測(cè)量電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及測(cè)量電路，包括：評(píng)價(jià)電路（13、63）；感測(cè)電路（39、40），包括被配置用于生成來(lái)自測(cè)量對(duì)象（7）的測(cè)量信號(hào)的感測(cè)元件（6、55）以及用于將測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路（13、63）的傳輸線路（26、69）；以及測(cè)試信號(hào)注入電路（21），包括信號(hào)注入器（12）以及將信號(hào)注入器（12）的信號(hào)輸出與感測(cè)電路（39、40）連接注入線路（20），用于將測(cè)試信號(hào)饋入感測(cè)電路（39、40）使得測(cè)試信號(hào)可經(jīng)由傳輸線路（26、69）傳輸至評(píng)價(jià)電路（13、63）。為了提供具有改進(jìn)的監(jiān)測(cè)和/或測(cè)試可操作性的測(cè)量電路，本發(fā)明建議注入線路（20）和傳輸線路（26、69）經(jīng)由感測(cè)元件（6、55）串行互連，使得所述測(cè)試信號(hào)能夠被饋送通過(guò)感測(cè)元件（6、55）。
【專利說(shuō)明】測(cè)量電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量電路，包括
[0002]-評(píng)價(jià)電路；
[0003]-感測(cè)電路，包括被配置用于生成來(lái)自測(cè)量對(duì)象的測(cè)量信號(hào)的感測(cè)元件以及用于將測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路的傳輸線路；以及
[0004]-測(cè)試信號(hào)注入電路，包括信號(hào)注入器以及將信號(hào)注入器的信號(hào)輸出與感測(cè)電路連接的注入線路，用于將測(cè)試信號(hào)饋入感測(cè)電路使得測(cè)試信號(hào)可經(jīng)由傳輸線路傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路。
[0005]這樣的測(cè)量電路能夠被用來(lái)例如檢測(cè)振動(dòng)。特別地，測(cè)量對(duì)象能夠由旋轉(zhuǎn)機(jī)械構(gòu)成，例如，飛機(jī)的引擎或陸基渦輪機(jī)(例如，燃?xì)饣蛘羝啓C(jī))，或者任何其它振動(dòng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0006]這種類型的測(cè)量電路可從美國(guó)專利N0.US6, 498，501B2中了解。該電路的感測(cè)元件由壓電換能器提供。感測(cè)電路還包括與壓電換能器并行連接的兩個(gè)注入電容器。兩個(gè)注入電容器都連接至注入線路，使得輔助測(cè)試信號(hào)能夠借助于信號(hào)注入電容器從信號(hào)注入器的輸出注入感測(cè)電路內(nèi)。測(cè)試信號(hào)然后經(jīng)由各自的傳輸線路從注入點(diǎn)傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路。這使測(cè)量電路不僅能夠在所監(jiān)測(cè)的振動(dòng)機(jī)械的操作期間，而且能夠在振動(dòng)機(jī)械被閑置時(shí)評(píng)價(jià)測(cè)量電路的質(zhì)量。以此方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量電路的永久監(jiān)測(cè)。
[0007]這種測(cè)量電路的缺點(diǎn)是其內(nèi)部的內(nèi)置測(cè)試設(shè)備(BITE)僅限于對(duì)傳輸線路的正常運(yùn)行和與外部構(gòu)件的正確連接的監(jiān)測(cè)，因?yàn)橹挥心切┍挥脕?lái)將測(cè)試信號(hào)傳遞給評(píng)價(jià)電路。但是感測(cè)元件自身無(wú)法被測(cè)試，因?yàn)檩o助測(cè)試信號(hào)由信號(hào)注入電容器在感測(cè)元件的終端周圍傳遞。但是，感測(cè)元件的質(zhì)量是對(duì)于測(cè)量電路的可靠性是至關(guān)重要的。
[0008]另一個(gè)缺點(diǎn)是需要提供信號(hào)注入電容器。一般地，這樣的所期望的高可靠性的附加構(gòu)件導(dǎo)致增加的生產(chǎn)成本。另一方面，附加構(gòu)件固有地具有一定的失效概率，并且因此將促成在測(cè)量電路中的可能錯(cuò)誤來(lái)源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)中的至少一個(gè)并且給最初所解決的測(cè)量電路提供改進(jìn)的BITE功能。特別地，將通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的新提議的電路設(shè)計(jì)使存在于電流測(cè)量電路中的可能錯(cuò)誤來(lái)源變?yōu)楦涌勺R(shí)別的或者被減少或被消除。
[0010]這些目的中的至少一個(gè)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。從屬的權(quán)利要求限定了優(yōu)選的實(shí)施例。
[0011]由此，本發(fā)明建議注入線路和傳輸線路經(jīng)由感測(cè)元件串行互連使得測(cè)試信號(hào)能夠通過(guò)感測(cè)元件饋入。以此方式，除了對(duì)傳輸線路和測(cè)量電路的連通性的監(jiān)測(cè)和/或測(cè)試之夕卜，測(cè)量電路的功能還能夠擴(kuò)展到對(duì)感測(cè)元件的功能的監(jiān)測(cè)和/或測(cè)試。因而，能夠使與感測(cè)元件相關(guān)的可能錯(cuò)誤來(lái)源變?yōu)榭勺R(shí)別的。[0012]而且，通過(guò)經(jīng)由感測(cè)元件直接饋入測(cè)試信號(hào)，能夠省略提供附加的注入電容器。因而，能夠消除與注入電容器的功能相關(guān)的可能錯(cuò)誤來(lái)源。除此以外，還能夠減少整體測(cè)量電路的復(fù)雜性，導(dǎo)致更可靠的和更經(jīng)濟(jì)的電路設(shè)計(jì)。
[0013]優(yōu)選地，注入線路和傳輸線路彼此分離，除了它們經(jīng)由感測(cè)元件的串行連接。因而，測(cè)試信號(hào)能夠優(yōu)選地只通過(guò)感測(cè)元件饋入傳輸線路。優(yōu)選地，在傳輸線路與信號(hào)注入器之間的唯一物理連接因而經(jīng)由感測(cè)元件來(lái)提供。這能夠有助于與感測(cè)元件相關(guān)的質(zhì)量因子的明確的可驗(yàn)證性。
[0014]優(yōu)選地，測(cè)試信號(hào)注入電路的下列配置中的至少一個(gè)可應(yīng)用于經(jīng)由注入線路來(lái)提供合適的測(cè)試信號(hào):
[0015]信號(hào)注入器優(yōu)選地與地線連接。注入線路優(yōu)選地與地線連接，特別地經(jīng)由信號(hào)注入器。這能夠被用來(lái)與沿著注入線路固有地存在的電容并行地傳輸測(cè)試信號(hào)。測(cè)試信號(hào)優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于在接地的注入線路與信號(hào)發(fā)射器之間的電位差。優(yōu)選地，在感測(cè)元件上的用于測(cè)試信號(hào)的饋入極因而經(jīng)由注入線路和信號(hào)注入器連接至地線。以此方式，能夠?qū)崿F(xiàn)在感測(cè)電路中的測(cè)試信號(hào)的有利注入和到評(píng)價(jià)電路的相應(yīng)傳輸。
[0016]進(jìn)一步為此目的，信號(hào)注入器還被優(yōu)選地配置以將測(cè)試信號(hào)提供給低的輸出阻抗。特別地，信號(hào)注入器的信號(hào)輸出優(yōu)選地具有至多10 Ω的歐姆阻抗值，更優(yōu)選地為至多
0.5Ω。結(jié)果，優(yōu)選地獲得與在接地的注入線路與低歐姆阻抗的信號(hào)發(fā)射器之間的電位差對(duì)應(yīng)的測(cè)試信號(hào)。這樣的低歐姆阻抗的測(cè)試信號(hào)優(yōu)選地被生成，以便將其值與感測(cè)元件的阻抗值匹配。特別地，感測(cè)元件的阻抗在感測(cè)元件失效和/或質(zhì)量損失的情況下可以是很低的。
[0017]根據(jù)優(yōu)選的配置，信號(hào)注入器包括用于所生成的信號(hào)的信號(hào)發(fā)射器和變壓器。變壓器的初級(jí)繞組優(yōu)選地連接至信號(hào)放大器。變壓器的次級(jí)繞組優(yōu)選地連接至注入線路。特別地，次級(jí)繞組優(yōu)選地與地線連接。
[0018]變壓器優(yōu)選地被應(yīng)用于將信號(hào)注入器的信號(hào)輸出的阻抗值與期望值匹配，特別地與以上所述的阻抗值匹配。優(yōu)選地，與注入線路連接的變壓器的次級(jí)繞組的電感匹配期望的阻抗值。根據(jù)另一種優(yōu)選的配置，信號(hào)注入器由展現(xiàn)出所期望的阻抗值的信號(hào)發(fā)射器構(gòu)成。
[0019]優(yōu)選地，信號(hào)注入器適用于借助于經(jīng)由注入線路傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)而在感測(cè)元件的饋入極處生成電荷。優(yōu)選地，由信號(hào)注入器提供的測(cè)試信號(hào)包括供替代的電壓。更優(yōu)選地，測(cè)試信號(hào)包括在與能夠由感測(cè)元件生成的或者可設(shè)想到由其生成的測(cè)量信號(hào)的頻帶對(duì)應(yīng)的預(yù)定的頻率范圍之外的頻率。作為選擇或除此之外，測(cè)試信號(hào)可以包括直流(DC)信號(hào)。
[0020]優(yōu)選地，注入線路以及一個(gè)或多個(gè)傳輸線路延伸通過(guò)共同的包裹物，特別是電纜。在共同的包裹物內(nèi)的注入線路以及一個(gè)或多個(gè)傳輸線路兩者的集成或部分集成能夠有助于更經(jīng)濟(jì)的電路設(shè)計(jì)。包裹物優(yōu)選地構(gòu)成了用于注入線路以及一個(gè)或多個(gè)傳輸線路的共同的電磁屏蔽物。屏蔽物能夠應(yīng)用于消弱或消除外部擾動(dòng)。
[0021]但是，結(jié)果是，在屏蔽物與由注入線路和每個(gè)傳輸線路構(gòu)成的每個(gè)導(dǎo)體之間的有效電容會(huì)固有地存在。在信號(hào)注入器與評(píng)價(jià)電路之間可見的所產(chǎn)生的電容會(huì)因此影響待在評(píng)價(jià)電路中評(píng)價(jià)的傳輸信號(hào)。優(yōu)選地，屏蔽物與地線連接。以此方式，能夠有效地避免所不希望的該產(chǎn)生的電容參與待由評(píng)價(jià)電路評(píng)價(jià)的傳輸信號(hào)的傳遞函數(shù)中。[0022]此外，在注入線路的導(dǎo)體與每個(gè)傳輸線路之間還會(huì)固有地存在有效電容。因此，這些電容每個(gè)都會(huì)影響待在評(píng)價(jià)電路中評(píng)價(jià)的注入信號(hào)和/或傳輸信號(hào)。優(yōu)選地，注入線路和/或至少一個(gè)傳輸線路單獨(dú)地延伸通過(guò)獨(dú)立的包裹物，特別是各自的電磁屏蔽物，以消弱或消除外部擾動(dòng)。優(yōu)選地，獨(dú)立的屏蔽物與地線連接。以此方式，能夠有效地消除測(cè)試信號(hào)直接注入在注入線路的導(dǎo)體與各自的傳輸線路之間的有效電容之內(nèi)。因而，能夠避免所不希望的有效電容參與被傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路的信號(hào)的傳遞函數(shù)中。
[0023]優(yōu)選地，為注入線路提供獨(dú)立的屏蔽物，并且為至少一個(gè)傳輸線路或者為多個(gè)傳輸線路共同提供獨(dú)立的屏蔽物。更優(yōu)選的是，為注入線路和每個(gè)傳輸線路提供獨(dú)立的電磁屏蔽物。每個(gè)獨(dú)立的屏蔽物優(yōu)選地與地線連接。
[0024]關(guān)于上述共同的和/或獨(dú)立的屏蔽物，不同的屏蔽物概念是可想得到的:根據(jù)第一優(yōu)選配置，僅為注入線路和/或一個(gè)或多個(gè)傳輸線路提供獨(dú)立的屏蔽物。根據(jù)第二優(yōu)選配置，僅應(yīng)用注入線路和每個(gè)傳輸線路延伸通過(guò)其中的共同屏蔽物。根據(jù)第三及更優(yōu)選的配置，既為注入線路和至少一個(gè)傳輸線路提供共同的屏蔽物，也為在共同的電磁屏蔽物內(nèi)的注入線路和至少一個(gè)傳輸線路分別提供獨(dú)立的屏蔽物。以此方式，測(cè)量電路能夠適應(yīng)于其測(cè)量和測(cè)試功能的期望可靠性。
[0025]特別地，可以應(yīng)用不同的屏蔽物概念，取決于待用于注入線路和/或一個(gè)或多個(gè)傳輸線路的電纜的長(zhǎng)度。電纜越長(zhǎng)，可優(yōu)選地應(yīng)用的各自電磁屏蔽物的數(shù)量就越大。除了提高的對(duì)電場(chǎng)的抗干擾度外，還能夠因而提高對(duì)感測(cè)元件的電容變化的測(cè)試靈敏度。
[0026]優(yōu)選地，感測(cè)元件以及注入線路和/或傳輸線路的至少一部分由傳感器外殼包封。以此方式，能夠提供可安裝于測(cè)量對(duì)象附近或者于到測(cè)量對(duì)象的期望距離內(nèi)的傳感器。優(yōu)選地，評(píng)價(jià)電路和/或信號(hào)注入器被布置于外殼之外以允許傳感器的緊湊設(shè)計(jì)。
[0027]優(yōu)選地，輸出通道被設(shè)置于注入線路和/或傳輸線路穿過(guò)其中的傳感器外殼的壁之內(nèi)。更優(yōu)選地，輸出通道被提供作為在傳感器外殼內(nèi)的輸出端子，并且各自的連接導(dǎo)線被設(shè)置于外殼內(nèi)以將感測(cè)元件與每個(gè)輸出端子連接。注入線路和/或每個(gè)傳輸線路的外部部分能夠被優(yōu)選地插入來(lái)自外殼之外的各自輸出端子之內(nèi)。
[0028]優(yōu)選地，感測(cè)元件與傳感器外殼的壁電絕緣。因而，感測(cè)元件被優(yōu)選地設(shè)置于外殼之內(nèi)，為電浮置的。而且，注入線路和/或傳輸線路優(yōu)選地與傳感器外殼的壁絕緣。結(jié)果是，會(huì)固有地存在在外殼與感測(cè)元件之間的和/或在外殼與注入線路和/或傳輸線路之間的有效電容。傳感器，特別是傳感器外殼，優(yōu)選地與地線連接。因而，能夠避免所不希望的有效電容參與待由評(píng)價(jià)電路評(píng)價(jià)的傳輸信號(hào)的傳遞函數(shù)中。
[0029]優(yōu)選地，感測(cè)元件是壓電感測(cè)元件。特別地，感測(cè)元件優(yōu)選地包括壓電板的疊層。由這樣的壓電部件制成的測(cè)量元件具有可在測(cè)量電路的各種預(yù)期的應(yīng)用領(lǐng)域中得以良好驗(yàn)證和測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)，特別是在用于振動(dòng)式和/或旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和/或燃?xì)廨啓C(jī))的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的領(lǐng)域中。應(yīng)當(dāng)理解，特別是對(duì)于某些應(yīng)用，別的感測(cè)元件同樣是可想得到的，例如，電感式、電容式、電阻式或電光式感測(cè)元件。優(yōu)選地，感測(cè)元件是換能器，特別是壓電換能器。
[0030]優(yōu)選地，感測(cè)元件包括用于注入測(cè)試信號(hào)的至少一個(gè)饋入極以及用于傳遞測(cè)量信號(hào)和/或測(cè)試信號(hào)的至少一個(gè)輸出極。優(yōu)選地，這些極被設(shè)置為相反的極性。注入線路優(yōu)選地連接至至少一個(gè)饋入極，而傳輸線路優(yōu)選地連接至輸出極，或者多個(gè)傳輸線路優(yōu)選地連接至各自的輸出極。優(yōu)選地，為至少一個(gè)饋入極和至少一個(gè)傳輸極提供相反的極性。優(yōu)選地，至少兩個(gè)極被設(shè)置于感測(cè)元件的相反兩端。
[0031]優(yōu)選地，評(píng)價(jià)電路包括至少一個(gè)信號(hào)放大器，特別是電荷放大器。信號(hào)放大器優(yōu)選地連接至傳輸線路，并且因而被配置用于傳遞代表經(jīng)由傳輸線路傳輸?shù)男盘?hào)的信號(hào)。根據(jù)優(yōu)選的配置，信號(hào)放大器是優(yōu)選地設(shè)置有反饋電容器的運(yùn)算放大器。優(yōu)選地，評(píng)價(jià)電路和信號(hào)注入器被包封于共同的電子單兀內(nèi)。
[0032]優(yōu)選地，測(cè)量電路被配置使得測(cè)試信號(hào)可經(jīng)由至少一個(gè)傳輸線路單獨(dú)地或者除了各自的測(cè)量信號(hào)之外也傳輸至評(píng)價(jià)電路。因而，一方面能夠優(yōu)選地在測(cè)量操作期間執(zhí)行對(duì)測(cè)量電路的測(cè)試和/或監(jiān)測(cè)，另一方面也能夠獨(dú)立于測(cè)量操作而執(zhí)行。
[0033]用于測(cè)試測(cè)量電路的優(yōu)選方法包括在評(píng)價(jià)電路的輸出處，特別是在信號(hào)放大器的輸出處對(duì)經(jīng)由傳輸線路傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)的測(cè)試。優(yōu)選地，評(píng)價(jià)邏輯被設(shè)置于用以執(zhí)行對(duì)測(cè)試信號(hào)的評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)電路中。優(yōu)選地，感測(cè)元件的或者信號(hào)注入器和/或注入線路和/或傳輸線路的失效或質(zhì)量損失通過(guò)所評(píng)價(jià)的測(cè)試信號(hào)相對(duì)于期望值的降低來(lái)識(shí)別。
[0034]除此以外，還優(yōu)選地使在測(cè)量電路中的各種短路可通過(guò)對(duì)所傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)的評(píng)價(jià)來(lái)檢測(cè)。這些短路(shortcut)可以特別地產(chǎn)生于導(dǎo)體之間，于屏蔽物與導(dǎo)體之間，于感測(cè)元件兩側(cè)或者于感測(cè)器之內(nèi)的絕緣兩側(cè)。而且，優(yōu)選地使與地線的連接的斷連變?yōu)榭蓽y(cè)量的。這樣的斷連可以包括傳感器的、特別是傳感器外殼的接地，屏蔽物的接地，或者信號(hào)注入器的接地。
[0035]在第一優(yōu)選配置中，上述測(cè)量電路被實(shí)現(xiàn)為特別地用于測(cè)試應(yīng)用的非對(duì)稱測(cè)量電路。在第二優(yōu)選配置中，測(cè)量電路被實(shí)現(xiàn)為具有下文將進(jìn)一步描述的附加的冗余特征的對(duì)稱測(cè)量電路。這樣的對(duì)稱測(cè)量電路被優(yōu)選地應(yīng)用于監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，于具有特定的安全完整性等級(jí)(SIL)要求的應(yīng)用中，于其中測(cè)量電路被安裝于難以訪問(wèn)的位置或者于遠(yuǎn)程位置的應(yīng)用中。
[0036]在該第二優(yōu)選配置中，感測(cè)元件被配置用于生成來(lái)自測(cè)量對(duì)象的附加測(cè)量信號(hào)，并且感測(cè)電路包括與用于將附加測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路的感測(cè)元件連接的附加傳輸線路。這提供了測(cè)量電路的冗余功能。除了測(cè)量電路的較高可靠性之外，這同樣能夠有助于對(duì)在測(cè)量電路中的質(zhì)量損失或失效的較高的可檢測(cè)性。
[0037]優(yōu)選地，注入線路和附加的傳輸線路經(jīng)由感測(cè)元件串行互連，使得測(cè)試信號(hào)可經(jīng)由傳輸線路和/或附加的傳輸線路傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路。以此方式，注入線路與傳輸線路以及與附加的傳輸線路的串行連接優(yōu)選地經(jīng)由感測(cè)元件來(lái)建立。因而，測(cè)試信號(hào)經(jīng)由傳輸線路的以及經(jīng)由附加的傳輸線路的傳輸能夠冗余地在評(píng)價(jià)電路中進(jìn)行檢查。這進(jìn)一步有助于對(duì)在測(cè)量電路中的質(zhì)量損失或失效的較高的可檢測(cè)性。
[0038]在測(cè)量電路的正常操作期間，經(jīng)由傳輸線路傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)以及經(jīng)由附加的傳輸線路傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)優(yōu)選地被提供以基本上相同的振幅。根據(jù)優(yōu)選的配置，經(jīng)由傳輸線路傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)以及經(jīng)由附加的傳輸線路傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)同樣被提供以相同的相位。
[0039]優(yōu)選地，注入線路和附加的傳輸線路彼此分離，除了它們經(jīng)由感測(cè)元件的串行連接之外。因而，測(cè)試信號(hào)能夠優(yōu)選地僅通過(guò)感測(cè)元件饋入附加的傳輸線路內(nèi)。優(yōu)選地，在附加的傳輸線路與信號(hào)注入器之間的唯一物理連接因而經(jīng)由感測(cè)元件來(lái)提供。這能夠有助于對(duì)與感測(cè)元件相關(guān)的質(zhì)量因子的明確的可驗(yàn)證性。而且，傳輸線路和附加的傳輸線路優(yōu)選地同樣是彼此獨(dú)立，從而允許各自的信號(hào)彼此獨(dú)立地從感測(cè)元件傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路。以此方式，能夠使在測(cè)量電路中的各種失效或質(zhì)量損失來(lái)源變?yōu)楦涌勺R(shí)別的。
[0040]優(yōu)選地，由同一信號(hào)注入器生成的測(cè)試信號(hào)能夠通過(guò)感測(cè)元件饋入傳輸線路和附加的傳輸線路。更優(yōu)選地，注入感測(cè)元件內(nèi)的測(cè)試信號(hào)同樣經(jīng)由同一注入線路來(lái)提供。以此方式，能夠使在饋入傳輸線路的測(cè)試信號(hào)與饋入附加的傳輸線路的測(cè)試信號(hào)之間的所不希望的差異的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
[0041]為此目的，在注入線路的末端處的兩個(gè)饋入極被優(yōu)選地設(shè)置于感測(cè)元件上，使得測(cè)試信號(hào)能夠在兩個(gè)相反的方向上被饋送通過(guò)感測(cè)元件。優(yōu)選地，在每個(gè)饋入極與連接至傳輸線路的各自的輸出極之間的電容是基本上相等的。在優(yōu)選的配置中，這兩個(gè)饋入極由位于感測(cè)元件之內(nèi)的共同的饋送電極提供。共同的饋送電極優(yōu)選地被設(shè)置于感測(cè)元件的中間。
[0042]為了允許生成測(cè)量信號(hào)和附加的測(cè)量信號(hào)，感測(cè)元件優(yōu)選地被分成兩個(gè)感測(cè)單元，特別是由共同的饋送電極。這兩個(gè)感測(cè)單元優(yōu)選地適合于在相同的測(cè)量條件下從測(cè)量對(duì)象中生成基本上對(duì)應(yīng)的測(cè)量信號(hào)。優(yōu)選地，相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)被提供作為具有基本上相同的振幅的測(cè)量信號(hào)和附加的測(cè)量信號(hào)。根據(jù)優(yōu)選的配置，測(cè)量信號(hào)和附加的測(cè)量信號(hào)被提供以相反的相位。
[0043]在壓電感測(cè)元件的情形中，每個(gè)感測(cè)單元優(yōu)選地包括相同數(shù)量的壓電板。優(yōu)選地，每個(gè)感測(cè)單元具有基本上相等的電容。
[0044]優(yōu)選地，兩個(gè)獨(dú)立的輸出極被設(shè)置于感測(cè)元件上，用于傳輸線路和附加的傳輸線路。各自的輸出極優(yōu)選地被設(shè)置于感測(cè)元件的每個(gè)感測(cè)單元上。優(yōu)選地，輸出極被設(shè)置于感測(cè)元件的相反兩端上。以此方式，感測(cè)元件優(yōu)選地按對(duì)稱方式連接至傳輸線路和附加的傳輸線路。
[0045]優(yōu)選地，評(píng)價(jià)電路包括配置用于傳遞代表經(jīng)由第一傳輸線路傳輸?shù)男盘?hào)的信號(hào)的第一信號(hào)放大器，以及配置用于傳遞代表經(jīng)由附加的傳輸線路傳輸?shù)男盘?hào)的信號(hào)的第二信號(hào)放大器。根據(jù)優(yōu)選的配置，每個(gè)信號(hào)放大器都是優(yōu)選地被提供以各自的反饋電容器的運(yùn)算放大器。
[0046]優(yōu)選地，評(píng)價(jià)電路包括配置用于傳遞代表經(jīng)由傳輸線路和附加的傳輸線路傳輸?shù)男盘?hào)之和的信號(hào)的求和放大器和/或配置用于傳遞代表經(jīng)由傳輸線路和附加的傳輸線路傳輸?shù)男盘?hào)的差的信號(hào)的差分放大器。這能夠用于測(cè)量電路的有利測(cè)試方法，這將在下文描述。
[0047]根據(jù)優(yōu)選的配置，求和放大器和/或差分放大器連接至用于傳輸線路的信號(hào)放大器以及用于附加傳輸線路的信號(hào)放大器兩者，以便繼續(xù)進(jìn)行各自信號(hào)的處理以及傳遞相應(yīng)的輸出信號(hào)。而且，各自的輸出放大器優(yōu)選地連接至用于傳輸線路的信號(hào)放大器以及用于附加傳輸線路的信號(hào)放大器，以傳遞代表經(jīng)由傳輸線路和附加的傳輸線路傳遞的信號(hào)的各自輸出信號(hào)。優(yōu)選地，評(píng)價(jià)邏輯被設(shè)置于評(píng)價(jià)電路中，用于進(jìn)行對(duì)輸出信號(hào)的評(píng)價(jià)，特別是在下文將描述的方法中。
[0048]用于測(cè)試對(duì)稱測(cè)量電路的優(yōu)選方法包括在評(píng)價(jià)電路的各自輸出處對(duì)經(jīng)由傳輸線路和附加傳輸線路傳遞的信號(hào)的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)優(yōu)選地包括所傳輸?shù)男盘?hào)彼此間的和/或與期望值的比較。作為選擇或除此之外，經(jīng)由傳輸線路和附加的傳輸線路傳遞的信號(hào)之差和/或之和在評(píng)價(jià)電路的各自輸出處進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)優(yōu)選地包括差分信號(hào)及求和信號(hào)彼此間的比較和/或與期望值的比較。
[0049]根據(jù)優(yōu)選的配置，失效或質(zhì)量損失在求和信號(hào)不與預(yù)期傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)的2倍值對(duì)應(yīng)時(shí)被檢測(cè)到。失效或質(zhì)量損失優(yōu)選地在差分信號(hào)不與預(yù)期傳輸?shù)臏y(cè)量信號(hào)的2倍值對(duì)應(yīng)時(shí)同樣被檢測(cè)到。失效或質(zhì)量損失優(yōu)選地在所傳輸信號(hào)的輸出信號(hào)獨(dú)立地不與預(yù)期傳輸?shù)臏y(cè)量信號(hào)和預(yù)期傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)的重疊對(duì)應(yīng)時(shí)同樣被檢測(cè)到。
[0050]優(yōu)選地，對(duì)測(cè)量電路的測(cè)試能夠優(yōu)選地在測(cè)量操作期間進(jìn)行。在這種情況下，所傳輸?shù)男盘?hào)優(yōu)選地包括各自的測(cè)量信號(hào)和測(cè)試信號(hào)的重疊。對(duì)測(cè)量電路的測(cè)試同樣能夠優(yōu)選地在沒(méi)有進(jìn)行測(cè)量操作時(shí)進(jìn)行。在這種情況下，所傳輸?shù)男盘?hào)優(yōu)選地僅包括各自的測(cè)試信號(hào)。
[0051]根據(jù)測(cè)試方法的優(yōu)選配置，在沒(méi)有測(cè)量操作的情況下獲得的輸出信號(hào)被用作用于在測(cè)量操作期間對(duì)輸出信號(hào)的評(píng)價(jià)的比較值。特別地，在沒(méi)有測(cè)量操作的情況下獲得的傳輸信號(hào)的求和信號(hào)能夠被用作用于在測(cè)量操作期間獲得的傳輸信號(hào)的求和信號(hào)的參考值。
[0052]上述測(cè)量電路的可能應(yīng)用領(lǐng)域包括振動(dòng)傳感器、加速度計(jì)、壓力傳感器、聲發(fā)射傳感器或類似的感測(cè)器件。在振動(dòng)傳感器的情形中，測(cè)量對(duì)象優(yōu)選地包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械或者在操作上與感測(cè)元件連接的任何其它振動(dòng)結(jié)構(gòu)。在加速度計(jì)的情形中，測(cè)量對(duì)象優(yōu)選地包括與感測(cè)元件機(jī)械稱合的震動(dòng)質(zhì)量塊(seismic mass)。在壓力傳感器的情形中，測(cè)量對(duì)象優(yōu)選地包括例如能夠經(jīng)由隔膜在操作上與感測(cè)元件連接的氣體和/或液體。在聲發(fā)射傳感器的情形中，測(cè)量對(duì)象優(yōu)選地包括能夠通過(guò)感測(cè)元件來(lái)檢測(cè)的聲波的發(fā)射源。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0053]本發(fā)明將在下文參照附圖借助于優(yōu)選的實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地解釋，所述附圖進(jìn)一步示出了本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)。附圖、說(shuō)明書和權(quán)利要求書包括單獨(dú)在本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣可以想得到的組合中的以及可用于更多適當(dāng)?shù)慕M合中的眾多特征。在附圖中:
[0054]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的測(cè)量電路的示意圖；
[0055]圖2是根據(jù)第二實(shí)施例的測(cè)量電路的示意圖；以及
[0056]圖3是根據(jù)第三實(shí)施例的測(cè)量電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]圖1所示的測(cè)量電路I包括傳感器2和電子單元3。傳感器2和電子單元3通過(guò)連接電纜4來(lái)連接。傳感器2包括感測(cè)元件6布置于其內(nèi)的外殼5。感測(cè)元件6在操作上連接至測(cè)量對(duì)象7，并且被配置用于由測(cè)量對(duì)象7生成測(cè)量信號(hào)。
[0058]感測(cè)元件6包括布置于第一電極9與第二電極10之間的壓電板8的疊層。在感測(cè)兀件6中的壓電板8的極化方向同樣不出于圖1中。第一電極構(gòu)成了測(cè)試信號(hào)能夠借以注入感測(cè)元件6內(nèi)的饋入極9。第二電極構(gòu)成了所注入的測(cè)試信號(hào)和/或測(cè)量信號(hào)能夠經(jīng)由其而傳遞的輸出極10。饋入極9和輸出極10具有相反的極性。感測(cè)元件6的內(nèi)部電容的值隨后被表示為C6。饋入極9和輸出極10與外殼5的壁電絕緣，使得感測(cè)元件6按照電浮置的方式布置于外殼5之內(nèi)。外殼5與地線11連接。
[0059]電子單元3包括布置于共同的外殼14之內(nèi)的信號(hào)注入器12和評(píng)價(jià)電路13。信號(hào)注入器12包括信號(hào)發(fā)射器15和變壓器16。變壓器16包括初級(jí)繞組17和次級(jí)繞組18。初級(jí)繞組17與信號(hào)發(fā)射器15連接。次級(jí)繞組18與地線19連接。次級(jí)繞組18具有很小的電感。因而，變壓器16適合于將由信號(hào)發(fā)射器15生成的信號(hào)轉(zhuǎn)換成阻抗很低的信號(hào)。
[0060]變壓器16的次級(jí)繞組18同樣連接至注入線路20。注入線路20的另一端與饋入極9連接。因此，感測(cè)元件6連接至信號(hào)注入器12，并且還經(jīng)由信號(hào)注入器12連接至地線
19。因而，由信號(hào)發(fā)射器15生成的測(cè)試信號(hào)能夠由變壓器16轉(zhuǎn)換成歐姆阻抗很低的測(cè)試信號(hào)并且經(jīng)由注入線路20傳輸?shù)金伻霕O9。以此方式，測(cè)試信號(hào)注入電路21包括信號(hào)注入器12，并且注入線路20被設(shè)置。由信號(hào)發(fā)射器15提供的測(cè)試信號(hào)是交流電(AC)。結(jié)果，饋入極9和輸出極10的極性不斷地反轉(zhuǎn)。但是,壓電板8的極化方向不改變。
[0061]評(píng)價(jià)電路13包括電荷放大器22和評(píng)價(jià)邏輯38。電荷放大器22包括具有反饋電容器24以及到地線25的連接的運(yùn)算放大器23。為了清晰起見，次要的構(gòu)件和相關(guān)的濾波器沒(méi)有示出。評(píng)價(jià)邏輯38連接至電荷放大器22的輸出。
[0062]電荷放大器22的輸入通過(guò)傳輸線路26連接至感測(cè)元件6的輸出極10。以此方式，提供了包括感測(cè)元件6和傳輸線路26的感測(cè)電路39。注入線路20和傳輸線路26經(jīng)由感測(cè)元件6串行互連。因而，由信號(hào)注入器12注入感測(cè)元件6內(nèi)的測(cè)試信號(hào)能夠被饋送通過(guò)感測(cè)元件6，并且經(jīng)由傳輸線路26從輸出極10傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路13。而且，在感測(cè)元件6中生成的測(cè)量信號(hào)能夠經(jīng)由傳輸線路26從輸出極10傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)電路13。
[0063]傳輸線路26和注入線路20經(jīng)由在外殼5的壁之內(nèi)的各自的輸出端子27、28穿過(guò)傳感器外殼5。傳輸線路26和注入線路20在外殼5之外的外部部分被插入輸出端子27、28之內(nèi)。在外殼5之內(nèi)，輸出端子27、28每個(gè)都通過(guò)各自的內(nèi)部布線29、30連接至感測(cè)元件6的饋入極9和輸出極10之一。內(nèi)部布線29、30從而構(gòu)成傳輸線路26的內(nèi)部部分和注入線路20的內(nèi)部部分。內(nèi)部布線29、30與傳感器外殼5電絕緣，并且在各自的電容31、32之間生效(effectuate)。這些電容的值隨后被表示為C31、C32。
[0064]在傳感器2與電子單元3之間，傳輸線路26和注入線路20由連接電纜4包封。電纜4包括共同用于傳輸線路26和注入線路20的外部的電磁屏蔽物33。傳輸線路26和注入線路20從而延伸通過(guò)在傳感器2與電子單元3之間的距離的實(shí)質(zhì)部分之上的共同屏蔽物33。
[0065]在其一端，共同屏蔽物33與地線34連接。傳輸線路26和注入線路20與共同屏蔽物33電絕緣，并且在各自的電容35、36之間生效。這些電容的值隨后被表示為C35、C36。而且，各自的電容37在電纜4之內(nèi)的傳輸線路26和注入線路20的導(dǎo)體之間生效。該電容的值隨后被表示為C37。
[0066]因而，測(cè)量電路I允許通過(guò)經(jīng)由注入線路20將可替代的測(cè)試電壓Ut施加于感測(cè)元件6的一端來(lái)注入測(cè)試信號(hào)。測(cè)試電壓Ut由與地線19連接的阻抗很低的信號(hào)注入器12生成。因此，電荷Qt通過(guò)感測(cè)元件6的內(nèi)部電容C6且與注入線路20和傳輸線路26的導(dǎo)體的電容37并行地傳輸并被注入電荷放大器22的輸入。電荷Qt由Qt=Ut* (C6+C37)給出。
[0067]測(cè)試信號(hào)的頻率和振幅能夠在寬松的限制下自由地選擇，優(yōu)選地在由傳感器2測(cè)得的信號(hào)的有用頻帶之外的頻率處。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，測(cè)試信號(hào)將出現(xiàn)于電荷放大器22處，具有以上所述的大小Qt。如果在傳感器輸出處的或者在傳感器6之內(nèi)的連接失效，則在電荷放大器處的測(cè)試信號(hào)降低至Qt=Ut*C37。如果連接在評(píng)價(jià)單元13處失效，則所產(chǎn)生的測(cè)試信號(hào)Qt將為O。
[0068]電容31、32、35和36連同感測(cè)元件6的內(nèi)部電容C6以及在注入線路20和傳輸線路26的導(dǎo)體之間的電容37 —起形成電容器網(wǎng)絡(luò)。在變壓器16的次級(jí)繞組18與電荷放大器22的輸入之間可見的有效電容將會(huì)確定Qt的大小。屏蔽物33的接地線34和外殼5的接地線11防止電容31、32、35和36參與在評(píng)價(jià)電路13中評(píng)價(jià)的傳遞函數(shù)。
[0069]而且，不僅能夠檢測(cè)到開路觸點(diǎn)的上述主要故障，而且能夠檢測(cè)到下列可能的短路:在導(dǎo)體20、26之間，在導(dǎo)體20、26之一與屏蔽物33之間，在傳感器2內(nèi)的感測(cè)元件6兩側(cè)或者在其內(nèi)的絕緣31、32兩側(cè)。除此以外，電纜4的接地線34的或者傳感器2的接地線11的斷連能夠通過(guò)所提出的測(cè)量電路來(lái)檢測(cè)。
[0070]屏蔽物33的添加允許在測(cè)試信號(hào)出現(xiàn)于電荷放大器22處時(shí)修改某些電容器組對(duì)測(cè)試信號(hào)的影響。為了提高對(duì)電場(chǎng)的抗擾度以及還有對(duì)感測(cè)元件6的內(nèi)部電容C6的變化的測(cè)量的靈敏度，不同的屏蔽物概念都是可能的。一個(gè)或多個(gè)傳輸線路26能夠能夠在具有或沒(méi)有外部的共同屏蔽物33的情況下單獨(dú)地進(jìn)行屏蔽。
[0071]圖2示出了測(cè)量電路41，在該測(cè)量電路41中應(yīng)用了此類不同的屏蔽物概念，以便提高對(duì)感測(cè)元件的電容變化的測(cè)試靈敏度。與圖1所示的測(cè)量電路I相應(yīng)的元件以相同的參考符號(hào)來(lái)表不。
[0072]測(cè)量電路41包括在傳感器2與電子單元3之間的連接電纜44。連接電纜44包括傳輸線路26和注入線路20延伸通過(guò)其中的共同屏蔽物33。在共同屏蔽物33之內(nèi)，布置有只有傳輸線路26延伸通過(guò)其中的獨(dú)立的電磁屏蔽物45。而且，另一個(gè)獨(dú)立的電磁屏蔽物46被布置于只有注入線路20延伸通過(guò)其中的共同屏蔽物33之內(nèi)。每個(gè)獨(dú)立的屏蔽物45、46被提供以到地線47、48的各自連接。
[0073]獨(dú)立的電磁屏蔽物45和46的應(yīng)用允許消除在傳輸線路26和注入線路20的導(dǎo)體之間的電容37的影響。通過(guò)去除圖1所示的導(dǎo)體電容C37的影響，屏蔽物45、46的添加允許確定感測(cè)元件6的電容值C6的變化，即使是在使用長(zhǎng)的電纜時(shí)，特別是電容值C6的很小變化。而且，它允許消除通過(guò)圖1所示的電纜電容37進(jìn)行的測(cè)試信號(hào)的直接注入。在圖2所示的測(cè)量電路41中，在電荷放大器處的Qt因而由Qt=Ut*C6給出。
[0074]應(yīng)用于圖1和圖2所示的非對(duì)稱的測(cè)量電路的本發(fā)明良好地適用于測(cè)試應(yīng)用。但是，在某些應(yīng)用中，冗余特征可能是特別想要的。這種類型的應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)應(yīng)用、具有特定的安全完整性等級(jí)(SIL)要求的應(yīng)用、其中測(cè)量電路被安裝于難以訪問(wèn)的位置以及遠(yuǎn)程的位置的應(yīng)用。
[0075]添加冗余特征能夠來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)將本發(fā)明應(yīng)用于附加傳輸線路與具有專用的測(cè)試輸入的感測(cè)元件連接的電學(xué)對(duì)稱的測(cè)量電路，如圖3所示。
[0076]圖3示出了包括傳感器52和電子單元53的的測(cè)量電路51。傳感器52和電子單元53由連接電纜54連接。與圖1和圖2所示的測(cè)量電路I和41對(duì)應(yīng)的的元件以相同的參考符號(hào)來(lái)表不。
[0077]感測(cè)兀件55按照電浮置的方式布置于傳感器52的外殼5之內(nèi)。感測(cè)兀件55包括兩個(gè)感測(cè)單元56和57。每個(gè)感測(cè)單元56、57在操作上連接至測(cè)量對(duì)象7。以此方式，第一測(cè)量信號(hào)能夠由感測(cè)單元56、57之一生成，而附加的第二測(cè)量信號(hào)能夠由感測(cè)單元56、57中的另一個(gè)生成。每個(gè)感測(cè)單元56、57都包括各自的饋入極58、59和各自的輸出極60、61。感測(cè)單元56和57的內(nèi)部電容的值隨后被分別表示為C56和C57。感測(cè)單元56和57被設(shè)置為它們的內(nèi)部電容C56和C57具有基本上相等的值，即，C56?=C57。
[0078]圖3所示意性表示的感測(cè)元件55包括壓電板62的疊層。在疊層62的中間，設(shè)置有構(gòu)成饋入極58和59兩者的饋送電極。在疊層62的底部和頂部，布置有構(gòu)成輸出極60、61的各自的輸出電極。
[0079]電子單元53包括包封于共同的外殼14內(nèi)的信號(hào)注入器12和評(píng)價(jià)電路63。評(píng)價(jià)電路63包括第一電荷放大器22和第二電荷放大器64。評(píng)價(jià)電路63還包括都與第一電荷放大器22和第二電荷放大器64的輸出連接的差分放大器65和求和放大器66。差分放大器65被配置用于傳遞代表在第一電荷放大器22和第二電荷放大器64的輸出處的信號(hào)的差的信號(hào)。求和放大器66被配置用于傳遞代表在第一電荷放大器22和第二電荷放大器64的輸出處的信號(hào)之和的信號(hào)。
[0080]評(píng)價(jià)電路63還包括與電荷放大器22的輸出連接的第一輸出放大器67以及與電荷放大器64的輸出連接的第二輸出放大器68。輸出放大器67、輸出放大器68、差分放大器65和求和放大器66的輸出都連接至評(píng)價(jià)邏輯38。
[0081]饋入極58、59兩者都經(jīng)由注入線路20連接至信號(hào)注入器12。第一感測(cè)單元56的輸出極60經(jīng)由傳輸線路26連接至第一電荷放大器22的輸入。第二感測(cè)單兀57的輸出極61經(jīng)由除第一傳輸線路26之外同樣設(shè)置的第二傳輸線路69連接至第二電荷放大器64的輸入。以此方式，提供了包括感測(cè)元件55、第一傳輸線路26和附加的第二傳輸線路69的感測(cè)電路40。
[0082]第二傳輸線路69經(jīng)由在外殼5的壁之內(nèi)的輸出端子71穿過(guò)傳感器外殼5。輸出端子71被布置為緊挨著傳輸線路26和注入線路20的輸出端子27、28。第二傳輸線路69的外部部分被插入輸出端子71之內(nèi)。在外殼5之內(nèi)，輸出端子71通過(guò)各自的內(nèi)部布線75連接至第二感測(cè)單元57的輸出極61。內(nèi)部布線75從而構(gòu)成第二傳輸線路69的內(nèi)部部分。與內(nèi)部布線29、30對(duì)應(yīng)，內(nèi)部布線75同樣與傳感器外殼5電絕緣，并且在各自的電容72之間生效。電容72的值隨后被表示為C72。
[0083]在傳感器52與電子單元53之間，第二傳輸線路69、傳輸線路26和注入線路20由連接電纜54包封。電纜54包括共同用于第二傳輸線路69、第一傳輸線路26和注入線路20的外部的電磁屏蔽物33。第二傳輸線路69、第一傳輸線路26和注入線路20從而延伸通過(guò)在傳感器52與電子單元53之間的距離的實(shí)質(zhì)部分之上的共同屏蔽物33。
[0084]在共同的屏蔽物33之內(nèi)，布置有只有第二傳輸線路69延伸通過(guò)其中的獨(dú)立的電磁屏蔽物73。獨(dú)立的電磁屏蔽物73被布置為緊挨著注入線路20的獨(dú)立的電磁屏蔽物46以及緊挨著傳輸線路26的獨(dú)立的電磁屏蔽物45。獨(dú)立的屏蔽物73同樣被提供以到地線74的各自的連接。
[0085]在共同的屏蔽物33之內(nèi)的每個(gè)獨(dú)立的電磁屏蔽物45、46和73的應(yīng)用允許消除在第一傳輸線路26、第二傳輸線路69及注入線路20的導(dǎo)體之間的電容的影響。通過(guò)將測(cè)試信號(hào)Ut注入圖3所示的測(cè)量電路51內(nèi)，從而在第一電荷放大器22的輸入處產(chǎn)生由QtA=Ut*C56給出的電荷QtA。相應(yīng)地，在第二電荷放大器64的輸入處產(chǎn)生由QtB=Ut*C57給出的電荷QtB。由于這兩個(gè)電容值C56和C57被選擇為相等的，因而相等的電荷Qt=QtA=QtB在正常的測(cè)量條件下被傳輸給第一電荷放大器22和第二電荷放大器64。[0086]因而，在圖3所示的對(duì)稱測(cè)量電路51中，測(cè)試信號(hào)能夠由位于感測(cè)元件55的中間的且與由獨(dú)立的屏蔽物46包圍的注入線路20連接的共同的饋送電極58、59注入穿過(guò)感測(cè)元件55。饋送電極58、59與地線19連接。屏蔽物46同樣連接至地線48。
[0087]共同的饋送電極58、59將圖1和圖2所示的感測(cè)元件6分離成具有兩個(gè)感測(cè)單元56和57的感測(cè)元件55，每個(gè)感測(cè)單元56和57都包括各自的壓電元件。感測(cè)元件55對(duì)稱地連接至第一傳輸線路26的一端以及第二傳輸線路69的一端,該第一傳輸線路26和第二傳輸線路96同樣被單獨(dú)屏蔽。
[0088]在相對(duì)端，第一傳輸線路26的導(dǎo)體連接至包括具有反饋電容器24的運(yùn)算放大器23的電荷放大器22。類似地，第二傳輸線路69的導(dǎo)體連接至電荷放大器64，該電荷放大器64同樣包括具有反饋電容器24的相應(yīng)的運(yùn)算放大器23。電荷放大器22、64兩者的反饋電容器24具有相同的電容值Cf。電荷放大器22和64的輸出都連接至差分放大器65和求和放大器66。
[0089]這兩個(gè)感測(cè)單元56、57包括壓電部件62——部件62例如為多個(gè)壓電盤的疊層。這兩個(gè)感測(cè)單元56、57位于共同的饋送電極58、59的兩側(cè)，并且具有相等的電容C56和C57，以便允許共同模式的拒絕。
[0090]測(cè)量電路51優(yōu)選地被用作壓電振動(dòng)傳感器或壓電加速度計(jì)。它同樣能夠被應(yīng)用為例如壓力傳感器、聲發(fā)射傳感器或任何其它壓電傳感器。 [0091]在壓電加速度計(jì)的情形中，例如，感測(cè)單元56和57對(duì)于測(cè)量對(duì)象7的給定加速度傳遞各自的電荷Qa和Qb。Qa和Qb具有相同的大小，但極性相反(Qa=_Qb)。Qa和Qb分別被傳輸并被注入電荷放大器22和64的輸入。電荷放大器22和64的輸出分別為電壓Ua和Ub。隊(duì)和仏由下列式子給出:
[0092]Ua = —Qa/Cf 且 Ub = —Qe/Cf
[0093]在每個(gè)等式中的負(fù)號(hào)是由于每個(gè)電荷放大器的傳遞函數(shù)。在Qa=-Qb的情況下，則有:
[0094]Ua = -Qa/Cf = - (-Qb) Ct = Qb/Cf = -Ub
[0095]Ua和Ub具有相同的振幅，但相位相反(Ua=-Ub)。
[0096]為了執(zhí)行傳感器和傳輸線路的健康檢查，交流電(AC)的測(cè)試信號(hào)Ut (該測(cè)試信號(hào)能夠是直流電(DC)信號(hào))通過(guò)共同的電極58、59注入穿過(guò)感測(cè)元件55。因此，壓電元件62分別傳遞電荷0扒和QtB。0扒和QtB具有相同的大小和相同的極性(QtA=QtB)。0扒和QtB由下列式子給出:
[0097]QtA=Ut*C56,且 QtB=Ut*C57
[0098]01^和QtB分別被傳輸并被注入電荷放大器22和64的輸入。因此，電荷放大器22和64的輸出分別為電壓UtA和UtB。UtA和UtB由下列式子給出:
[0099]UtA = -QtA/Cf 且 UtB = -QtE/Cf
[0100]在每個(gè)等式中的負(fù)號(hào)是由于每個(gè)電荷放大器的傳遞函數(shù)。在QtA=QtJ^情況下，則有:
[0101]Ut A = -QA/Cf = -(-Qb) Cf = UtB
[0102]說(shuō)4和UtB具有相同的振幅和相同的相位(UtA=UtB)。
[0103]現(xiàn)在考慮測(cè)量信號(hào)和測(cè)試信號(hào)兩者的重疊，則有:在正常條件下，差分放大器65的輸出由下式給出:
[0104]U0Ut65=UA+UtA - (UB+UtB) =Ua - UB+UtA - UtB
[0105]在Ua=-Ub且UtA=UtB的情況下，則有:
[0106]U0Ut65=2UA=-2UB (I)
[0107]類似地，在正常條件下，求和放大器66的輸出由下式給出:
[0108]uout66=uA+utA+ (uB+utB) =uA+uB+utA+utB
[0109]在Ua=-Ub且UtA=UtB的情況下，則有:
[0110]U0Ut66=2UtA=2UtB (II)
[0111]除了差分放大器65和求和放大器66之外,這兩個(gè)附加的輸出放大器67和68同樣被提供用于傳遞分別與電荷放大器22和64的輸出對(duì)應(yīng)的信號(hào)。放大器67和68的輸出由下列式子給出:
[0112]U0Ut67=UA+UtA (III)
[0113]U0Ut68=UB+UtB (IV)
[0114]根據(jù)等式(I)至(IV)的信號(hào)然后在評(píng)價(jià)邏輯38中進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)這些信號(hào)的評(píng)價(jià)允許:
[0115]a)檢測(cè)并定位在感測(cè)元件、連接或傳輸線路中的故障，并且
[0116]b)選擇保持工作的路徑(A或B)，因此提供電路冗余。
[0117]上述測(cè)量電路1、41、51代表對(duì)在US6，498，501B2中公開的測(cè)量電路的進(jìn)一步發(fā)展，該US6，498，501B2以引用方式并入本文，并且能夠包括其中所公開的任何其它構(gòu)件和/
或配置和/或應(yīng)用。
[0118]根據(jù)前面的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍的對(duì)更具本發(fā)明的測(cè)量電路的眾多修改，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書單獨(dú)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量電路，包括: -評(píng)價(jià)電路(13、63)； -感測(cè)電路(39，40)，包括被配置用于生成來(lái)自測(cè)量對(duì)象(7)的測(cè)量信號(hào)的感測(cè)元件(6,55)以及用于將所述測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)剿鲈u(píng)價(jià)電路(13、63)的傳輸線路(26、69);以及 -測(cè)試信號(hào)注入電路(21 )，包括信號(hào)注入器(12)以及將所述信號(hào)注入器(12)的信號(hào)輸出與所述感測(cè)電路(39、40)連接的注入線路(20)，用于將測(cè)試信號(hào)饋入所述感測(cè)電路(39、40)使得所述測(cè)試信號(hào)可經(jīng)由所述傳輸線路(26、69)傳輸至所述評(píng)價(jià)電路(13、63)； 其特征在于所述注入線路(20)和所述傳輸線路(26、69)經(jīng)由所述感測(cè)元件(6、55)串行互連使得所述測(cè)試信號(hào)能夠被饋送通過(guò)所述感測(cè)元件(6、55 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量電路，其特征在于所述信號(hào)注入器(12)與地線(19)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量電路，其特征在于所述信號(hào)注入器(12)的所述信號(hào)輸出具有至多10 Ω的、更優(yōu)選地為至多0.5 Ω的歐姆阻抗值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量電路，其特征在于所述信號(hào)注入器(12)包括用于將所述信號(hào)注入器(12)的所述信號(hào)輸出的所述阻抗值與期望值匹配的變壓器(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量電路，其特征在于所述注入線路(20)和所述傳輸線路(26、69 )延伸通過(guò)共同的電磁屏蔽物(33 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量電路，其特征在于用于所述注入線路(20)和/或所述傳輸線路(26、69 )的獨(dú)立的電磁屏蔽物(45、46、73 )被提供，特別是在所述共同的電磁屏蔽物(33)之內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量電路，其特征在于所述感測(cè)元件(6、55)被配置用于生成來(lái)自所述測(cè)量對(duì)象(7)的附加測(cè)量信號(hào)，并且所述感測(cè)電路(39、40)包括與所述感測(cè)元件(6、55)連接的用于將所述附加的測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)剿鲈u(píng)價(jià)電路(13、63)的附加的傳輸線路(26、69 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量電路，其特征在于所述注入線路(20)和所述附加的傳輸線路(26、69)經(jīng)由所述感測(cè)元件(6、55)串行互連，使得所述測(cè)試信號(hào)可經(jīng)由所述附加的傳輸線路(26、69 )傳輸至所述評(píng)價(jià)電路(13、63 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量電路，其特征在于在所述注入線路(20)的端部，兩個(gè)饋入極(9、58、59)被設(shè)置于所述感測(cè)元件(6、55)上，使得所述測(cè)試信號(hào)能夠沿兩個(gè)相反的方向被饋送通過(guò)所述感測(cè)元件(6、55 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量電路，其特征在于所述兩個(gè)饋入極(9、58、59)由位于所述感測(cè)元件(6、55)內(nèi)的共同電極提供。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的測(cè)量電路，其特征在于在所述饋入極(9、58、59)處，所述感測(cè)元件(6、55)被分成具有基本上相等的電容的兩個(gè)感測(cè)單元(56、57)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量電路，其特征在于對(duì)于所述傳輸線路(26、69)和所述附加的傳輸線路(26、69)，獨(dú)立的輸出極(10、60、61)被設(shè)置于所述感測(cè)元件(6、55)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)量電路，其特征在于所述輸出極(10、60、61)被設(shè)置于所述感測(cè)元件(6、55)的相反端上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量電路，其特征在于所述感測(cè)元件(6、55)是壓電感測(cè)元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求7至14中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量電路，其特征在于所述評(píng)價(jià)電路(13、63)包括第一信號(hào)放大器(22、64、67、68)和第二信號(hào)放大器(22、64、67、68),所述第一信號(hào)放大器(22、64、67、68)被配置用于傳遞的信號(hào)代表經(jīng)由所述傳輸線路(26、69)傳輸?shù)男盘?hào)，并且所述第二信號(hào)放大器(22、64、67、68)被配置用于傳遞的信號(hào)代表經(jīng)由所述附加的傳輸線路(26、69)傳輸?shù)男盘?hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求7至15中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量電路，其特征在于所述評(píng)價(jià)電路(13、63)包括被配置用于傳遞代表經(jīng)由所述傳輸線路(26、69)和所述附加的傳輸線路(26、69)傳遞的信號(hào)之和的信號(hào)的求和放大器(66)和/或被配置用于傳遞代表經(jīng)由所述傳輸線路(26、69) 和所述附加的傳輸線路(26、69)傳輸?shù)男盘?hào)之差的信號(hào)的差分放大器(65)。
【文檔編號(hào)】G01D5/12GK103994782SQ201410050614
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月14日
【發(fā)明者】B·布羅伊萊特 申請(qǐng)人:梅吉特股份有限公司