DE69621334T2

DE69621334T2 - Kapazitive Dimensionsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE69621334T2
Application number: DE69621334T
Authority: DE
Inventors: Pascal Jordil
Original assignee: Brown and Sharpe Tesa SA; Tesa Brown and Sharpe SA
Current assignee: Tesa SARL
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: US6072318A; EP0836076B1; JP3180187B2; JPH10132602A; DE69621334D1; EP0836076A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Grössenmessvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche kapazitive Grössenmessvorrichtungen werden in Präzisionsmessinstrumenten verwendet, zum Beispiel in Lehren oder in Höhenmesssäulen. Sie enthalten im Allgemeinen einen Massstab und einen Erfasser, die beide mit Elektroden ausgerüstet sind. Die kapazitive Kopplung zwischen den verschiedenen Elektroden ändert sich, während der Erfasser sich gegenüber dem Massstab verschiebt. Der Wert dieser Kopplung oder seine Entwicklung wird ausgewertet und erlaubt es, die Position des Erfassers zu bestimmen.
Die Position könnte schon mit einer einzigen Elektrode auf dem Erfasser bestimmt werden, die sich gegenüber einer einzigen Elektrode auf dem Massstab verschiebt. Während sich die zwei Elektroden vollständig überlagern, ist die kapazitive Kopplung maximal. Wenn sich der Erfasser verschiebt, nimmt die Kopplung ab. Die Verschiebung des Erfassers kann folglich durch Messen der Kopplung bestimmt werden.
Zum Erhöhen der Auflösung und insbesondere um das System weniger empfindlich auf Positionierungsfehler zu machen, bevorzugt man im Allgemeinen, Netze zu verwenden, die aus mehreren Elektroden sowohl auf dem Massstab als auch auf dem Erfasser gebildet sind. Nach der angenommenen Konfiguration können die meisten dieser Vorrichtungen in zwei Haupttypen eingeteilt werden.
Der erste Haupttyp betrifft die so genannten Systeme mit mehrfacher Einspeisung und einfachem Empfang. Das Patentdokument EP 0 184 584 (Mauser Werke Oberndorf) beschreibt ein System dieses Typs. In diesem System enthält der Erfasser drei Gruppen von Sendeelektroden, die alternative, gegenseitig um 120º phasenverschobene Signale empfangen, zum Beispiel sinusförmige Signale. Diese Signale werden kapazitiv auf die Massstabelektroden übertragen, dann zurück auf zwei Empfangselektroden auf dem Erfasser.
Das auf diesen zwei Elektroden erhaltene Signal wird anschliessend durch Analysemittel in ein Resultat konvertiert, das die Verschiebung des Erfassers anzeigt.
Die Patentdokumente US 4 743 902 (Andermo), US 4 878 013 (Andermo), US 4 449 179 (Meyer) und US 4 437 055 (Meyer) beschreiben Varianten von Systemen mit mehrfacher Einspeisung von N Signalen und einfachem Empfang auf einer oder zwei Elektroden.
Diese Vorrichtungen benötigen die Erzeugung von N Signalen, zum Beispiel von N phasenverschobenen, sinusförmigen Signalen. Die Messgenauigkeit hängt im Allgemeinen von der Genauigkeit der Phasenverschiebung zwischen den N erhaltenen Signalen ab. Wenn N wichtig ist und je nach der gewünschten Form der Signale ist, ist die Gestaltung des Generators der N Signale kritisch und benötigt eine grosse Oberfläche des integrierten Schaltkreises.
Das Dokument DE-A-34 38 234 bezieht sich auf eine kapazitive Dimensionsmessvorrichtung enthaltend:
einen Massstab ausgerüstet mit einem Netz von Massstabelektroden, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind,
einen Erfasser, der fähig ist, sich parallel gegenüber dem Massstab zu verschieben und der mit zwei Sendeelektroden und n Empfangselektroden ausgerüstet ist, wobei jede der genannten Massstabelektroden kapazitiv mit einer der zwei Sendeelektroden gekoppelt ist und wobei das genannte Netz von Massstabelektroden zudem derart gestaltet ist, dass ein Teil des genannten Netzes derart gegenüber den genannten Empfangselektroden liegt, dass jede der genannten Empfangselektroden kapazitiv mit mindestens einer der Massstabelektroden gekoppelt ist, wobei die Kopplung zwischen den Massstabelektroden und den Empfangselektroden von der Position des Erfassers abhängt,
wobei die n Empfangselektroden elektrisch derart verbunden sind, dass N Gruppen von unter sich verbundenen Elektroden gebildet werden, wobei N eine ganze Zahl grösser oder gleich zwei ist,
einen Generator, der zwei phasenverschobene Sendesignale auf die zwei Sendeelektroden einspeist,
Analysemittel, die mit Hilfe der auf den genannten N Gruppen von Empfangselektroden erhaltenen Signalen ein numerisches Resultat bestimmen, das für die Position des Erfassers entlang des Massstabes repräsentativ ist.
Die Vorrichtung enthält Massstabelektroden, die, in Querrichtung des genannten Massstabes benachbart, mit verschiedenen Sendeelektroden gekoppelt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei kapazitiven Messvorrichtungen dieses Typs.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung unterscheidet sich in subtiler aber fundamentaler Art von jener des vorerwähnten Dokumentes, und dies im Sinne, dass:
im genannten Teil des Netzes von Massstabelektroden, der den Empfangselektroden gegenüber liegt, zwei in der Längsrichtung des Massstabs benachbarte Elektroden mit zwei verschiedenen Sendeelektroden gekoppelt sind.
Andere vorteilhafte Merkmale gehen zudem aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Dank diesen Merkmalen erlaubt es die Erfindung, eine erhöhte Auflösung und Präzision und ein System zu erreichen, das wenig empfindlich auf mechanische Positionierungsfehler ist. Zudem erlaubt die Erfindung, diese Vorteile mit einer Vorrichtung mit vereinfachter Konstruktion zu erreichen, insbesondere was den Generator für die eingespeisten Signale betrifft, und deren elektrischer Verbrauch minimal ist.
Nur die differentiellen Signale werden auf den Erfasser gespiesen.
Es besteht daher keine Notwendigkeit einer Verbindung mit der Masse. Im Stand der Technik müssen Verbindungen mit besonderer Sorgfalt hergestellt werden und benötigen eine erhebliche Oberfläche einer gedruckten Schaltung. Die Erfindung erlaubt folglich, die Herstellung und die Montage des Erfassers zu vereinfachen.
Die Verwendung eines differentiellen Messsystems erlaubt überdies, die Empfindlichkeit auf Störungen zu reduzieren, insbesondere auf elektrische und elektromagnetische Störungen.
Die Erfindung wird besser verstanden werden mit der Hilfe der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, illustriert durch die beigefügten Figuren, in welchen:
Die Fig. 1 ist ein Gesamtschema der erfindungsgemässen Vorrichtung, die einen integrierten Kontrollschaltkreis beinhaltet.
Die Fig. 2A ist eine Draufsicht auf die Elektroden des Massstabes.
Die Fig. 2B ist eine Draufsicht auf die Elektroden des Erfassers.
Die Fig. 3 ist ein Diagramm, welches das Signal veranschaulicht, das auf den verschiedenen Empfangselektroden in Funktion der Position des Erfassers erhalten wird.
Die Fig. 4 ist eine Tabelle, welche die Zone angibt, in der sich der Erfasser befindet, in Funktion der Resultate eines Vergleichs der Signale auf den Empfangselektroden.
Die Fig. 5 veranschaulicht in Überlagerung das auf den verschiedenen Empfangselektroden erhaltene Signal in Funktion der Position des Erfassers.
Die Fig. 1 stellt ein Blockschema der gesamten Vorrichtung der Erfindung dar. Sie enthält einen kapazitiven Erfasser 50, der fähig ist, sich auf einem kapazitiven Massstab 55 zu verschieben. Der Massstab ist mit einem Netz von parallelen Massstabelektroden 56 und 57 (Fig. 2A) ausgerüstet. Die Verteilung der in diesem Beispiel angenommenen Massstabelektroden ist in i. Jedes Massstabsegment mit der Länge Lambda ist mit zwei kurzen Elektroden 56 und zwei langen Elektroden 57 ausgerüstet. Als Länge der Elektroden 57 gilt L, während als Länge der Elektroden 56 I gilt. Die Breite der zwei Typen von Elektroden ist leicht unterhalb von Lambda /2. Die kurzen Elektroden sind abwechselnd unterhalb und oberhalb der langen Elektroden angeordnet, wie dargestellt. Die Massstabelektroden sind schwimmend und gegeneinander isoliert. Sie sind zum Beispiel durch Metallisierung auf einem Substrat aus Glas oder PCB abgelagert. In einer Variante könnte der Massstab auch mit der Technik der Herstellung gedruckter Schaltungen realisiert werden.
Andere Anordnungen von Massstabelektroden, zum Beispiel eine Anordnung in einem T, wie in EP 0 184 584 beschrieben oder eine Anordnung in einem L können auch angenommen werden.
Der kapazitive Erfasser enthält zwei Sendeelektroden 51 und 52 und eine Serie von Empfangselektroden 53 (Fig. 2B). Die Sendeelektroden 51, 52 erstrecken sich auf jeder Seite auf einer Zone, die mindestens ebenso lang ist wie jene, die durch das Netz von parallelen Empfangselektroden 53 besetzt ist. Als Breite der Sendeelektroden 51, 52 gilt I, während als Breite der Empfangselektroden 53 L gilt.
Die n Empfangselektroden 53 sind auf der Rückseite des Erfassers untereinander derart elektrisch verbunden, dass N Elektrodengruppen gebildet werden, in diesem Beispiel 8 Gruppen R0 bis R7. Eine Elektrodengruppe ist aus mehreren Elektroden gebildet, die Positionen besetzen wie alle Elektroden der Gruppe und empfangen identische Phasensignale, welches auch immer die Position des Erfassers auf dem Massstab sei. Auf der Fig. 2B gehören die aufeinander folgenden Elektroden 53 zu den Gruppen 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und so weiter. Eine identische Folge von Elektroden wiederholt sich also periodisch. Jedoch können auch andere, noch mehr ausgeklügelte Anordnungen angenommen werden, zum Beispiel eine Gruppenverteilung des im Patent US 4 878 013 (Andermo) oder in der Patentanmeldung EP 95810372.3 im Namen der Anmelderin beschriebenen Typs.
Der Erfasser 50 ist zum Beispiel mittels einer Printplatte ausgeführt, auf welcher die Erfasserelektroden graviert sind. Es ist ebenfalls möglich, ein keramisches Substrat zu verwenden. Ein in dieser Figur nicht dargestellter Teil der Behandlungselektronik kann direkt auf dieser Platte platziert werden. In einer Variante, die es erlaubt, sehr feine und sehr präzise Elektroden herzustellen, können die Elektroden des Erfassers direkt auf der Oberfläche einer integrierten Schaltung realisiert werden, welche die Behandlungselektronik beinhaltet.
Während der Erfasser 50 auf dem Massstab 55 platziert ist, bedecken die zwei Sendeelektroden 51 und 52 mehrere aufeinander folgende Massstabelektroden 56, 57. Auf diese Weise wird das auf die Sendeelektroden 51, 52 gespeiste Signal kapazitiv auf die Empfangselektroden 56, 57 unter dem Erfasser übertragen. Das so gewonnene Signal wird direkt an den mittleren Teil der Massstabelektroden 57 des Typs lang übermittelt. Diese mittleren Teile der Elektroden 57 polarisieren umgekehrt die Empfangselektroden 53, die oben auf dem Erfasser angeordnet sind. Die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 57 und 53 hängt von der Fläche der Überlagerung ab und folglich von der relativen Position des Erfassers entlang dem Massstab.
Während der Erfasser sich verschiebt, variiert die resultierende Kapazität zwischen den Massstabelektroden 57 und den N Gruppen von Empfangselektroden 53 in periodischer Art in Funktion der Variation der Überlagerungsfläche. Mit der angenommenen Anordnung der Elektroden variiert der Beitrag der zwei Sendeelektroden E0, E1 auf die Empfangselektroden in Gegenphase: während die kapazitive Kopplung zwischen einer Empfangselektrode 53 und der ersten Sendeelektrode 53 zunimmt, nimmt die Kopplung zwischen dieser Elektrode 53 und der zweiten Sendeelektrode 52 umgekehrt proportional ab. Die ausgesandten Signale E0 und E1 haben eine entgegengesetzte Polarität; somit kommt das auf jeder Empfangselektrode empfangene Signal R0-R7 halb von E0 und halb von E1, ausgesandt in Gegenphase. Diese Verteilung erlaubt es insbesondere, die Schwenkung des Erfassers um seine Längsachse zu kompensieren.
In einer bevorzugten Variante benutzt man ausgesandte Signale E0 und E1 mit rechteckiger Form, deren Flanken benutzt werden. In diesem Fall variiert die Amplitude der auf den N Gruppen empfangenen Signale R0 bis R7 proportional zur Variation der Kapazität. Die Fig. 3 veranschaulicht diese Variation der Signale R0 bis R7 in Funktion der Position des Erfassers 50.
Unter Beachtung der Signale R0 bis R7 in einer nicht sequentiellen Reihenfolge:
R(i + 1) = [R(i) + 3] MOD N mit N = 8 in diesem Beispiel
diese Signale bilden ein System, in dem die Phase von einer Gruppe zur folgenden regelmässig um 45º fortschreitet. Das System ist periodisch mit einer Periode Lambda gleich der durch zwei Massstabelektroden 57 besetzten Breite.
Zurückkommend auf die Fig. 1 enthält die Vorrichtung der Erfindung weiter einen Kontrollschaltkreis 10, einen Mikrokontroller 70 und eine Flüssigkristallanzeige 90. Es ist im Wesentlichen die Funktion des Kontrollschaltkreises 10, für die Sendeelektroden 51 und 52 bestimmte Signale E0 und E1 auszusenden und die auf den N = 8 Gruppen von Empfangselektroden 53 empfangenen Signale R0-R7 zu analysieren, um ein numerisches Resultat zu bestimmen, das für die Position des Erfassers repräsentativ ist. Der Mikrokontroller 70 überwacht das Funktionieren des Schaltkreises 10, verschiedene Zusatzfunktionen wie das Beginnen des Ausserbetriebszustands (stand-by) und Steuerung der LCD-Anzeige 80, auf welcher das Resultat der Messung angezeigt wird.
Der Kontrollschaltkreis 10 enthält einen Taktgenerator 12, der sowohl alle für das innere Funktionieren des Schaltkreises notwendigen Frequenzen als auch ein für den Mikrokontroller 70 bestimmtes Taktsignal CK liefert. Zudem erzeugt der Taktgenerator die für die Sendeelektroden 51 und 52 des Erfassers bestimmten Signale E0 und E1. Wie oben angegeben, sind die Signale E0 und E1 durch zwei Rechtecksignale in Gegenphase gebildet. Ihre Erzeugung ist also sehr bequem; es ist zum Beispiel möglich, E1 einfach durch Platzieren eines Inverters auf die Linie E0 zu erhalten.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist die Zahl der pro Zeiteinheit erzeugten Flanken der Signale E0, E1 Funktion der Verschiebegeschwindigkeit des Erfassers 50. Dafür ist der Taktgenerator mit dem weiter unten beschriebenen Synchronisationsschaltkreis 28 verbunden. Das Synchronisationssystem liefert dem Taktgenerator 12 eine von der Verschiebegeschwindigkeit des Erfassers abhängige Information. Die Frequenz der erzeugten Flanken ist Funktion dieser Information: während der Erfasser sich schnell verschiebt, werden mehr Flanken erzeugt, als während er unbewegt bleibt. Diese Eigenschaft bringt vom System begrenzte maximale Beschleunigungen, um nur das Minimum an Flanken zu erzeugen, die für das Erhalten der Position des Erfassers notwendig sind, und reduziert so den Energieverbrauch.
In einer Variante kann die Erzeugung der Flanken auch durch den Mikroprozessor 70 gesteuert werden und zum Beispiel vom Zustand der Batterien des Systems, von der gewünschten maximalen Lesegeschwindigkeit, etc. abhängig sein.
Die auf den Empfangselektroden 53 des Erfassers 50 erhaltenen Signale werden in der oben beschriebenen Weise in N = 8 Gruppen zusammengefasst. Die 8 entsprechenden Signale R0-R7 werden an den Eingang eines Eintrittswählers 14 im integrierten Schaltkreis 10 geliefert.
Die Fig. 5 veranschaulicht in Überlagerung die Variation der Empfangssignale R0-R7 in Funktion der Position des Erfassers. Dieses Diagramm entspricht acht überlagerten Diagrammen der Fig. 3. Die für die N = 8 Eingänge identische Variationsperiode wurde in N = 8 Zonen mit identischer Breite zerlegt, die mit 0 bis 7 nummeriert sind. Man sieht, dass sich in jeder Zone nur vier Kanäle in ihrer linearen, verwendbaren Position befinden, während die anderen vier Kanäle in Sättigung sind. In Funktion der durch das Synchronisationssystem 28 oder durch das primäre Zählsystem 20 gelieferten Zonenangaben wählt der Eintrittswähler 14 die vier verwendbaren Kanäle und setzt die vier anderen Kanäle auf Masse.
Die nachstehende Tabelle gibt die in jeder Zone zu verwendenden Kanäle an: Zone Kanäle
Wenn wie in diesem Beispiel der Taktgenerator 12 rechteckige Signale auf die Sendeelektroden 51, 52 schickt, hat das auf den Elektroden 53 gewonnene Signal die Form von Impulsen (Ladungen auf den Elektroden). Ein mit dem Ausgang des Eintrittswählers 14 verbundener Ladungsverstärker 16 wandelt die Ladungen in Spannungen um.
Ein mit dem Ausgang des Ladungsverstärkers 16 verbundener Vergleicher 18 vergleicht die vier gewählten Kanäle untereinander und bestimmt so drei Bits, welche die Zone 60 angeben, in der sich der Erfasser befindet. Im Allgemeinen ist die Zahl der so bestimmten Bits gleich log2(N). Die Fig. 4 ist eine Tabelle, deren letzte Spalte die Nummer der Zone in Funktion der Vergleiche angibt. In dieser Tabelle bedeutet eine 1, dass der im Spaltenkopf angegebene Vergleich wahr ist. Die leeren Zellen zeigen nicht durchgeführte Vergleiche an, wobei die entsprechenden Kanäle nicht gewählt sind.
Das Primärmodul 20 verwendet die vom Vergleicher 18 gelieferten Resultate zum Festlegen der Zone 60, in der sich der Erfasser befindet. Weil das System periodisch ist, wiederholen sich die Resultate des Vergleichers 18, sobald der Erfasser sich um eine Distanz Lambda verschoben hat. Um diese Zweideutigkeit zu beheben, schliesst das Primärsystem 20 einen Zähler (nicht dargestellt) ein, der zum Beispiel die Nulldurchgänge eines der Messsignale R0 bis R7 zählt, unter Berücksichtigung des Verschiebungssinns, um die absolute Position des Erfassers zu bestimmen.
Das Primärmodul 20 liefert dem Ausgangs-Interface 30 14 Bits, welche die Position des Erfassers 50 mit einer Genauigkeit von Lambda / N angeben. Die 11 Bits mit hohem Gewicht sind durch den Zähler bestimmt; die 3 Bits mit niedrigem Gewicht geben die Zone nach den Resultaten des Zählers 18 an.
Der Ladungsverstärker 16, der Vergleicher 18 und das Primärmodul 20 bilden eine Gesamtheit, die im folgenden und in den Ansprüchen als primäres Zählsystem 16, 18, 20 bezeichnet ist.
Um die Präzision zu erhöhen, schliesst das System zudem ein sekundäres Präzisionssystem ein, das durch die Module 22, 24 und 26 gebildet wird. Um den Verbrauch zu reduzieren, wird dieses System nicht dauernd benutzt. Ein vom Mikrokontroller 70 kommendes Befehlssignal erlaubt zum Beispiel, das sekundäre Präzisionssystem abzuschalten, wenn die durch das primäre Präzisionssystem gelieferte Präzision momentan genügend ist. In einer Variante kann das sekundäre Präzisionssystem durch das Synchronisationssystem 28 abgeschaltet werden, während die durch das primäre Präzisionssystem festgestellte Verschiebegeschwindigkeit des Erfassers eine gewisse Schwelle übersteigt.
Das sekundäre Präzisionssystem erlaubt es, die Position des Erfassers innerhalb der durch das primäre Zählsystem bestimmten Zone genau zu bestimmen. Um eine optimale Genauigkeit zu erreichen, werden die vier verwendbaren Kanäle (ausserhalb der Sättigung) in jeder Zone zum Bestimmen der Position verwendet. Das diesen vier Kanälen entsprechende Signal wird durch den Referenzverstärker 22 verstärkt und an ein Analog-Digital- Wandlerelement 24 geliefert.
Die Referenzspannung, welche diesen Wandler 24 speist, ist nicht fix, sondern kommt vom Referenzverstärker 22 und gilt:
a - b + c - d
Am Eingang erhält der Analog-Digital-Wandler die Spannung a - b. So entspricht der Ausgang des Wandler 24 der numerischen Gleichung
Die nachstehende Tabelle definiert die in jeder Zone zu verwendenden Kanäle a, b, c, d:
Man stellt fest, dass am Anfang jeder Zone der Wert der Kanäle a und b identisch ist, während die Gleichheit der Kanäle c und d dem Ende der Zone entspricht. In diesen zwei Fällen wird der nachstehende Ausdruck:
r(a = b) = 0 am Anfang der Zone
und
r(c = d) = 1 am Ende der Zone
Dieser Algorithmus zeigt die folgenden Vorteile:
- Kompensation der Amplitudenfehler: wenn alle Signale durch einen identischen Faktor k abgeschwächt werden, bleibt das Resultat unverändert.
- Kompensation von Neigungsfehlern.
- Verwendung des Maximums an zur Verfügung stehender Information in jeder Zone.
- Vermeidung jeglicher Divisionsoperation (sowohl analog als auch numerisch komplex durchzuführen).
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Wandler 24 ein Wandler, der 12 Bits zum Sekundärmodul 26 liefert. Diese 12 Bits werden anschliessend dem Synchronisationssystem 28 geliefert und führen zu einer beträchtlichen Erhöhung der Auflösung des Messsystems.
Die Daten der Primärmodule 20 und Sekundärmodule 26 werden dem Synchronisationssystem 28 geliefert. Dieses sorgt an erster Stelle für die Gewährleistung der Synchronisation zwischen dem Primär- und dem Sekundärsystem, insbesondere während der Erfasser die Zone wechselt. Es geht in diesem Fall darum, transitorische Fehler zu vermeiden, wenn zum Beispiel das Primärsystem schon von einem Zonenwechsel Kenntnis genommen hat, nicht aber das Sekundärsystem.
Es ist also das Synchronisationssystem 28, das die integrale Kontrolle der Operationen hat und das in jedem Moment definiert, in welcher Zone sich der Erfasser befindet. In Funktion dieser Zone befiehlt das System 28 dem Eintrittswähler 14, die geeigneten Eingänge zu wählen.
Das Synchronisationssystem enthält weiter ein nicht dargestelltes Modul, das es erlaubt, die momentane Verschiebegeschwindigkeit des Erfassers zu bestimmen. Diese Information wird insbesondere verwendet, um den Taktgenerator 12 zu steuern, um mehr Flanken zu erzeugen, während die Verschiebegeschwindigkeit des Erfassers 50 hoch ist, als während er unbewegt ist. Zudem kann diese Information verwendet werden, um eventuell das sekundäre Präzisionssystem jenseits einer gewissen Verschiebegeschwindigkeit oder nach einer gewissen Unbeweglichkeitsdauer auszuschalten. Das Ziel ist selbstredend, den elektrischen Verbrauch des Schaltkreises auf ein Minimum zu reduzieren.
Die vierzehn vom Primärsystem kommenden Bits und die zwölf vom Sekundärsystem kommenden Bits, vereinigt zu einem einzigen Wort mit 26 Bits (Fig. 5), werden zum Ausgangsinterface 30 geführt. Dieses Interface überträgt diese 26 Bits in einer geeigneten Form zum Mikrokontroller 70. In diesem Beispiel werden die 26 Bits in pseudo-serieller Form auf vier gemischten Linien (Daten und Adressen) übertragen. Die Signale INT, LOAD und SYNC erlauben es, den Datenaustausch zwischen dem Kontrollschaltkreis 10 und dem Mikrokontroller 70 zu synchronisieren.
Der Fachmann wird verstehen, dass zahlreiche angegebene Elemente der Vorrichtung entweder durch Software oder in der Form von Schaltkreisen verwirklicht werden können. Zum Beispiel könnten gewisse Funktionen des sekundären Präzisionssystems mittels Software durch den Mikrokontroller 70 ausgeführt werden. Jedoch erlaubt die Integration des Sekundärsystems in den Schaltkreis 10 die Verwendung eines sehr einfachen, also günstigen und verbrauchsarmen Mikrokontrollers 70. Andererseits kann wie oben erwähnt das integrierte Sekundärsystem 22, 24, 26 abgeschaltet werden, während die zusätzlichen Bits, die es liefert, nicht für wichtige Schritte gebraucht werden, was erlaubt, den elektrischen Verbrauch zu reduzieren.
Ausserdem versteht sich von selbst, dass die Zahl N der Gruppen sich von 8 unterscheiden und zum Beispiel 6, 10 oder 12 sein kann. In diesem Fall wird es natürlich in der Folge nötig sein, die in dieser Beschreibung und in den Zeichnungen beispielsweise angegebenen Tabellen anzupassen.

Claims

1. Kapazitive Grössenmessvorrichtung enthaltend

einen Massstab (55), der mit einem Netz von im wesentlichen parallel nebeneinander angeordneten Massstabelektroden (56, 57) ausgerüstet ist, einen Erfasser (50), der geeignet ist, sich gegenüber dem Massstab (55) parallel zu verschieben und der mit zwei Sendeelektroden (51, 52) und n Empfangselektroden (53) ausgerüstet ist, wobei jede der genannten Massstabelektroden (56, 57) kapazitiv an eine der zwei Sendeelektroden (51, 52) gekoppelt ist, wobei das genannte Netz von Massstabelektroden (56, 57) zudem so gestaltet ist, dass ein Teil des genannten Netzes sich derart gegenüber den genannten Empfangselektroden (53) befindet, dass jede der genannten Empfangselektroden (53) kapazitiv mit mindestens einer der Massstabelektroden (57) gekoppelt ist, wobei die Kopplung zwischen den Massstabelektroden (57) und den Empfangselektroden (53) von der Position des Erfassers abhängig ist,

wobei die n Empfangselektroden (53) derart elektrisch verbunden sind, dass sie N Gruppen von Elektroden bilden, die unter sich verbunden sind, wobei N eine ganze Zahl grösser oder gleich zwei ist,

einen Generator (12), der zwei Sendesignale (E0, E1) in Gegenphase auf die zwei Sendeelektroden (51, 52) bringt,

Analysemittel (16, 18, 20, 22, 24, 26, 28), die mit Hilfe der auf den genannten N Gruppen von Empfangselektroden (53) erhaltenen Signale (R0- R7) ein numerisches Resultat bestimmen, das für die Position des Erfassers entlang dem Massstab repräsentativ ist,

dadurch gekennzeichnet, dass im genannten Teil des Netzes von Massstabelektroden (56, 57), der den Empfangselektroden (53) gegenüber liegt, zwei in der Längsrichtung des Massstabs benachbarte Elektroden mit zwei verschiedenen Sendeelektroden (51, 52) gekoppelt sind.

2. Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der durch den genannten Generator (12) erzeugten Sendesignale (E0, E1) von der Verschiebegeschwindigkeit des Erfassers (50) abhängt.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Analysemittel (16, 18, 20, 22, 24, 26, 28) ein primäres Zählsystem (16, 18, 20) enthalten, das mit Hilfe eines ersten Algorithmus die Bits mit starkem Gewicht des numerischen Resultats liefert und ein sekundäres Präzisionssystem (22, 24, 26), das mit Hilfe eines zweiten Algorithmus die Bits mit schwachem Gewicht des numerischen Resultats liefert.

4. Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Zählsystem (16, 18, 20) einen Zähler einschliesst, der die Nulldurchgänge mindestens eines der Messsignale (R0-R7) zählt, um die Bits mit starkem Gewicht des numerischen Resultats zu bestimmen, wobei die durch die genannten Bits mit starkem Gewicht gelieferte Lösung dem Schritt (Lambda) der Massstabelektroden (56, 57) entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Zählsystem (16, 18, 20) Vergleichsmittel (18) einschliesst, die erlauben, die Messsignale (R0-R7) unter sich zu vergleichen, um die Bits mit mittlerem Gewicht des numerischen Resultats zu bestimmen, wobei die durch die genannten Bits mit mittlerem Gewicht gelieferte Lösung einer Zone (60) mit einer Breite entspricht, die gleich dem Schritt (Lambda) der Massstabelektroden (56, 57) dividiert durch N ist.

6. Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Präzisionssystem (22, 24, 26) die Bits mit schwachem Gewicht des Resultats bestimmt durch Auswerten des Ausdrucks

in welchem a und b den Werten entsprechen, die durch zwei Messsignale (R0-R7) genommen werden, die so gewählt werden, dass a = b am Anfang der genannten durch das primäre Zählsystem bestimmten Zone, und c und d den Werten, die durch zwei verschiedene Messsignale von a und b genommen werden und so gewählt sind, dass c = d am Ende der genannten Zone, wobei die vier gewählten Signale a, b, c, d so gewählt sind, dass sie sich in der ganzen genannten Zone in ihrer linearen Zone befinden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte sekundäre Präzisionssystem (22, 24, 26) deaktiviert werden kann, beispielsweise wenn die Verschiebegeschwindigkeit des Erfassers (50) eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.

8. Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Eintrittswähler (14) enthält, der erlaubt, in Funktion des Zustands des primären Zählsystems (16, 18, 20) eine Untermenge von Signalen unter den N Messsignalen (R0-R7) zu wählen.