer Schaltung zum Ausgeben der Spannung Ut, ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Ansteuerung eines Wirbelstromsensors mit einer Anpassung der Gleichspannung Utemp durch die Spannung Ut und ein Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Ansteuerung eines Wirbelstromsensors mit einem Feldeffekttransistor als steuerbaren Widerstand.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung 1 zum Ansteuern eines Wirbelstromsensors, der eine Sensorspule 2 umfasst. Die Sensorspule 2, die in Fig. 1 als Induktivität Lsensor sowie deren Widerstand Rsensor dargestellt ist, ist durch eine parallel zu der Sensorspule 2 geschaltete Kapazität C _pa r (auch als Parallelkapazität bezeichnet) zu einem Schwingkreis ergänzt. Die Sensorspule 2 ist mit ihrem sogenannten kalten Ende (in der Figur am unteren Ende) über einen steuerbaren Widerstand R _va r mit Masse verbunden. Ein Oszillator 3 erzeugt ein Erregersignal UErreger zum Erregen des Schwingkreises und ist über eine Koppelimpedanz auf den Schwingkreis geschaltet, wobei die Koppelimpedanz durch eine Reihenschaltung aus einer Kapazität Cinput und einem Widerstand Rinput gebildet ist. Damit speist der Oszillator 3 die Sensorspule 2 an deren sogenannten heißen Ende (in der Figur dem oberen Ende). Zudem ist der Oszillator 3 über die Koppelimpedanz und über einen ersten Tiefpass mit einem Komparator 4 verbunden. Der erste Tiefpass ist durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand Ri und einem Kondensator Ci gebildet. Der Komparator 4 ist durch einen ersten Operationsverstärker OP1 implementiert. Der Ausgang des ersten Tiefpasses ist an den nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 angeschlossen. Auf den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist über einen Widerstand R2 eine Referenzspannung Utref geschaltet. Zudem ist auf den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 über einen Kondensator C2 die am Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 anliegende Steuerspannung U _r rückgekoppelt. Dadurch erhält der Komparator ein integrierendes Verhalten. Die Steuerspannung U _r steigt bei einer positiven Differenz am Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 und sinkt bei einer negativen Differenz. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist über einen Widerstand R3 mit dem Steuereingang des steuerbaren Widerstands R _va r verbunden. Am Verbindungspunkt 5 zwischen Koppelimpedanz und Schwingkreis ist ein Kondensator Coutput angeschlossen, über den ein Messsignal Usignai ausgekoppelt wird. Das Messsignal Usignai kann einer - nicht eingezeichneten - Auswerteeinheit zugeführt werden.

In den Schwingkreis ist ein Konstantstrom l _CO nst eingeprägt. Der Konstantstrom Iconst durchfließt die Sensorspule 2 und den steuerbaren Widerstand R _V ar, wodurch über der Sensorspule 2 und dem steuerbaren Widerstand R _va r eine Gleichspannung Utemp abfällt. Die Gleichspannung Utemp ist dem Erregersignal UErreger überlagert. Der erste Tiefpass filtert aus dem mit der Gleichspannung Utemp überlagerten Erregersignal UErreger die Wechselspannungsanteile heraus. Dadurch liegen am nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 lediglich die Gleichspannungsanteile und damit im Wesentlichen die Gleichspannung Utemp (abzüglich eines sehr geringen Spannungsabfalls über dem Widerstand R1 ) an. Der erste Operationsverstärker OP1 vergleicht die an seinen Eingängen anliegenden Spannungen. Basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs wird die am Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 anliegende Steuerspannung U _r angepasst. Mittels der Steuerspannung U _r wird der steuerbare Widerstand R _va r über einen Widerstand R3 angesteuert. Bei einer temperaturbedingten Änderung des ohmschen Widerstands Rsensor der Sensorspule 2, ändert sich die über der Sensorspule 2 und dem steuerbaren Widerstand R _var abfallende Gleichspannung Utemp. Üblicherweise steigt der Widerstand Rsensor bei einem Temperaturanstieg an, so dass die Gleichspannung Utemp fällt. Aufgrund einer Änderung der Gleichspannung Utemp, ändert sich eine der am nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 anliegende Spannung. Dadurch ergibt der Vergleich ein anderes Ergebnis und der erste Operationsverstärker OP1 gibt an seinem Ausgang eine geänderte Steuerspannung Ur aus. Auf Basis der geänderten Steuerspannung U _r wird der steuerbare Widerstand Rvar derart angepasst, dass der Widerstandswert des steuerbaren Widerstands R _va r der Widerstandsänderung der Sensorspule entgegenwirkt. Die Schaltung ist dabei so eingestellt, dass der Gesamtwiderstand (Rsensor + Rvar) aus steuerbarem Widerstand R _var und ohmschem Widerstand Rsensor der Sensorspule 2 wieder auf den Wert vor der Temperaturänderung zurückgeführt wird. Dadurch wird der Gesamtwiderstand bei Temperaturänderungen konstant gehalten. Auch wenn in der Schaltung nach Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen keine weiteren Elemente, wie Verbindungskabel, Einflüsse eines Targets oder Einflüsse der Einbausituation, eingezeichnet sind, so ist für einen Fachmann zu erkennen, dass die in der erfindungsgemäßen Schaltung realisierte Regelschleife dazu geeignet ist, auch deren temperaturbedingten Änderungen zu kompensieren.

Fig. 2 zeigt im Wesentlichen die Schaltung aus Fig. 1 , wobei jedoch im Schwingkreis eine andere Anordnung der Sensorspule 2 und des einstellbaren Widerstands R _va r realisiert ist. Die Sensorspule 2 liegt in Fig. 2 mit ihrem kalten Ende auf Masse und ist mit dem heißen Ende mit einem Anschluss des steuerbaren Widerstands R _va r verbunden. Der zweite Anschluss des steuerbaren Widerstands R _va r ist mit dem Verbindungspunkt 5 verbunden. Die Ausgestaltung nach Fig. 2 hat gegenüber der Ausgestaltung nach Fig. 1 den Vorteil, dass die Sensorspule 2 mit ihrem nicht auf Masse liegenden Anschluss über ein Koaxialkabel oder eine andere Art von Verbindungskabel angeschlossen werden kann.

Fig. 3 zeigt eine Weiterentwicklung der Schaltung nach Fig. 2. Zwischen steuerbarem Widerstand R _var und Sensorspule 2 ist ein zweiter Tiefpass angeschlossen. Der zweite Tiefpass ist aus einem Widerstand Rs und einem Kondensator C3 gebildet, die in Reihe geschaltet sind. Der zweite Tiefpass dient zum Ausfiltern der Wechselspannungsanteile aus dem mit der Gleichspannung Utemp überlagerten Erregersignal UEn-egei- und gibt damit die über der Sensorspule 2 abfallende Gleichspannung aus. Am Ausgang des zweiten Tiefpasses, also an dem Verbindungs- punkt zwischen Widerstand R5 und Kondensator C3, liegt damit eine Spannung Ut an, die ein Maß für die Temperatur der Sensorspule 2 bildet. Der Ausgang des zweiten Tiefpasses ist auf den nicht-invertierenden Eingang eines als Spannungs- folger beschalteten zweiten Operationsverstärkers OP2 geschaltet, d.h. der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers OP2 ist zu dessen invertierenden Eingang rückgekoppelt. Durch den Spannungsfolger nimmt die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers OP2 annähernd den Wert der Spannung Ut an, wobei seitens des Schwingkreises ein sehr hochohmiger Eingang gesehen wird, so dass der Schwingkreis praktisch unbeeinflusst bleibt. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die Spannung Ut ausgegeben und in einer nicht eingezeichneten Auswerteeinheit für weitere Kompensationen berücksichtigt.

Fig. 4 zeigt eine Fortbildung der Schaltung gemäß Fig. 3. In diesem Ausführungs- beispiel wird die Spannung Ut zur Anpassung der Gleichspannung Utemp herangezogen. Hierzu ist in dem ersten Tiefpass zwischen Widerstand Ri und dem Kondensator Ci ein Widerstand R6 ergänzt und die Spannung Ut über einen Widerstand R7 an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R6 aufgeschaltet. Dadurch wird die Spannung Ut zu der Gleichspannung Utemp addiert. Dadurch kann die Kompensation von Temperaturänderungen noch weiter verbessert werden.

Zudem können die Steuerspannung U _r und/oder die Spannung Ut entweder für eine zusätzliche Kompensation zum Ausgleich des Materialeinflusses des Messobjekts und/oder zum Ausgleich der Einflüsse der, insbesondere sehr geringen Änderungen der Induktivität der Sensorspule in einer der Schaltung nachfolgenden Auswerteschaltung Anwendung auf das Messsignal finden.

Fig. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem der steuerbare Widerstand Rvar durch einen Feldeffekttransistor gebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Feldeffekttransistor durch ein n-Kanal Sperrschicht-Feldeffekttransistor FET gebildet. Durch das integrierende Verhalten des Komparators 4 wird die Steuerspannung U _r so lange erhöht, bis der Feldeffekttransistor FET einen Widerstandswert annimmt, der die Schaltung in ein Gleichgewicht bringt. Mit jeder temperaturbedingten Änderung der Widerstandswerte im Schwingkreis ändert sich die Steuerspannung U _r und damit der Widerstand des Feldeffekttransistors FET. Auf diese Weise kann der Gesamtwiderstand in dem Schwingkreis konstant gehalten werden. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen. Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Bezugszeichenliste

1 Schaltung

2 Sensorspule

3 Oszillator

4 Komparator

5 Verbindungspunkt

UErreger Erregersignal

Utemp Gleichspannung (dem Erregersignal überlagert)

Utref Referenzspannung

Ll _r Steuerspannung

Ut Spannung (repräsentativ für die Temperatur der Sensorspule)

Usignai Messsignal (repräsentativ für den gemessenen

Weg oder Abstand)

Iconst Konstantstrom

Rvar Steuerbarer Widerstand

Rsensor Ohmscher Widerstand des Sensors

Lsensor Sensorinduktivität

^par Parallelkapazität