(57)【要約】線形化回路（１）によって特性曲線を線形化する方法であって、その場合に特性曲線は構成部分、特にセンサの入力信号と出力信号との間の関係を表しており、かつその場合に出力信号はそれぞれ入力信号に対応づけられている、前記方法は、簡単かつコスト的に好ましい線形化に関して、線形化回路（１）の調節がシーケンス制御（２）によってほぼ自動的に行われるように形成されている。さらに、同方法によって使用するための、対応する回路が記載されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形化回路（１）によって非線形の特性曲線を線形化する方法であって、その場合に前記特性曲線は、校正部分の入力信号と出力信号の間の関係を表し、かつ、その場合に出力信号（１００、１１０、１２０）は、それぞれ入力信号に対応づけられている、前記方法において、
前記線形化回路（１）の調節は、シーケンス制御（２）によって、自動的に行われることを特徴とする、非線形の特性曲線を線形化する方法。
【請求項２】
少なくとも１つの出力信号として対応づけられた実際入力値（１００、１１０、１２０）が、前記シーケンス制御（２）によって検出、及び／又は、記憶されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの目標入力値（２００、２１０、２２０）は、好ましくは、入力ユニット（１５）を介して、前記シーケンス制御（２）へ入力されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、アナログ化されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、Ｄ／Ａ変換器（３）によってアナログ化されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、少なくとも１つの調節可能な信号源によってアナログ化されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記信号源は、少なくとも１つの基準電圧（１４）、及び／又は、少なくとも１つの好ましくは、デジタル駆動可能なポテンショメータ（１７、１８、１９）によって形成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ポテンショメータ（１７、１８、１９）は、好ましくは、前記シーケンス制御（２）によって等間隔の段階において調節されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、３つの、好ましくは、デジタル駆動可能なポテンショメータ（１７、１８、１９）によって調節されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポテンショメータ（１７、１８、１９）の出力信号は、加算機（２０）によって加算されることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポテンショメータ（１７、１８、１９）の調節は、付属の目標入力値（２００、２１０、２２０）、及び／又は、目標出力値（４００、４１０、４２０）と組み合わせて、記憶されることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
実際入力値（１００、１１０、１２０）、及び／又は、目標入力値（２００、２１０、２２０）は、比較する構成素子、好ましくは、比較器（４）へ印加されることを特徴とする請求項３から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、前記比較する構成素子によって実際入力値（１００、１１０、１２０）と比較されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記シーケンス制御（２）は、実際入力値（１００、１１０、１２０）と目標入力値（２００、２１０、２２０）の間の予め定められた偏差を下回るまで、目標入力値（２００、２１０、２２０）を、反復して、校正することを特徴とする請求項３から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、前記線形化された特性曲線の始点（２００）、及び／又は、中間点（２１０）、及び／又は、終点（２２０）として選択されることを特徴とする請求項３から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、前記非線形の特性曲線の入力信号の部分領域から選択されることを特徴とする請求項３から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記シーケンス制御（２）から出力された目標入力値（２００、２１０、２２０）は、好ましくは、スイッチ（８）を介して、前記線形化回路（１）の入力へ印加されることを特徴とする請求項３から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
実際入力値（１００、１１０、１２０）に属する少なくとも１つの目標出力値（４００、４１０、４２０）は、前記シーケンス制御（２）によって検出、及び／又は、記憶されることを特徴とする請求項２から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの目標出力値（４００、４１０、４２０）は、基準信号源（５、６、７）によって調節されることを特徴とする請求項２から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
目標入力値（２００、２１０、２２０）は、前記Ｄ／Ａ変換器（３）によってアナログ化されることを特徴とする請求項３から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
実際入力値（１００、１１０、１２０）に付属する少なくとも１つの目標出力値（４００、４１０、４２０）は、入力ユニット（１５）を介して前記シーケンス制御（２）へ入力されることを特徴とする請求項２から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
比較する構成素子、特に比較器（９）を用いて、目標入力値（２００、２１０、２２０）に関して前記線形化回路（１）から出力された実際出力値（５００、５１０、５２０）が目標出力値（４００、４１０、４２０）と比較されることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記比較する構成素子（９）の出力信号（６００、６１０、６２０）は、前記シーケンス制御（２）によって評価されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記シーケンス制御（２）を用いて、少なくとも１つの校正手段（１０、１１、１２、１３）が調節されることを特徴とする請求項１から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの校正手段（１０）は、前記線形化された特性曲線のゼロ点を校正するため、及び／又は、少なくとも１つの校正手段（１１）は、線形性を校正するため、及び／又は、少なくとも１つの校正素子（１２、１３）は勾配を校正するために用いられることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記シーケンス制御（２）は、デジタルパルスによって前記校正手段（１０、１１、１２）を駆動することを特徴とする請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記シーケンス制御（２）は、前記校正手段（１０、１１、１２、１３）を用いて、各目標入力／目標出力値の対について、実際出力値（５００、５１０、５２０）と目標出力値（４００、４１０、４２０）との間の予め定められた偏差を下回るまでの間、前記線形化回路の校正を実施することを特徴とする請求項２４から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記線形化された特性曲線のゼロ点を調節するための前記校正手段（１０）は、実際出力値（５００、５１０、５２０）が、目標出力値（４００、４１０、４２０）にほぼ等しくなるように、調節されることを特徴とする請求項２５から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記シーケンス制御（２）から出力された他の目標入力値（２１０）が、前記線形化回路（１）へ印加されることを特徴とする請求項２４から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記シーケンス制御（２）から出力された付属の目標出力値（４１０）が、前記比較する構成素子（９）に印加されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
他の目標入力／目標出力値の対（２１０、４１０）の前記線形化回路の実際出力値（５１０）が、前記比較する構成素子（９）へ印加されることを特徴とする請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記比較する構成素子（９）の出力信号（６１０）が、前記シーケンス制御（２）によって評価されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記線形化された特性曲線の勾配を調節するための前記校正手段（１２、１３）は、実際出力信号（５１０）が目標出力信号（４１０）に、ほぼ等しいように調節されることを特徴とする請求項３１又は３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記シーケンス制御（２）から出力される他の目標入力値（２２０）が、前記線形化回路（１）へ印加されることを特徴とする請求項２４から３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記シーケンス制御（２）から出力される付属の目標出力値（４２０）が、前記比較する構成素子（９）へ印加されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
他の目標入力／目標出力値の対（２２０、２４０）の実際出力値（５２０）が、前記比較する構成素子（９）へ印加されることを特徴とする請求項３５と請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
前記比較する構成素子（９）の出力信号（６２０）が、前記シーケンス制御（２）によって評価されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記特性曲線の線形性を調節する前記校正手段（１１）は、実際出力値（５２０）が目標出力値（４２０）に、ほぼ等しいように調節されることを特徴とする請求項３６又は３７及び請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
目標入力／目標出力値の対についての前記校正手段（１０、１１、１２、１３）の校正は、すべての目標出力値（４００、４１０、４２０）について実際出力値（５００、５１０、５２０）と目標出力値（４００、４１０、４２０）の間の予め定められた偏差を下回るまでの間繰り返されることを特徴とする請求項２４から３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記シーケンス制御（２）内に、様々な線形化された特性曲線が記憶されることを特徴とする請求項１から３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記特性曲線の線形化後に、前記構成素子（２）の出力信号（１００、１１０、１２０）がスイッチ（８）によって入力値として前記線形化回路（１）へ印加されることを特徴とする請求項１から４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
請求項１から４１のいずれか１項に記載の方法によって使用するために、線形化回路（１）を備えた、非線形の特性曲線を線形化する回路であって、その場合に特性曲線は構成素子、特にセンサの入力信号と出力信号との間の関係を表し、かつその場合に出力信号（１００、１１０、１２０）はそれぞれ入力信号に対応づけられている、前記回路において、
前記線形化回路（１）の調節は、シーケンス制御（２）によって、ほぼ自動的に行われることを特徴とする、非線形の特性曲線を線形化する回路。
【請求項４３】
前記線形化回路（１）は、アナログ回路として形成されていることを特徴とする請求項４２に記載の回路。
【請求項４４】
前記シーケンス制御（２）は、マイクロプロセッサ及び／又はメモリ及び／又は入力ユニット（１５）及び／又は出力ユニットを有していることを特徴とする請求項４２又は４３に記載の回路。
【請求項４５】
前記メモリは、不揮発性メモリとして形成されていることを特徴とする請求項４４に記載の回路。
【請求項４６】
前記シーケンス制御（２）から出力される目標入力値（２００、２１０、２２０）のアナログ化は、Ｄ／Ａ変換器（３）によって行われることを特徴とする請求項４２から４５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項４７】
前記シーケンス制御（２）から出力される目標入力値（２００、２１０、２２０）のアナログ化は、少なくとも１つの調節可能な信号源（１４、１７、１８、１９、２０）によって行われることを特徴とする請求項４２から４５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項４８】
前記調節可能な信号源（１４、１７、１８、１９、２０）は、少なくとも１つの基準信号源（１４）及び／又は少なくとも１つの、好ましくはデジタル駆動可能なポテンショメータ（１７、１８、１９）を有していることを特徴とする請求項４７に記載の回路。
【請求項４９】
前記線形化回路を校正するために、校正手段（１０、１１、１２、１３）が配置されていることを特徴とする請求項４２から４８のいずれか１項に記載の回路。
【請求項５０】
前記校正手段（１０、１１、１２、１３）の駆動は、前記シーケンス制御（２）によって行われることを特徴とする請求項４９に記載の回路。
【請求項５１】
前記校正手段（１０、１１、１２、１３）は、少なくとも１つの、特にデジタル駆動可能なポテンショメータ（１０、１１、１２）を有していることを特徴とする請求項４９又は５０に記載の回路。
【請求項５２】
前記校正手段（１０、１１、１２、１３）は、前記線形化された特性曲線のゼロ点を校正するための少なくとも１つのデジタル駆動可能なポテンショメータ（１０）、及び／又は線形性を校正するための少なくとも１つのデジタル駆動可能なポテンショメータ（１１）及び／又は勾配を校正するための少なくとも１つのデジタル駆動可能なポテンショメータ（１２）及び／又は増幅器（１３）を有していることを特徴とする請求項５１に記載の回路。
【請求項５３】
前記シーケンス制御（２）から出力される目標出力値（４００、４１０、４２０）を前記線形化回路の実際出力値（５００、５１０、５２０）によって校正するために、Ｄ／Ａ変換器（１６）により目標出力値（４００、４１０、４２０）のアナログ化が行われることを特徴とする請求項４２から５２のいずれか１項に記載の回路。
【請求項５４】
目標出力値（４００、４１０、４２０）を前記線形化回路の実際出力値（５００、５１０、５２０）によって校正するために、固定の基準信号源（５、６、７）により目標出力値（４００、４１０、４２０）の調節が行われることを特徴とする請求項４２から５２のいずれか１項に記載の回路。
【請求項５５】
前記シーケンス制御（２）から出力される目標出力値（４００、４１０、４２０）の前記線形化回路の実際出力値（５００、５１０、５２）による校正は、比較する構成素子（９）、好ましくは比較器によって行われることを特徴とする請求項５３又は５４に記載の回路。
【請求項５６】
前記シーケンス制御（２）から出力される目標入力値（２００、２１０、２２０）と構成素子から出力される出力信号（１００、１１０、１２０）を選択的に印加するために、スイッチ（８）、特に切替え接点又はマルチプレクサなどが配置されていることを特徴とする請求項４２から５５のいずれか１項に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線形化回路によって非線形の特性曲線を線形化する方法と回路配置に関するものであって、その場合に特性曲線は、構成部分、特にセンサの入力信号と出力信号との間の関係を表し、かつその場合に出力信号はそれぞれ入力信号に対応づけられている。
【背景技術】
【０００２】
非線形の特性曲線を線形化する方法と回路は、実際においては、ずっと以前から知られている。というのは構成部分は入力信号と出力信号との間の線形の関係を提供しないことが多いからである。これは特にセンサについて言えることであって、それらセンサにおいては一般に測定すべき物理量、すなわちセンサの入力信号と、測定に使用されるセンサが出力信号として供給する電気信号の変化との間に非線形の関係が存在する。多くの場合において、測定値にわたって非線形に持続的に上昇する、あるいは持続的に下降する信号、通常は電圧及び／又は電流が得られる。
【０００３】
最近のＡ／Ｄ変換器−アナログ−デジタル−変換器−及びＤ／Ａ変換器−デジタル−アナログ−変換器の可能性によって、かつマイクロプロセッサを使用する場合に、特性曲線形状が正確にわかっている場合には、特性曲線を比較的簡単に計算機により線形化することが可能である。そうする代わりに、わずかな基準値と与えられた基本式によって、マイクロプロセッサを用いて特性曲線の計算機による線形化を実施することも可能である。
【０００４】
しかしこれらの方法は、解像度と線形化の速度に関して著しい制限がもたらされるということが問題である。すなわち、特性曲線が著しく湾曲している場合には、Ａ／Ｄ変換器のそれに応じた高い解像度が必要とされる。１６ビットよりも大きい解像度を有する、この種の精密Ａ／Ｄ変換器は、比較的高価である。さらに、この種の精密Ａ／Ｄ変換器の価格は、Ａ／Ｄ変換器の処理速度に伴って著しく上昇する。１７ビット以上の解像度で、同時に、たとえば２００ｋＨｚまでの、高い信号周波数において、信号を処理しようとする場合には、これは現在入手できるＡ／Ｄ変換器によっては極めて高いコストにおいて可能となり、あるいは一部はまったく不可能である。
【０００５】
選択的に、特性曲線はずっと以前からもアナログの線形化回路によって線形化されている。というのはアナログの構成部分によっては高い解像度と速度を、同時に高い処理速度において実現できるからである。しかしこの方法は、線形化回路の校正が線形化回路の作業点の正確な調節を必要とするという問題があり、それは手動の反復校正によってのみ、すなわち、それぞれゼロ点のためのポテンショメータの調節を伴う、測定領域にわたって分配された種々の入力信号の多数回繰り返される入力、増幅及び線形化された特性曲線の極めてわずかな線形偏差によってのみ可能である。このプロセスは、特に操作者が訓練をされておらず、経験がない場合には極めて長くかかり、かつ条件が誤っている場合には、失敗してしまう。さらに、各校正ステップにおいて繰返し正確に同一の物理的な入力量、たとえば測定対象に対するセンサの距離、を調節することは、極めて困難であって、一部はまったく不可能であり、それによって校正の手間が著しく増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の課題は、簡単かつコスト的に好ましい線形化が可能になる、冒頭で挙げた種類の非線形の特性曲線を線形化する方法及び回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上述した課題は、特許請求項１ないし特許請求項４２の特徴を有する非線形の特性曲線を線形化する方法と回路によって解決される。それによれば、問題とされている方法及び問題とされている回路は、線形化回路の調節がシーケンス制御によってほぼ自動的に行われるように形成され、かつ展開されている。
【０００８】
本発明に基づくやり方において、シーケンス制御を用いてほぼ自動的な方法で線形化回路を調節することは、アナログの線形化回路において可能であるように、高い精度と高い処理速度において特に良好な解像度をもたらすことが認識されている。極めて精密なＡ／Ｄ又はＤ／Ａ変換器のために生じるような、高いコストは、本発明に基づくやり方においては生じない。さらに、シーケンス制御は特性曲線のほぼ自動的な校正を可能とし、その場合に校正は操作者の手際に依存せず、従ってもはや時間をとらず、ないしはもはや失敗することはない。従って本発明に基づく方法は、既知の方法の利点を一体化し、かつその欠点を持つことはない。
【０００９】
特に好ましくは、少なくとも１つの出力信号−実際入力値−は、シーケンス制御によって検出及び／又は記憶することができる。従って実際入力値は、構成素子の出力信号に相当する。このことは特に、出力信号を発生させる入力信号、たとえば距離センサにおいては最小の測定間隔、中くらいの測定間隔又は最大の測定間隔は、それぞれ一度調節するだけでよく、それによって線形化回路を校正する場合に入力信号ないし測定間隔を正確に再調節するための他の手間は発生しないので、効果的である。
【００１０】
その代わりに、少なくとも１つの目標入力値を、好ましくは入力ユニットを介して、シーケンス制御へ入力することができる。その場合に入力ユニットは、たとえばキーボードなどとすることができる。このことは、構成部分の入力信号、たとえば最小、中くらい又は最大の測定間隔と、これらの測定間隔における構成部分の出力信号ないしは実際入力値がわかっている場合に、特に効果的である。その場合には目標入力値は、出力信号に等しく選択される。もちろん目標入力値は、シーケンス制御によって、たとえば構成部分のそれぞれの出力信号を考慮して、生成することもできる。
【００１１】
目標入力値は、特に好ましくは、実際入力値と比較し、かつその後に実際入力値に一致させることができるようにするために、アナログ化することができる。その場合に特に簡単な形態に関しては、目標入力値はＤ／Ａ変換器によってアナログ化することができる。その場合にＤ／Ａ変換器は、高解像度のＤ／Ａ変換器とすることができるが、もちろんその変換器は特に安定している必要はなく、かつ低速であることができる。選択的に、目標入力値を少なくとも１つの調節可能な信号源によってアナログ化することができる。このことは、アナログ化のために高価なＤ／Ａ変換器が必要とされないので、特にコスト的に好ましい選択肢である。
【００１２】
特に簡単な形態の枠内においては、信号源は少なくとも１つの基準電圧及び／又は少なくとも１つの好ましくはデジタル駆動可能なポテンショメータによって形成することができる。ポテンショメータは、特に好ましくは、シーケンス制御によって等間隔の段階で調節することができる。
【００１３】
他の好ましいやり方において、目標入力値は、３つの好ましくはデジタル駆動可能なポテンショメータによって調節することができる。その場合にポテンショメータの出力信号は、加算機によって加算することができる。その場合にポテンショメータの１つによってまず大まかな校正を行い、第２のポテンショメータによって細かい校正を行い、そして第３のポテンショメータによって最も細かい校正を行うことができる。その場合に細かい校正のためのポテンショメータの調節領域は、大まかな校正のためのポテンショメータの１つの段階に相当し、最も細かい校正のためのポテンショメータの調節領域は、細かい校正のためのポテンショメータの１つの段階に相当することができる。
【００１４】
たとえば６４の選択可能な等間隔の段階を有する、すなわち６ビットを有する、デジタル駆動可能なポテンショメータを使用する場合には、大まかな校正のためのポテンショメータは、たとえば０から１０ボルトの電圧を、それぞれ１５６．２５ｍＶの６４段階で供給することができる。その場合に細かい校正のためのポテンショメータは、０から１５７ｍＶまでの電圧をそれぞれ２．４５ｍＶの６４段階で供給し、最も細かい校正のためのポテンショメータは０から２．４５ｍＶの電圧を６４段階で供給することができる。従って０．０３８３ｍＶにおける最も細かい解像度が得られる。これは、１０ボルト領域に関して約１：２６０、０００とそれに伴って１８ビットの解像度に相当する。デジタルポテンショメータの出力信号は、加算機によって加算し、それによって目標入力値を発生させることができる。その場合に目標入力値の格納すべきデジタル値は、３×６ビットに相当する、デジタルポテンショメータの個々の調節から得られる。さらに、このようにして、他のデジタルポテンショメータによって、あるいはよりより多くの段階を有するデジタルポテンショメータによって、さらに高い解像度を達成することができ、たとえば１０２４と２５６段階においては、ポテンショメータを節約することができる。
【００１５】
しかし、上述したような、正確に等しい大きさの段階を有する目標入力値の階段状信号調節の特に好ましい形態は、構成部分誤差がしばしば非常に大きくなるので、問題である。従って部分領域の所定の交差を実現して、それによって常に、校正する場合に実際にも常に全段階がカバーされることが保証されているようにしなければならない。本発明に基づく方法においては、正確な測定値は必要とされず、ほぼ実際入力値に等しい、比較電圧−目標入力値のみが必要とされるので、単に線形性と精度のエラーに相当する誤差は、必要な解像度が与えられている限り、役割を果たさない。
【００１６】
特に簡単な校正に関して、ポテンショメータの調節は、特に付属の目標入力値及び／又は目標出力値と組み合わせて、記憶することができる。また、調節を実際入力値と組み合わせて記憶することも可能であるので、調節を種々の値と組み合わせて呼び出すことが可能である。
【００１７】
特に正確かつ簡単な校正に関して、実際入力値及び／又は目標入力値を比較する構成素子、好ましくは比較器へ印加することができる。目標入力値は、その後比較する構成素子によって実際入力値と比較することができる。
【００１８】
特に簡単な形態に関しては、シーケンス制御は、実際出力値と目標出力値の間の予め定められた偏差を下回るまでの間、目標値を、特に反復して、校正することができる。従ってこの方法によって、信号、すなわち構成部分ないしセンサの出力信号のＤ／Ａ変換もＡ／Ｄ変換も特にコスト的に好ましい方法で可能である。というのは、格納されている調節値を呼び出すことによってＤ／Ａ変換器ないし加算機の出力に、構成部分のそれぞれの出力信号に相当する同一の信号が再び生じるからである。従って原理的には、任意の数の出力信号−電圧又は電流−を記憶して、再び呼び出すことができ、構成部分自体を再び同じ値−たとえば同じ測定間隔−に調節する必要はない。それによって所定の領域の内部で、デジタル信号をアナログに、そしてアナログ信号をデジタルに変換することが可能である。その場合に特に好ましくは、線形化するために、３つの格納されている出力信号ないし目標入力／目標出力値の対のみが必要とされる。
【００１９】
目標入力値は、特に好ましくは、線形化された特性曲線の始点及び／又は中間点及び／又は終点として選択することができる。その場合にこれは、たとえば測定対象に対するセンサの最小測定間隔、中くらいの測定間隔又は最大の測定間隔に相当することが可能である。それに対して代替的に、目標入力値を非線形の特性曲線の入力信号の部分領域から選択することが可能である。これは特に、特性曲線の部分領域だけを線形化すればよい場合に効果的である。というのは、この領域内の測定のみが興味をもたれるからである。
【００２０】
シーケンス制御から出力された目標入力値は、好ましくはスイッチを介して、線形化回路の入力へ印加することができる。スイッチは、シーケンス制御によって制御可能なスイッチとすることができ、そのスイッチは選択的にシーケンス制御から出力された目標入力値又は構成部分の出力信号を線形化回路へ印可する。従って構成部分の出力信号は、線形化回路の実際入力値に相当する。
【００２１】
再び極めて簡単な形態に関して、実際入力値に属する少なくとも１つの目標出力値をシーケンス制御によって検出及び／又は記憶することができる。その場合に目標出力値は、同時に線形化された特性曲線のサポート点でもある作業点において（すなわちそれらにおいては値の対について非線形の特性曲線が線形化された特性曲線に等しい）、構成部分の出力信号に一致することができる。その場合に目標出力値の検出及び／又は記憶は、付属の実際入力値の検出ないし記憶とほぼ同時に行うことができる。
【００２２】
再度特に簡単な形態に関して、目標出力値を基準信号源によって調節することができる。その場合にこの基準信号源は、目標出力値が正確にわかっている場合には、その目標出力値を供給することができる。これは、たとえば測定領域始点、測定領域中央及び測定領域終点であり、たとえば０ボルト、５ボルトないし１０ボルトとすることができる。その場合に個々の目標出力値は、シーケンス制御によって制御可能なスイッチを用いて、印加される目標入力値に応じて接続することができる。その代わりに、測定領域始点、測定領域中央及び測定領域終点が正確ではなく、近似的に調節できるが、実際の値はわかっており、従って対応する目標出力値も固定である場合に、基準信号源が調節可能であることができる。実際入力値に属する目標出力値は、たとえば入力ユニットを介してシーケンス制御へ入力することができる。その場合にこれは、目標出力値がわかっている場合に、特に効果的である。
【００２３】
再度極めて簡単な形態に関して、目標入力値をＤ／Ａ変換器によってアナログ化することができる。その場合にＤ／Ａ変換器は、たとえば１３から１４ビットの、小さい解像度と精度を有することができ、従ってＤ／Ａ変換器が高いコストをもたらすことはない。
【００２４】
特に良好な線形化に関して、比較する構成素子、特に比較器を用いて、目標入力値に関して線形化回路から出力される実際出力値を目標出力値と比較することができる。その場合に比較する構成素子の出力信号は、シーケンス制御によって評価することができる。その後シーケンス制御によって少なくとも１つの校正手段を調節することができる。その場合に校正手段は、線形化回路を校正するため、たとえば線形化された特性曲線を調節するために用いられる。
【００２５】
特に簡単な線形化に関しては、少なくとも１つの校正手段は線形化された特性曲線のゼロ点の校正に用いられ、及び／又は少なくとも１つの校正手段は線形性の校正に用いられ、及び／又は少なくとも１つの校正手段は勾配の校正に用いられる。線形化回路の特に簡単な校正に関して、シーケンス制御はデジタルパルスによって校正手段を駆動することができる。
【００２６】
線形化回路を校正するために、シーケンス制御は各目標入力／目標出力値の対について校正手段を用いて、実際出力値と目標出力値との間の予め定められた偏差を下回るまでの間、線形化回路の校正を実施することができる。
【００２７】
特に好ましくは、まず第１の目標入力／目標出力値の対について、線形化された特性曲線のゼロ点を調節するための校正手段を、実際出力値が目標出力値にほぼ等しくなるように調節することができる。
【００２８】
さらに、その後、シーケンス制御から出力される他の目標入力値を線形化回路へ印加することができる。ほぼ同時に、シーケンス制御から出力される、付属の目標出力値を比較する構成素子へ印加することができる。
【００２９】
そしてまた、他の目標入力／目標出力値の対の線形化回路の実際出力値を、比較する構成素子へ印加することができる。比較する構成素子の出力信号は、ここでも、シーケンス制御によって評価することができる。
【００３０】
そして、比較する構成素子の出力信号の評価に基づいて、線形化された特性曲線の勾配を調節するための校正手段を、実際出力値が目標出力値にほぼ等しくなるように調節することができる。
【００３１】
線形化回路をさらに校正するために、シーケンス制御から出力される他の目標入力値を線形化回路へ印加することができる。ほぼ同時に、シーケンス制御から出力される、付属の目標出力値を比較する構成素子へ印加することができる。その後校正するために、他の目標入力／目標出力値の対の実際出力値を、比較する構成素子へ印加することができる。
【００３２】
比較する構成素子の出力信号は、ここでも好ましくはシーケンス制御によって評価することができる。この評価に従って、特性曲線の線形性を調節するための校正手段を、実際出力値が目標出力値にほぼ等しくなるように調節することができる。これは、シーケンス制御による、比較する構成素子の出力信号の評価に基づいて、かつシーケンス制御を用いて行われる。従って線形化回路の第１の校正が行われる。しかしその代わりに、校正を、まず第１の目標入力／目標出力値の対について、すべての校正手段の校正が行われ、その後他の目標入力／目標出力値の対についてすべての校正手段の校正が行われるように、行うこともできる。
【００３３】
特に好ましい形態に関して、線形化回路を完全に校正するために、目標入力／目標出力値の対について校正手段の校正を、すべての目標出力値について実際出力値と目標出力値との間の予め定められた偏差を下回るまで、繰り返すことができる。
【００３４】
特に普遍的な形態の枠内において、シーケンス制御内に様々な線形化された特性曲線を記憶させることができる。その場合にこれら様々な特性曲線は、上述した方法を用いて線形化することができたものである。それに加えて、あるいはその代わりに、線形化された特性曲線を入力ユニットを介してシーケンス制御へ入力して、その後記憶させることもできる。それによって所定の使用のためには、たとえばそれぞれ構成部分の出力信号の他の特性曲線形状をもたらし、従って線形化回路の他の校正を必要とする、様々な材料に対する間隔測定において、すでに線形化されている特性曲線を再び呼び出すことができる。その場合には、構成素子の該当する出力信号はすでにわかっているので、既知の間隔値の新しい調節はもはや必要とされない。
【００３５】
再度簡単な形態に関して、特性曲線の線形化後に、構成部分の出力信号をスイッチを用いて入力値として線形化回路へ印加することができる。
【００３６】
本発明に基づく方法を使用するために、特許請求項４２に記載の線形化する回路を使用することができる。回路において、シーケンス制御への目標入力値と付属の目標出力値の簡単な入力が可能であることが、特に効果的である。
【００３７】
特にコスト的に好ましい形態に関しては、線形化回路をアナログ回路として形成することができる。アナログ構成素子の使用は、デジタル構成素子の使用に比較して、解像度と精度が等しく、かつ処理速度が同じ高さである場合に、コスト的にずっと好ましい。
【００３８】
特に簡単な形態の枠内においては、シーケンス制御はマイクロプロセッサ及び／又はメモリ及び／又は入力ユニット及び／又は出力ユニットを有することができる。その場合にそれが市場で一般的なコンピュータであると、特に効果的である。入力ユニットとしては、キーボード、マウスなどを用いることができるが、タッチスクリーンでもよい。出力ユニットは、特に好ましくはディスプレイ又はモニタなどとすることができる。
【００３９】
特に好ましい形態においては、メモリは、不揮発性メモリとして形成することができる。不揮発性メモリを使用することによって、全部の調節及び線形化に使用された種々の入力値ないし出力値を、駆動電圧がオフにされた場合、あるいは欠落した場合でも維持することができる。このことが回路を特に丈夫で極めて普遍的に使用可能にする。
【００４０】
特に簡単な形態に関して、シーケンス制御から出力された目標入力値のアナログ化は、Ｄ／Ａ変換器によって行うことができる。その場合にＤ／Ａ変換器は、高解像度であることができるが、特に安定的である必要はない。また、Ｄ／Ａ変換器の処理速度の速いことに対する特別な要請はなされない。Ｄ／Ａ変換器は、反復する比較において目標入力値を求めることを可能にし、すなわち目標入力値は、それ以上改良が不可能になるまで、すなわちすべての可能かつ必要なビットがセットされるまで、シーケンス制御によって実際入力値に近づけられる。その後該当するデジタル値がメモリに格納され、かつ呼び出す場合には対応するアナログ電圧を再び出力することができる。
【００４１】
特にコスト的に好ましい形態の枠内においては、シーケンス制御から出力される目標入力値のアナログ化は、少なくとも１つの調節可能な信号源によって行うことができる。それによって高解像度の、従って高価なＤ／Ａ変換器を、もっと値段の手頃な構成素子によって代用することができる。
【００４２】
特に簡単な形態においては、調節可能な信号源は、少なくとも１つの基準電圧及び／又は少なくとも１つの好ましくはデジタル駆動可能なポテンショメータを有することができる。それによってここでも、構成素子の出力信号の上述したＤ／Ａ変換が可能である。すなわちこれは、実際入力値と線形化回路の入力値に相当する出力信号が、比較する構成素子、たとえば比較器の入力に印加されることによって可能である。その場合に比較する構成素子の他の入力には、目標入力値に相当する、調節可能な信号源の出力信号が印加される。１つより多いデジタル駆動可能なポテンショメータが設けられている場合には、ポテンショメータの出力電圧を加算機を用いて加算することができる。その場合にこの加算機の出力信号は、目標入力値に相当し、かつ比較器の他の入力へ印加される。比較する構成素子の出力信号の評価は、シーケンス制御を用いてポテンショメータを調節することによる合計電圧の校正を可能にする。実際入力値に相当するデジタル値をメモリに格納して、必要な場合に対応するアナログ電圧を再び出力することができる。従ってアナログで存在する実際入力値のＡ／Ｄ変換が可能である。
【００４３】
特に簡単な線形化に関して、線形化回路を校正するために校正手段を設けることができる。校正手段の駆動は、特に好ましくはシーケンス制御によって行うことができる。
【００４４】
再度特にコスト的に好ましい形態の枠内において、校正手段は少なくとも１つの、特にデジタル駆動可能なポテンショメータを有することができる。校正手段は、特に好ましくは、線形化された特性曲線のゼロ点を校正するための少なくとも１つのデジタル駆動可能なポテンショメータ及び／又は線形性を校正するための少なくとも１つのデジタル駆動可能なポテンショメータ及び／又は勾配を校正するための少なくとも１つのデジタル駆動可能なポテンショメータ及び／又は増幅器を有することができる。
【００４５】
シーケンス制御から出力された目標出力値を、線形化回路の実際出力値によって校正するために、Ｄ／Ａ変換器によって目標出力値のアナログ化を行うことができる。その代わりに、目標出力値を線形化回路の実際出力値によって校正するために、もちろん目標出力値の調節を固定の基準信号源を用いて行うことができる。特にシーケンス制御によって駆動可能なスイッチを介して選択的に出力することのできる、３つの固定の基準信号源を設けることができる。
【００４６】
特に簡単な線形化の枠内において、シーケンス制御から出力される目標出力値を線形化回路の実際出力値によって校正することは、比較する構成素子、特に比較器によって行うことができる。その場合に比較器の出力信号は、シーケンス制御によって評価することができ、かつ出力信号に基づいて、線形化回路を校正するために上述した方法に従ってデジタルポテンショメータを調節することができる。
【００４７】
特に好ましくは、シーケンス制御から出力される目標出力値と構成部分から出力される出力信号を選択的に印加するために、スイッチ、特に切替え接点又はマルチプレクサなどを設けることができる。その場合に構成部分から出力される出力信号は、実際入力値に相当する。
【００４８】
本発明の考え方を好ましい方法で構成しかつ展開する種々の方法がある。そのために一方では、請求項１及び並置されている請求項４２に従属している特許請求項を、そして他方では図面を用いて行う、非線形の特性曲線を線形化する、本発明に基づく方法と本発明に基づく回路の好ましい実施例の、以下の説明を参照するよう指示する。本発明に基づく方法と本発明に基づく回路の好ましい実施例の、図面による説明との組合せにおいて、考え方の好ましい形態と展開を一般的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図１には、線形化回路１を有する、非線形の特性曲線を線形化する方法によって使用するための回路ないし回路配置が示されており、その場合に特性曲線は、ここには図示されていない、センサとして形成されている構成部分の入力信号と出力信号との間の関係を表している。この実施例においては、センサは距離測定センサであって、出力信号として、物理的な測定された距離に依存する電圧を供給する。
【００５０】
線形化回路１の調節は、本発明に基づくやり方においてはシーケンス制御２によって行われる。シーケンス制御２は、線形化回路１００、１１０、１２０の実際入力値に相当する、３つの出力信号を検出する。その場合に出力信号ないし実際入力値１００は、センサが測定対象に最も接近した場合に、最小の測定間隔に相当し、実際入力値１１０は、中間の測定間隔に相当し、かつ実際入力値１２０は、最大の測定間隔に相当する。シーケンス制御２とＤ／Ａ変換器３を用いて、目標入力値２００がシーケンス制御２によって予め定められ、かつアナログ化される。これは、実際入力値１００、１１０、１２０と同様に、対応する目標入力値２００、２１０、２２０が、この実施例においては比較器４として形成されている、比較する構成素子に印加されるように、実際入力値１００、１１０、１２０をデジタル化するために用いられ、比較器４の出力信号３００はシーケンス制御２によって、実際入力値１００、１１０、１２０と目標入力値２００、２１０、２２０の間の予め定められた偏差を下回るまでの間、目標入力値２００、２１０、２２０を反復して校正するために使用される。その場合に目標入力値２００、２１０、２２０は、線形化された特性曲線の始点、中間点及び終点に相当する。それぞれの実際入力値１００、１１０、１２０に相当するデジタルの値が、シーケンス制御２内でメモリに格納され、呼び出された場合に対応するアナログ値が再び出力できる。従ってセンサの実際入力値１００、１１０、１２０とそれに伴って出力信号の特に簡単なＡ／Ｄ変換が達成される。
【００５１】
実際入力値１００、１１０、１２０に対して、シーケンス制御２によって目標出力値４００、４１０、４２０が検出されて記憶される。この目標出力値４００、４１０、４２０は、図１の実施例においては、３つの基準信号源５、６、７によって調節される。その場合に基準信号源５、６、７は、３つの固定的な基準電圧、すなわち０ボルト、５ボルト及び１０ボルトを供給する。
【００５２】
線形化回路１を校正するために、それぞれシーケンス制御から出力された目標入力値２００、２１０、２２０がＤ／Ａ変換器３によってアナログ化される。シーケンス制御から出力されたアナログの目標入力値２００、２１０、２２０は、スイッチ８を介して線形化回路１の入力へ印加される。その場合にスイッチ８は、シーケンス制御２によって駆動可能である。線形化回路１は、その後実際出力値５００、５１０、５２０を出力する。
【００５３】
この実施例においては比較器９として形成されている、比較する構成素子によって、線形化回路１から目標入力値２００、２１０、２２０に応じて出力された実際出力値５００、５１０、５２０は、目標出力値４００、４１０、４２０と比較され、その場合に比較器９の出力信号６００、６１０、６２０は、シーケンス制御２によって評価される。実際出力値５００、５１０、５２０と目標出力値４００、４１０、４２０の間の偏差に基づいて、シーケンス制御２は校正手段１０、１１、１２、１３を調節し、それら校正手段によって線形化回路１が校正される。
【００５４】
この特殊な実施例においては、校正手段１０は線形の特性曲線のゼロ点の校正に用いられ、かつ他の校正手段１１は線形の特性曲線の線形性の校正に用いられ、校正手段１２、１３は線形の特性曲線の勾配の校正に用いられる。校正手段１０、１１、１２は、この実施例においてはデジタル駆動可能なポテンショメータであって、シーケンス制御２によって駆動される。その場合の特性曲線の勾配を校正するための校正手段１２、１３は、さらに増幅器１３を有している。
【００５５】
シーケンス制御２は、校正手段１０、１１、１２、１３を用いて各目標入力／目標出力値の対２００、４００、２１０、４１０、２２０、４２０について、実際出力値５００、５１０、５２０と目標出力値４００、４１０、４２０との間の予め定められた偏差を下回るまでの間、線形化回路１の校正を実施する。校正手段１０、１１、１２、１３によって線形化回路１を調節するために、基準信号源が設けられており、それはこの実施例においては電圧源１４として形成されている。
【００５６】
具体的には、上述した方法によって実際入力値１００に関して校正されて、Ｄ／Ａ変換器３によってアナログ化された、目標入力値２００が、スイッチ８を介して線形化回路１へ印加される。ほぼ同時に、対応する目標出力値４００が、比較器９へ印加される。比較器９の出力信号６００は、シーケンス制御２によって評価され、かつポテンショメータ１０はシーケンス制御２によってデジタルパルスを用いて、実際出力値５００がほぼ目標出力値４００に等しいように、従って比較器９の出力信号６００が許容される誤差について予め与えられた値を下回るように調節される。その場合にポテンショメータ１０の調節は、反復して行われる。
【００５７】
比較器９の出力信号６００が予め与えられた値を下回るとすぐに、シーケンス制御２から出力されて、Ｄ／Ａ変換器３によってアナログ化された他の目標入力値２１０が、線形化回路１へ印加される。目標入力値２１０は、ここでも上述した方法を用いて実際入力値１１０に関して校正され、従ってほぼ実際入力値１１０に相当する。ほぼ同時に、シーケンス制御２から出力された付属の目標出力値４１０が、比較器９へ印加される。さらに他の目標入力／目標出力値の対２１０、４１０の線形化回路の実際出力値５１０が、比較器９へ印加される。ここでも比較器９の出力信号６１０は、シーケンス制御２によって評価される。
【００５８】
出力信号６１０の評価に基づいて、ポテンショメータ１２は増幅器１３との組合せにおいて線形化された特性曲線の勾配を調節するために、シーケンス制御によって、実際出力値５１０が目標出力値４１０にほぼ相当するまでの間、反復して校正される。これが、比較器９の出力信号６１０を用いてシーケンス制御２によって検出される。
【００５９】
そして、シーケンス制御２から出力されて、Ｄ／Ａ変換器３によってアナログ化された他の目標入力値２２０が、線形化回路１に印加される。ほぼ同時に、シーケンス制御２から出力された付属の目標出力値４２０が比較器９へ印加される。他の目標入力／目標出力値の対２２０、４２０に属する実際出力値５２０が、同様に比較器９へ印加される。比較器９の出力信号６２０は、シーケンス制御２によって評価されて、それに応じてポテンショメータ１１が特性曲線の線形性を調節するために、許容される誤差を下回るように、そして下回るまでの間、反復して調節される。
【００６０】
ポテンショメータ１０、１１、１２と増幅器１３の調節は、すべての目標入力／目標出力信号の対２００、４００、２１０、４１０、２２０、４２０について、すべての目標出力値４００、４１０、４２０について実際出力値５００、５１０、５２０と目標出力値４００、４１０、４２０の間の予め定められた偏差を下回るまでの間、繰り返される。
【００６１】
線形化するためのこのプロセスは、種々の測定材料について繰り返されて、個々の様々な線形化された特性曲線がシーケンス制御２内に記憶される。
【００６２】
測定の開始時に、特性曲線の線形化後にセンサの出力信号１００、１１０、１２０が、シーケンス制御２によって制御されるスイッチ８により入力値として線形化回路へ印加される。今や、連続的な測定が可能であって、その場合にセンサの出力信号は線形化された特性曲線によって線形化される。
【００６３】
図２は、本発明に基づく方法によって使用するための、本発明に基づく装置の他の実施例を示している。この特殊な実施例においては、測定領域始点、測定領域中心及び測定領域終点は正確にではなく、近似的にのみ調節可能であるが、実際の値はわかっており、従って対応する目標出力値４００、４１０、４２０も固定されている。この目標出力値４００、４１０、４２０は、キーボード１５を介してシーケンス制御２へ入力され、その場合に目標出力値４００、４１０、４２０はＤ／Ａ変換器１６によってアナログ化される。Ｄ／Ａ変換器１６は、小さい、すなわち１３から１４ビットの解像度と精度を有している。線形化回路１の校正は、すでに上述したように行われる。
【００６４】
特性曲線を線形化するための回路の他の実施例が、図３に示されている。この特殊な実施例においては、目標入力値２００、２１０、２２０のアナログ化は、調節可能な信号源によって行われる。その場合に信号源は、基準電圧１４と３つのデジタル駆動可能なポテンショメータ１７、１８、１９を有している。ポテンショメータ１７、１８、１９は、シーケンス制御２によって等間隔で調節可能であり、ポテンショメータ１７、１８、１９の出力信号は加算機２０によって加算される。アナログ化は、ポテンショメータ１７、１８、１９が順番に、加算機２０の出力における合計電圧７００、７１０、７２０が実際入力値１００、１１０、１２０に相当するようにして行われる。その場合にまず、ポテンショメータ１７によって大まかな校正が行われ、次にポテンショメータ１８によって細かい校正が行われ、そして最後にポテンショメータ１９によって精密な校正が行われる。
【００６５】
その場合にポテンショメータ１８の調節領域は、ポテンショメータ１７の１つの段階に相当し、ポテンショメータ１９の調節領域はポテンショメータ１８の調節領域の１つの段に相当する。この特殊な実施例においては、６ビットの、従って６４の選択可能な等間隔の段階を有するデジタルのポテンショメータが設けられた。従ってポテンショメータ１７は、０ボルトから１０ボルトの電圧をそれぞれ１５６．２５ｍＶの６４段階で供給する。ポテンショメータ１８は、０から１５７ｍＶの電圧をそれぞれ２．４５ｍＶの６４段階で、そしてポテンショメータ１９は０から２．４５ｍＶの電圧を６４段階で、すなわち０．０３８３ｍＶで供給する。これは、１０Ｖ領域が与えられている場合には、１８ビット、すなわち１：２６０、０００の解像度に相当する。
【００６６】
実際入力値１００、１１０、１２０の格納すべきデジタル値は、ポテンショメータ１７、１８、１９の個々の調節から、すなわち３×６ビットから得られる。従って実際入力値１００、１１０、１２０による校正と組み合わせて目標入力値をアナログ化することによって、実際入力値１００、１１０、１２０のデジタル化が行われる。
【００６７】
他の詳細に関しては、繰返しを避けるために明細書の一般的な部分と添付の特許請求項を参照するように指示する。
【００６８】
最後にはっきりと言及しておくが、上述した実施例は保護請求されている考え方を説明するためだけに用いられるものであるが、その考え方は実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に基づく方法によって使用するための、非線形の特性曲線を線形化する本発明に基づく回路の実施例を概略的に示している。
【図２】本発明に基づく方法によって使用するための、本発明に基づく回路の他の実施例を概略的に示している。
【図３】本発明に基づく方法によって使用するための、本発明に基づく回路の一部の他の実施例を概略的に示している。
【国際公開パンフレット】
2004532982.tif 000003
2004532982.tif 000004
2004532982.tif 000005
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004532982.tif 000037
2004532982.tif 000038
【国際調査報告】
2004532982.tif 000039
2004532982.tif 000040
2004532982.tif 000041
2004532982.tif 000042
2004532982.tif 000043
2004532982.tif 000044