[发明专利]用于节电测量仪器的电容式位移接收器

说明书

本发明涉及到一种电容式位移测量系统和特别是电容式长度测量系统，用这个可以电测量和显示位置或移动行程。

从EP 0 442 898 B1中已知构成为差动电容器的电容式测量值接收器的一种位移测量系统，以及使用由积分器和比较器组成的西格马西格马/德尔塔-变换器。差动电容器有并列安排的两个发送电极和与发送电极距离很小的一个共同的接收电极。与这些发送电极有关地将差动电容器可移动地安排在刻度尺上面。根据移动位移接收电极与单个发送电极不同程度地重叠，这导致了差动电容器的部分电容器的电容改变。这是准备测量的移动行程的一个尺度。

为了确定部分电容的比例将差动电容器的单个发送电极用按照节拍预先规定大小然而不同极性的电荷组供电。如果经过接收电极传输给积分器和在那里组合的整个充电量是负的，将正的电荷组发送给发送电极，和如果整个的充电是正的，将负的电荷组发送给另外的发送电极。用所属的插补计数器测出被发送的各个包的数目，其相互比例反映了被寻找的部分电容的比例。

为了测量的长度比较大将多个发送电极安排成一个系列。如果当移动时离开由一对发送电极确定的测量范围，更换到下一对。将更换过程的数目和方向同时计数和共同与插补计数器使用在确定走过的行程路段上。

已知的行程测量系统在实际中得到了验证。当然将由于发送电极控制，显示器和其他干扰源引起的干扰信号综合在一起。这导致了在测量精度上表现出的非线性。此外必须安排一个供应源，这个在选定的时间点可以将一定极性的电荷组发送给相应的部分电容器。

因此本发明的任务是创建一种特别适合于蓄电池运行的手持式仪器的行程测量系统，这个在尽可能大的分辨率时保证尽可能高的测量精度。此外具有简单的能源供应的行程测量系统应该可以够用了。

这些任务是通过具有权利要求1特征的行程测量系统解决的。

按照本发明的行程测量系统有构成为差动电容器的一个或多个电容测量值接收器。电容式行程测量可以实现为最省电的。所使用的电容位于pF-范围，因此被传输的充电量和产生的电流是非常小的。有益的是构成为一系列具有恒定分度的至少2或者16个发送电极，以及一个或有益的多个，例如64个同样安排成系列的对应电极属于每个测量值接收器。将对应电极安排在体现尺寸的物体，一个刻度尺或带子上在各个发送电极的对面和与发送电极有很小的，均匀的距离。体现尺寸的物体涉及到发送电极是可以相对调整地支撑的，特别是可以移动地支撑的。因此构成了至少两个部分电容器，在其中至少一个部分电容器的电容是随着行程成比例变化的。为此使用一个控制装置，为了产生信号在预先确定的时间点上单独或成组用二进制信号供应被选定的发送电极。两个部分电容器的控制信号相互有一定的相位移，这样得到的测量信号在时间上尽可能不重叠。当用脉冲电压控制时测量信号原则上是被传输的电流脉冲，这产生一个电荷量(电荷组)。如果将电流信号或电荷组使用作为控制信号，相反测量电压。适宜的是安排具有开关的开关单元以便定义时窗，被选定的控制信号的侧边位于其中。在时窗内部将所属的测量信号穿过到达一个处理装置，处理装置处理测量信号和从其中确定差动电容器的部分电容。处理装置从部分电容中求出准备测量的行程。

在本发明中可以非常简单地构成能量供应。发送给一个部分电容器的控制信号可以与另外的部分电容器的控制信号有同样的曲线形状。它们甚至可以有同样的极性和采用同样的数值，这样或者正的或者负的矩形信号特别适合于作为控制信号。简单的电池就够了。

有益的是这样确定相位移和时窗，在一个时窗内部只观察一个信号侧边。如果相位移为90°，在两个部分电容器的控制信号的侧边之间得到节拍周期四分之一等距的距离。时窗是小于一个控制信号的脉冲周期。有益的是如果原则上时窗只包括相应的侧边更换时，则表示整个信号周期的一小部分。后果是干扰信号在整个信号周期期间不影响处理，而只是短时间的，而是侧边更换期间，在其中然而干扰距离是大的。这改善了测量系统的线性度和使测量精度高成为可能。

处理装置可以包括一个电容式西格马/德尔塔-变换器，这原则上是由具有后置的比较器的积分器构成的。积分器将被差动电容器接收的电荷进行积分。比较器提供与这个电荷符号对应的确定下一个准备处理的信号侧边的输出信号。如果例如两个部分电容器是用正的矩形信号控制的，依赖于比较器输出或者选定部分电容器控制信号的升高的侧边或者选定发送给另外部分电容器控制信号的位移半个周期的下降的侧边。当具有不同极性的控制信号时连续地或者选定控制信号前面的或者控制信号后面的侧边。