(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量センサー又は誘導センサーを評価するための評価回路であって、
センサー（１４、１５）の第一のセンサー素子と接続するように設計された第一の測定接続部（Ａ）、及び前記センサー（１４、１５）の第二のセンサー素子又は参照素子（１６）と接続するように設計された第二の測定接続部（Ｂ）と、
第一の充放電信号を前記第一の測定接続部（Ａ）に出力し、第二の充放電信号を前記第二の測定接続部（Ｂ）に出力するように設計された充放電回路（２）と、
前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較するコンパレータ回路（６）と、
前記コンパレータ回路（６）の出力に接続され、前記コンパレータ回路（６）の前記出力での電圧に応じて出力電圧が変化する積分器回路（７）と、
を備え、
前記積分器回路（７）の前記出力電圧は、前記第一の充放電信号を調節するために前記第一の測定接続部（Ａ）に接続され、又は前記第二の充放電信号を調節するために前記第二の測定接続部（Ｂ）に接続され、
前記評価回路（１）の出力（１０）での測定信号は、前記積分器回路（７）の前記出力電圧から得られ、並びに前記測定信号は、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンスの差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンスの差異の評価尺度である、評価回路。
【請求項２】
反転回路（９）を備え、前記積分器回路（７）の前記出力電圧が、前記反転回路の入力に入力され、参照電圧（Ｕｃｃ／２）に対する前記反転回路（９）の出力電圧が、前記積分器回路（７）の前記出力電圧と反対の方向に変化する、請求項１に記載の評価回路。
【請求項３】
前記測定信号が、前記積分器回路（７）の前記出力電圧と前記反転回路（９）の前記出力電圧との間の電圧によって形成される、請求項２に記載の評価回路。
【請求項４】
前記反転回路（９）の前記出力電圧が、前記積分器回路（７）の前記出力電圧が前記第二の測定接続部（Ｂ）に接続される場合、前記第一の充放電信号を調節するために、前記第一の測定接続部（Ａ）に接続される、又は前記積分器回路（７）の前記出力電圧が前記第一の測定接続部（Ａ）に接続される場合、前記第二の充放電信号を調節するために、前記第二の測定接続部（Ｂ）に接続されることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の評価回路。
【請求項５】
前記第一の測定接続部（Ａ）が、第一のバイナリ化回路（４）に接続され、前記第二の測定接続部（Ｂ）が、第二のバイナリ化回路（５）に接続されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の評価回路。
【請求項６】
前記コンパレータ回路（６）が、クロック入力（ＣＬＫ）及びデータ入力（Ｄ）を有するＤフリップフロップ（ＩＣ２Ａ）を備えることを特徴とする、請求項５に記載の評価回路。
【請求項７】
前記第一のバイナリ化回路（４）の出力が、前記Ｄフリップフロップ（ＩＣ２Ａ）の前記クロック入力（ＣＬＫ）に接続され、前記第二のバイナリ化回路（５）の出力が、前記Ｄフリップフロップ（ＩＣ２Ａ）の前記データ入力（Ｄ）に接続されることを特徴とする、請求項６に記載の評価回路。
【請求項８】
前記積分器回路（７）が、演算増幅器（ＩＣ４Ａ）によって実装されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の評価回路。
【請求項９】
前記演算増幅器（ＩＣ４Ａ）の非反転入力が、ゼロボルト超である電圧に接続されることを特徴とし、ゼロボルト超である前記電圧は、電圧分割器（８）を介して前記評価回路（１）の供給電圧（Ｕｃｃ）から得られる、請求項８に記載の評価回路。
【請求項１０】
クロック入力端子（Ｔ）を備え、前記クロック入力端子（Ｔ）は、前記充放電回路（２）に接続され、前記充放電回路（２）は、前記クロック入力端子（Ｔ）に存在する信号から前記第一及び第二の充放電信号を得るように設計され、前記充放電回路（２）は、１つの抵抗器又は複数の抵抗器（Ｒ９、Ｒ１０）の相互接続によって形成される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の評価回路。
【請求項１１】
クロック回路（３）を備え、前記クロック回路（３）の出力（Ｇ）は、前記クロック入力端子（Ｔ）に接続される、請求項１０に記載の評価回路。
【請求項１２】
静電容量センサー又は誘導センサーを評価するためのシステムであって、
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の前記評価回路からなる第一の評価回路（１１）と、
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の前記評価回路からなる第二の評価回路（１２）と、
２つのセンサー素子を有する第一の静電容量センサー又は誘導センサー（１４）、及び
参照素子（１６）と、
を備え、
前記第一の静電容量センサー又は誘導センサー（１４）の前記第一のセンサー素子は、前記第一の評価回路（１１）の第一の測定接続部（Ａ１）に接続され、前記第一の静電容量センサー又は誘導センサー（１４）の前記第二のセンサー素子は、前記第一の評価回路（１１）の第二の測定接続部（Ｂ１）に接続され、
前記参照素子（１６）は、前記第二の評価回路（１２）の第二の測定接続部（Ｂ３）に接続され、
前記第二の評価回路（１２）の前記第一の測定接続部（Ａ３）は、それぞれ、結合抵抗器（ＲＡ１、ＲＢ１）を介して、前記第一の評価回路（１１）の前記第一及び第二の測定接続部（Ａ１、Ｂ１）に接続される、システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の前記評価回路からなる第三の評価回路（１３）、及び２つのセンサー素子を有する第二の静電容量センサー又は誘導センサー（１５）をさらに備え、前記第二の静電容量センサー又は誘導センサー（１５）の前記第一のセンサー素子は、前記第三の評価回路（１３）の第一の測定接続部（Ａ２）に接続され、前記第二の静電容量センサー又は誘導センサー（１５）の前記第二のセンサー素子は、前記第三の評価回路（１３）の第二の測定接続部（Ｂ２）に接続され、前記第二の評価回路（１２）の前記第一の測定接続部（Ａ３）は、それぞれ、結合抵抗器（ＲＡ２、ＲＢ２）を介して、前記第三の評価回路（１３）の前記第一及び第二の測定接続部（Ａ２、Ｂ２）にさらに接続される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第一の静電容量センサー又は誘導センサー（１４）の前記センサー素子及び前記第二の静電容量センサー又は誘導センサー（１５）の前記センサー素子が、各々、対称に構築されることを特徴とし、前記第一の静電容量センサー又は誘導センサー（１４）の対称軸及び前記第二の静電容量センサー又は誘導センサー（１５）の対称軸が、互いに対して直角に配列される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第一の静電容量センサー又は誘導センサー（１４）の前記センサー素子及び前記第二の静電容量センサー又は誘導センサー（１５）の前記センサー素子が、円弧によって、又は円の一部分によって形成されることを特徴とする、請求項１３又は請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
クロック回路を備え、前記クロック回路によって発生されるクロック信号は、各々の前記評価回路（１１、１２、１３）のクロック入力端子（Ｔ）に入力される、請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記評価回路（１１、１２、１３）のうちの１つが、クロック回路（３）を有し、前記クロック回路（３）によって発生されるクロック信号を、クロック出力（Ｇ）を介して出力するように設計されること、及び前記クロック出力（Ｇ）が、前記システムのすべての前記評価回路（１１、１２、１３）のクロック入力端子（Ｔ）に接続されること、を特徴とする、請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の前記評価回路を用いて前記静電容量センサー又は前記誘導センサーを評価するための方法であって、
第一及び第二の充放電信号を発生させる工程と、
前記センサー（１４、１５）の第一のセンサー素子を、前記第一の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、
前記センサー（１４、１５）の第二のセンサー素子又は参照素子（１６）を、前記第二の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、
前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較する工程と、
前記時間的挙動の前記比較の結果に応じて、積分器回路（７）の出力電圧を変化させる工程と、
前記積分器回路（７）の前記出力電圧に応じて、前記第一の充放電信号及び／又は前記第二の充放電信号を調節する工程と、
前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異の評価尺度として、前記積分器回路（７）の前記出力電圧から測定信号を得て、出力する工程と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量センサー又は誘導センサーを評価するための評価回路、並びに対応するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量センサー又は誘導センサーは、多くの技術分野で用いられている。そのようなセンサーは、典型的には、測定される物体の距離若しくは位置、又は前記センサーに対するその変化を特定するために用いられる。この場合、測定される物体が前記センサー又はその素子に対してフィードバック効果を有することが利用される。このフィードバックは、通常、前記センサーのインピーダンス、又は前記センサーのセンサー素子のインピーダンスに測定可能な変化をもたらす。例えば、導電性の測定される物体が渦電流原理に基づいて作動する誘導センサーに近づくと、前記センサーから発せられる磁場が、前記測定される物体中に渦電流を誘導する。このような渦電流は、前記磁場の変化を相殺し、それによって、センサーコイルのインダクタンスが、したがってそのインピーダンスが変化する。非導電性の測定される物体は、静電容量センサーに近づくと、誘電体として作用し、それによって、前記センサーのキャパシタンスを上昇させる。そしてこのことは、前記センサーのインピーダンスの変化に繋がる。同じことが、静電容量センサー又は誘導センサーの他の技術にも当てはまる。
【０００３】
そのようなインピーダンスの変化は、通常は直接利用することができない。その代わりに、前記インピーダンスの変化は、評価回路によって測定信号に変換され、次にそれがさらに処理され得る。前記センサーのセンサー素子は、多くの場合、並列又は直列の共振回路を形成するための回路素子が追加され、ＡＣ電圧が前記共振回路に印加される。測定される物体が前記センサーの影響範囲に近づくと、前記共振回路は離調され、このことが、共振回路信号と励磁信号との間の検出可能な位相シフトに繋がる。この場合の欠点は、このことによって、例えば、接続ケーブルの長さに対する依存性、温度依存性、及び追加コンポーネントの許容性などのさらなる依存性が導入されることである。さらに、前記共振回路の形成に必要な前記コンポーネントは、前記センサーの近くに配置する必要があるが、いずれの用途シナリオにおいてもそれは不可能である。
【０００４】
他の評価回路は、センサーの２つのセンサー素子のインピーダンス、又はセンサーの１つのセンサー素子が参照素子と比較される差動手法（differential approach）を取る。そのような回路は、例えば、欧州特許第０１６６７０６（Ａ１）号から公知である。発振器が、スイッチによって参照コンデンサ及びセンサーコンデンサに交互に切り替えられる。前記スイッチのコントロール信号は、前記発振器の発振から周波数分割器によって形成され、そのエッジは、シュミットトリガによってコンディショニングされる。前記スイッチのための前記コントロール信号は、コンディショニング回路によって差動信号に変換され、前記回路の差動出力信号として出力される。
【０００５】
独国特許第３８１８３７１（Ａ１）号は、２つのセンサーコイルを有する差動誘導トランスミッタを開示しており、前記センサーコイルは、共通のコンデンサが追加されて、ＬＣ共振回路を形成することができる。前記２つのセンサーコイルは、発振器の２つの接続部のうちの１つと接続される共通の接続部を有する。前記発振器の第二の接続部は、スイッチ装置に接続され、それは、前記発振器を前記２つのセンサーコイルのうちの一方の第二の接続部に交互に接続する。前記２つのセンサーコイルのうちの一方は、それによって、交互に励磁されて発振する。
【０００６】
これらの評価回路の欠点は、スイッチ素子が必要とされることであり、それによって、コストが上昇し、及び前記回路がエラーを起こし易くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、静電容量センサー又は誘導センサーの信頼性が高く費用対効果も高い差動評価を可能とする方法で、冒頭で述べた種類の評価回路、システム、及び方法を設計し、さらに発展させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、前記目的は、請求項１に記載の特徴によって実現される。したがって、当該評価回路は、センサーの第一のセンサー素子と接続するように設計された第一の測定接続部、及び前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子と接続するように設計された第二の測定接続部と、第一の充放電信号を前記第一の測定接続部に出力し、第二の充放電信号を前記第二の測定接続部に出力するように設計された充放電回路と、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較するコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路の出力に接続され、前記コンパレータ回路の前記出力での電圧に応じて出力電圧が変化する積分器回路と、を備え、前記積分器回路の前記出力電圧は、前記第一の充放電信号を調節するために前記第一の測定接続部に接続され、又は前記第二の充放電信号を調節するために前記第二の測定接続部に接続され、前記評価回路の出力での測定信号は、前記積分器回路の前記出力電圧から誘導され、並びに前記測定信号は、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンスの偏差、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンスの偏差の尺度である。
【０００９】
前記システムに関して、上記目的は、従属請求項１２に記載の特徴によって実現される。このシステムは、第一及び第二の評価回路を、詳細には、本発明の第一の態様に従う評価回路を備え、さらに、２つのセンサー素子を有する第一の静電容量センサー又は誘導センサー、及び参照素子、を備え、前記第一のセンサーの第一のセンサー素子は、前記第一の評価回路の第一の測定接続部に接続され、前記第一のセンサーの第二のセンサー素子は、前記第一の評価回路の第二の測定接続部に接続され、前記参照素子は、前記第二の評価回路の第二の測定接続部に接続され、並びに前記第二の評価回路の前記第一の測定接続部は、それぞれ、結合抵抗器を介して前記第一の評価回路の前記第一及び第二の測定接続部と接続される。
【００１０】
本発明によると、上記目的は、従属請求項１８に記載の特徴によって実現される。したがって、本発明の方法は、第一及び第二の充放電信号を発生させる工程と、前記センサーの第一のセンサー素子を、前記第一の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子を、前記第二の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較する工程と、前記時間的挙動の比較の結果に応じて、積分器回路の出力電圧を変化させる工程と、前記積分器回路の前記出力電圧に応じて、前記第一の充放電信号及び／又は前記第二の充放電信号を適合させる工程と、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異の尺度として、前記積分器回路の前記出力電圧から測定信号を誘導し、出力する工程と、を含む。
【００１１】
本発明に従って、（アナログ）測定信号を比較的単純なコントロールループによって発生可能であることがまず認識され、前記信号は、２つのインピーダンス間の差異の、すなわち、第二のセンサー素子に対する第一のセンサー素子、又は参照素子に対する第一のセンサー素子のインピーダンスの差異の尺度を形成する。この場合、誘導器に与えられる充放電信号の前記時間的挙動が前記インピーダンスに依存することが利用される。コンデンサの場合、前記充放電挙動は、コンデンサのサイズに依存し、キャパシタンスが高い程、コンデンサは最大電圧値までゆっくり充電されることになる。逆に、キャパシタンスが低い程、コンデンサはゆっくり放電することになる。同じことはコイルにも当てはまり、前記コイルを流れる電流は、電圧ジャンプの場合、前記コイルのインダクタンスに依存して、より速く又はよりゆっくり上昇する。したがって、励磁信号に応答した２つの誘導器の前記時間的挙動が比較されると、インピーダンス間の差異の尺度が得られる。
【００１２】
したがって、本発明によると、第一及び第二の充放電信号は、充放電回路によって発生され、前記評価回路の測定接続部に出力される。前記第一の充放電信号は、第一の測定接続部に出力され、前記第二の充放電信号は、第二の測定接続部に出力される。前記第一の測定接続部は、前記センサーの第一のセンサー素子と接続するように設計される。前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子のいずれかが、前記第二の測定接続部に接続されてよい。前記充放電回路は、前記第一及び第二の充放電信号の各々が、前記第一及び第二の測定接続部にそれぞれ接続されている前記誘導器に対する依存性を有するようにスイッチが切られる。実際には、この依存性は、通常、影響を受ける前記充放電信号の前記時間的挙動から成る。例えば、矩形波信号が励磁信号を形成する場合、前記矩形波信号のエッジは、接続されたインピーダンスによって平坦化される。前記インピーダンスが高い程、平坦化がより顕著となる。その結果、前記充放電信号は、前記接続されたインピーダンスに応じて変化する。
【００１３】
これらの依存性を利用するために、前記評価回路は、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較するコンパレータを備える。前記比較の結果に応じて、前記コンパレータは、相対的な時間的挙動を表す結果信号を出力する。この結果信号は、通常、バイナリ信号であり、すなわち、前記信号は、２つのレベルを取り得る。この場合、第一のレベルは、前記第一の充放電信号が、前記第二の充放電信号よりも速く立ち上がる及び／又は立ち下がることを示している。したがって、第二のレベルは、前記第二の充放電信号が、前記第一の充放電信号よりも速く立ち上がる及び／又は立ち下がることを示している。前記結果信号は、次に、前記比較結果を積算する積分器回路に送られる。次に、前記積分回路の増加分の数を表す電圧が、前記積分器回路の出力部に存在する。
【００１４】
前記出力電圧が無限に上昇し続けることを防止するために、前記出力電圧は、前記測定接続部のうちの１つと接続される。その結果、前記充放電信号は、ＤＣ電圧レベルと重畳され、それによって、前記充放電信号は、前記回路の構成に応じて、正又は負の電圧にシフトされる。そしてこのことは、前記充放電信号が特定レベルに到達する時間をシフトする。このことにより、前記コンパレータ回路からの前記結果信号が変化することが、したがって前記第一のレベルではなく前記第二のレベルを取ることが可能となる（又は逆も同様）。その結果、前記出力電圧は、それ以上上昇しなくなる。このように、前記積分器回路の前記出力部での電圧は、前記第一及び前記第二の測定接続部でのインピーダンスが互いにどの程度大きく異なっているかの尺度である。本発明に従う前記評価回路は、安価であり、前記センサー素子のインピーダンスが非常に低い場合であっても良好な結果を提供する。さらに、温度及びケーブル長さの依存性は、前記測定接続部と前記センサー素子との間のケーブルが、およそ同じ長さであり、互いに近接して配線される場合、容易に除去することができる。前記積分器回路及び前記コンパレータ回路が、いかなる精密コンポーネントも必要とせず、代わりに標準的なコンポーネントで構築することができることから、費用対効果の高い評価回路という結果となる。
【００１５】
「第一の測定接続部」及び「第二の測定接続部」の名称の使用は、単に前記２つの測定接続部を区別する役割でしかないことは指摘されるべきである。前記回路は、実質的に対称に構築されることから、前記誘導器（すなわち、第一のセンサー素子、第二のセンサー素子、又は前記参照素子）のうちのどれがどの測定接続部に接続されるかは重要ではない。このことは、評価回路が単一ユニットであるか、又は複数の評価回路が相互接続されてシステムを形成しているかに関わらず当てはまる。
【００１６】
また、参照素子は、最も多様なコンポーネントによって形成されてよいことにも留意されたい。この場合、前記センサー素子とは対照的に、前記参照素子は、前記測定される物体に影響されないことが不可欠である。さらに、前記評価を単純化するために、前記参照素子は、前記センサーと同じ分類であるべきであり、すなわち、静電容量センサーが評価されることになる場合、前記参照素子は、コンデンサによって形成され、誘導センサーが評価されることになる場合、前記参照素子は、誘導器によって形成される。この場合、前記参照素子が高温安定性を有する場合、又は前記参照素子の温度変化に関する挙動が、前記センサーと等しいか若しくは少なくとも類似する場合、さらに有利である。これは、出力測定信号の精度にとって必須ではないが、前記測定信号の処理に関与する労力の低減は僅かではない。前記参照素子のために精密コンポーネントを用いることも、必須ではないとしても、有利である。前記参照素子の許容性は、基本的に、校正測定によって相殺され得る。しかし、精密コンポーネントを用いることによって、校正測定を大きく単純化することができる、又は完全に不要とすることさえできる。さらに、前記参照素子は、固定値を有していてよく、又は調節可能コイル若しくはコンデンサとして構成されてもよい。この場合、適合性は、慣行から公知の広く様々な方法を用いて実装されてよい。手動で調節可能な参照素子が用いられてもよく、電子的に調節可能な参照素子も同様である。
【００１７】
好ましい発展では、前記評価回路は、反転増幅器によって形成されることが好ましい反転回路をさらに有する。前記積分器回路の前記出力電圧は、この反転回路への入力である。この入力電圧から、前記反転回路は、参照電圧での前記入力電圧のミラー化を表す出力電圧を発生させる。例えば、前記参照電圧が２．５ボルトの値を有し、前記積分器回路の前記出力電圧が３ボルトの値を有する場合、前記反転回路は、前記参照電圧でこの値をミラー化させる、すなわち、前記反転回路の前記出力電圧は、前記参照電圧から同じ距離にあるが、前記参照電圧の「反対側」にあることになる。そして、前記反転回路の前記出力電圧は、この例の場合、２ボルトの値を取ることになる。前記積分器回路の前記出力電圧が上昇すると、前記反転回路の前記出力電圧は低下し、逆も同様である。前記反転回路の前記出力電圧は、このように、前記参照電圧に対して、及び前記積分器回路の前記出力電圧に対して反対の方向に変化する。演算増幅器を用いた反転増幅器としての前記反転回路の実装では、この態様は、前記積分器回路の前記出力電圧を、前記演算増幅器の反転入力へ入力し、及び前記参照電圧を、前記演算増幅器の非反転入力へ入力することによって実現され得る。
【００１８】
この反転回路の第一の好ましい使用は、前記測定信号のレベルを高めることである。この場合、前記測定信号は、前記積分器回路の前記出力と前記反転回路の前記出力との間の電圧によってタップされる。その結果、前記積分器回路での前記出力電圧が変化すると、電圧スイングがその値の２倍に増加する。
【００１９】
この反転回路の第二の好ましい使用は、前記反転回路の前記出力電圧を、前記２つの充放電信号のうちの一方を調節するために用いることである。前記積分器回路の前記出力電圧が、前記第一の測定接続部に接続される場合、前記反転回路の前記出力電圧は、前記第二の充放電信号を調節するために、前記第二の測定接続部に接続される。逆に、前記積分器回路の前記出力電圧が、前記第二の測定接続部に接続される場合、前記第一の充放電信号を調節するために、前記反転回路の前記出力電圧は、前記第一の測定接続部に接続される。この方法により、前記充放電信号の調節を改善することができる。
【００２０】
前記コンパレータ回路の前記比較結果を改善するために、前記評価回路は、第一及び第二のバイナリ化回路を有していてよく、前記第一のバイナリ化回路は、前記第一の測定接続部に接続され、前記第二のバイナリ化回路は、前記第二の測定接続部に接続される。前記バイナリ化回路の出力電圧は、次に、前記コンパレータ回路へ入力される。好ましくは、前記２つのバイナリ化回路は、各々、シュミットトリガ回路によって実装される。２つのそのようなバイナリ化回路が単一チップ上に集積された集積回路が入手可能である。その結果、前記２つのバイナリ化回路の入力キャパシタンス、閾値電圧、遅延時間、温度の影響、及び／又はさらなる特徴に関する挙動は、実質的に同一である。前記第一及び第二のバイナリ化回路は、したがって、前記第一及び第二の測定接続部での前記信号を、ほとんど同一の方法でバイナリ信号とする、すなわち、第一又は第二のレベルを取り、前記２つのレベル間の変化が、素早く、通常は数ミリ秒以下の範囲内で行われる信号とする。一般的なバイナリ化信号は、例えば、正の第一のレベル（例：＋５Ｖ）及び負の第二のレベル（例：−５Ｖ）の間で交番する両極性矩形波信号、又は２つの正のレベル間、２つの負のレベル間、若しくは正／負のレベルと０Ｖとの間で交番する単極性矩形波信号である。一般的な単極性矩形波信号は、例えば、＋５Ｖ又は０Ｖのレベルを取る。
【００２１】
好ましい発展では、前記コンパレータは、フリップフロップによって形成される。Ｄフリップフロップが特に適していることが示された。本明細書において、前記２つの充放電信号のうちの一方が、クロック入力に入力され、前記２つの充放電信号のうちの他方が、データ入力に入力される。バイナリ化回路が用いられる場合、一般性を失うことなく、前記第一のバイナリ化回路の出力は、前記Ｄフリップフロップの前記クロック入力に接続されてよく、前記第二のバイナリ化回路の出力は、前記Ｄフリップフロップの前記データ入力に接続されてよい。Ｄフリップフロップは、ほとんどエッジトリガ型であり、前記データ入力に存在するレベルを、前記クロック入力での立ち上がりエッジの場合に出力へ出力する。前記第一の測定接続部での前記誘導器の時間的挙動が、今、前記第二の測定接続部での前記誘導器よりも速い場合、前記クロック入力での立ち上がりエッジの場合に、低レベルが依然として前記データ入力に存在する。この場合、したがって、低レベルは、前記Ｄフリップフロップの非反転データ出力に存在する。前記第二の測定接続部での前記誘導器の時間的挙動が、前記第一の測定接続部での前記誘導器よりも速い場合、前記クロック入力での立ち上がりエッジの場合に、低レベルが依然として前記データ入力に存在する。この場合、したがって、低レベルは、前記Ｄフリップフロップの非反転データ出力に存在する。
【００２２】
前記積分器回路は、基本的に、様々な方法で実装され得る。しかし、好ましい積分器回路は、演算増幅器回路として実装される。そのような積分器回路は、実際に公知である。最も単純な場合では、前記演算増幅器の出力は、コンデンサを介して前記反転入力にフィードバックされる。前記積分器回路の入力は、前記演算増幅器の前記反転入力によって形成され、それによって、この発展における前記コンパレータ回路の前記出力信号は、前記演算増幅器の前記反転入力に接続される。
【００２３】
特に好ましい改善点では、積分器回路として接続される前記演算増幅器の前記非反転入力は、０Ｖではない電圧で、特に好ましくは、０Ｖよりも大きい電圧で充電される。この方法により、前記積分器回路の前記出力電圧に、オフセットを与えることができる。この場合、前記非反転入力でのこの電圧は、好ましくは、前記評価回路の供給電圧から電圧分割器によって生成される。前記電圧分割器の抵抗比の選択に応じて、前記オフセット電圧をシフトさせることができる。前記電圧分割器の２つの抵抗器は、およそ同じ値を有し、それによって、前記オフセット電圧は、前記供給電圧の半分に等しい。前記電圧分割器の前記抵抗器は、好ましくは、精密抵抗器であり、１％以下の許容差を有する。
【００２４】
前記評価回路は、好ましくは、クロック信号を入力することができるクロック入力を有する。このクロック入力は、前記充放電回路に接続されてよく、前記第一及び第二の充放電信号を発生するために用いられてよい。この場合、最も単純な発展では、前記充放電回路は、１つの抵抗器又は複数の抵抗器の相互接続によって形成されてよい。この方法により、一方では周期的な充放電信号の発生が可能であり、他方では前記充放電信号が前記測定接続部に接続された誘導器による影響を受け続けることを確保することが可能でもある。
【００２５】
第一の実施形態では、クロック信号は、外部クロック回路によって、好ましくは外部発振器によって、すなわち、前記該当する評価回路の一部を形成しないクロック回路によって形成されてよい。第二の及び好ましい発展では、前記評価回路は、前記評価回路の前記クロック入力に出力が接続されたクロック回路を有する。前記クロック回路は、簡易発振器によって形成されてよい。充放電信号の両方が共通のクロック信号から誘導される場合、クロックの安定性に関する特別の要件が前記発振器に適用される必要はなく、それは、前記測定接続部に接続されたいずれの誘導器も、周波数の同じ変動によって及び／又は同じジターによって影響され、したがって、誤差は相殺されるからである。
【００２６】
基本的に、本発明に従う評価回路は、センサー素子を、別のセンサー素子に対して、又は参照素子に対して評価するための単一ユニットとして用いられてよい。しかし、複数の評価回路が相互接続されて、静電容量センサー又は誘導センサーを評価するためのシステムが形成される場合、特定の効果が生ずる。
【００２７】
本発明に従うそのようなシステムは、第一の評価回路、第二の評価回路、第一の静電容量センサー又は誘導センサー、及び参照素子を有する。基本的に、先行技術から公知である比較的任意の評価回路によって前記第一及び第二の評価回路を形成することが想定される。しかし、前記システムは、前記２つの評価回路が本発明に従う評価回路によって形成される場合に、特に良好に機能する。前記評価回路は、各々、第一及び第二の測定接続部を有する。前記第一のセンサーの第一のセンサー素子は、前記第一の評価回路の前記第一の測定接続部に接続され、前記第一のセンサーの第二のセンサー素子は、前記第一の評価回路の前記第二の測定接続部に接続される。前記参照素子は、前記第二の評価ユニットの前記第二の測定接続部に接続される。前記第二の評価ユニットの前記第一の測定接続部は、前記２つの評価ユニットを一緒に結合するために用いられる。前記第二の評価ユニットの前記第一の測定接続部は、第一の結合抵抗器によって前記第一の評価ユニットの前記第一の測定接続部に、及び第二の結合抵抗器によって前記第一の評価ユニットの前記第二の測定接続部に接続される。この方法により、前記第一のセンサーの前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンスの変化は、前記第一の評価回路の測定信号だけでなく、前記第二の評価回路の測定信号にも追加で影響を与える。前記第一の評価回路の前記測定信号は、したがって、前記第一のセンサーの前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異を表し、一方前記第二の評価回路の前記測定信号は、前記参照素子に対する両センサー素子の差異を表す。例えば、前記センサーが、２つの電極を有する静電容量距離センサーである場合、前記第一の評価回路の前記測定信号は、前記２つのセンサー素子（前記電極）に対する測定物体の位置を表す。前記測定物体が前記２つの電極間の中心位置から遠くへ移動するほど、前記測定信号も、０ボルトの電圧を例とする中心位置から遠くへ移動する。他方、前記第二の評価回路の前記測定信号は、両電極に対する前記測定物体の影響の大きさを示す。前記測定物体及び／又はその電気的特性が既知である場合、前記測定物体の前記電極に対する距離は、したがって、前記第二の測定信号から推定することができる。
【００２８】
本発明に従うこのシステムのさらなる発展では、前記システムは、第三の評価回路及び第二の静電容量センサー又は誘導センサーをさらに有する。そして、前記第三の評価回路は、好ましくは、本発明に従う評価回路によって形成される。前記第二のセンサーは、好ましくは、前記第一のセンサーと同じ分類であり、すなわち、前記第一のセンサーが静電容量センサーである場合、前記第二のセンサーも静電容量センサーであり、前記第一のセンサーが誘導センサーによって形成される場合、前記第二のセンサーも誘導センサーである。前記第三の評価回路の第一の測定接続部は、前記第二のセンサーの第一のセンサー素子に接続され、前記第三の評価回路の第二の測定接続部は、前記第二のセンサーの第二のセンサー素子に接続される。前記第三の評価回路の前記第一の測定接続部は、第三の結合抵抗器によって前記第二の評価回路の前記第一の測定接続部にさらに接続され、前記第三の評価回路の前記第二の測定接続部は、第四の結合抵抗器によって前記第二の評価回路の前記第一の測定接続部に接続される。この方法により、前記第三の評価回路は、前記第二の評価回路にさらに結合される。このシステムでは、前記第一の評価回路の前記測定信号は、この場合さらに、前記第一のセンサーの前記２つのセンサー素子のインピーダンス間の差異を表す。前記第三の評価回路の前記測定信号は、前記第二のセンサーの前記２つのセンサー素子のインピーダンス間の差異を表す。前記第二の評価回路の前記測定信号は、４つのすべてのセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異を表す。
【００２９】
２つのセンサーを有するシステムの好ましい発展では、前記第一のセンサーの前記センサー素子及び前記第二のセンサーの前記センサー素子は、各々、互いに対して対称に構築される。前記対称性は、好ましくは、軸対称の形態を取る。特に好ましくは、前記第一のセンサーの前記センサー素子の対称軸は、前記第二のセンサーの前記センサー素子の対称軸に対して直角に配列される。
【００３０】
静電容量センサーの評価では、２つのセンサーを有するシステムにおいて、個々のセンサー素子、すなわち前記センサーの電極は、好ましくは、円弧又は円の一部分によって形成される。前記個々のセンサー素子の前記円弧は、好ましくは、切れ目が４か所の円形の線、又は４つの部分に分割された円形の領域を形成する。
【００３１】
両発展の組み合わせにおいて、すなわち、前記２つのセンサーのセンサー素子として、直角な対称軸、及び円弧又は円の一部分を有するセンサー素子では、４つの同一に設計された円弧又は円の一部分が生じ、前記２つのセンサーの前記電極は、いずれの場合も交互に配置されている。電極のこの発展は、さらなる利点を提供する。前記システムは、３Ｄセンサーシステムを形成するものであり、前記第一及び第三の評価回路の前記測定信号は、円中心からの測定物体の位置偏差を表し、一方前記第二の評価回路の前記測定信号は、前記電極に対して平行である面上の前記測定物体の距離を表す。この場合、前記第一の評価回路の前記測定信号は、前記第二のセンサーの対称軸方向の位置偏差を反映し、前記第二の評価回路の前記測定信号は、前記第一のセンサーの対称軸方向の前記測定物体の位置偏差を反映している。したがって、測定物体の位置及び／又は位置の変化を、３次元で検出することができる。
【００３２】
そのようなセンサーシステムは、様々な方法で用いることができる。したがって、このセンサーシステムを、３次元入力デバイスとして用いることが想定される。ユーザーは、中心位置に保持された物体を、前記３次元中心位置から動かすことができ、例えばスプリングによってそれを行い、そうすることによって、３次元での方向を指定することができる。これは、例えば、バーチャルリアリティーシステムに用いることができる。しかし、前記センサーシステムを、生産環境で、例えば作業工程における生産部品の位置をチェックするために用いることも想定される。別の用途シナリオとしては、測定物体の位置を維持する必要があり、前記センサーシステムによって、所望される位置からの偏差を特定する必要があることであり得る。これらの数少ない例から、既に、このセンサーシステムがいかに汎用的に使用可能であるかが明らかである。当業者であれば、前記システムに対してどのようなさらなる用途シナリオが生ずるかを容易に認識することができる。
【００３３】
前記個々の評価回路の同期化のために、前記システムは、好ましくは、発振器によって形成されることが好ましいクロック回路を有する。前記クロック回路によって発生されるクロック信号は、次に、対応する評価回路のクロック入力に入力される。この方法により、前記個々の充放電信号を、確実に、互いに対する時間的関係において正しく設定することができる。この場合、そのようなクロック回路は、外部回路によって、すなわち、前記評価回路のうちの１つの一部ではないクロック回路によって形成されてよい。しかし、好ましい発展では、前記クロック回路は、前記評価回路のうちの１つの一部を形成する。このクロック回路のクロック出力は、次に、各評価回路の前記クロック入力に接続され、前記クロック回路を含む前記評価回路にも接続される。基本的に、この発展において、前記評価回路のうちの１つのみがクロック回路を有することが想定される。しかし、前記クロック回路は非常に少ない素子から成り、したがって、僅かな追加コストしか掛からないことから、好ましくは、前記評価回路の各々がクロック回路を有し、この場合、前記クロック回路のうちの１つのみが作動される。このことにより、前記評価回路の汎用的な使用か可能となる。
【００３４】
本発明に従う評価回路の作動の過程では、以下の工程が実施される。第一及び第二の充放電信号を発生させる工程と、前記センサーの第一のセンサー素子を、前記第一の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子を、前記第二の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較する工程と、前記時間的挙動の前記比較の結果に応じて、積分器の出力電圧を変化させる工程と、前記積分器の前記出力電圧に応じて、前記第一の充放電信号又は前記第二の充放電信号を調節する工程と、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異の尺度として、前記積分器の前記出力電圧から測定信号を誘導し、出力する工程と、が実施される。
【００３５】
これらの工程が、前記評価回路が反転回路を有する、又は本発明に従うシステムの一部である場合にも行われてよいことは理解される。
【００３６】
本発明の技術を有利に設計し、発展させるための様々な選択肢が存在する。これに関して、図面の補助の下、一方では、従属請求項に従属する請求項が、他方では、本発明の好ましい例示的実施形態の以下の説明が参照される。本教示事項の一般的に好ましい設計及び発展についても、図面を参照して、本発明の好ましい例示的実施形態の説明と合わせて説明する。図面は以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従う評価回路の例示的実施形態の回路図である。
【図２】図１に従う本発明の評価回路を表すブロック図のためのブロックである。
【図３】３つの評価回路、及びセンサー素子が円形の経路に配列されている２つのセンサーを有する本発明に従うシステムの第一の例示的実施形態である。
【図４】３つの評価回路、及びセンサー素子が円の一部分によって形成されている２つのセンサーを有する本発明に従うシステムの第二の例示的実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明に従う評価回路の例示的実施形態の回路図を示す。ここで用いられる抵抗器又はコンデンサの値、さらには個々の回路素子の配置はいずれも、前記評価回路の単なる例示的な寸法合わせ及び構成として見なされるべきであることは明示的に指摘されるべきである。当業者であれば、どのような適合をも行うことができ、これらの調節がいかなる効果を有するかを認識するであろう。
【００３９】
図１に従う評価回路は、第一の測定接続部Ａ及び第二の測定接続部Ｂを有し、これらの各々に対して、センサーの２つのセンサー素子のうちの１つを接続することができる。前記センサーが誘導センサーである場合、前記２つのセンサー素子は、前記センサーのコイルによって形成される。静電容量センサーでは、前記２つのセンサー素子は、前記センサーの測定電極によって形成される。前記測定接続部Ａ、Ｂは、この単純なケースでは、抵抗器Ｒ９及び抵抗器Ｒ１０のみによって形成される充放電回路２に接続される。前記測定接続部Ａ、Ｂに対して反対端の前記抵抗器Ｒ９、Ｒ１０の接続部は、一緒にクロック入力Ｔに接続される。この例示的実施形態では、クロック回路３によって発生され、クロック出力Ｇで出力されるクロック信号が、このクロック入力Ｔに入力される。前記クロック回路３は、反転シュミットトリガＩＣ３Ａ、コンデンサＣ２、及び抵抗器Ｒ１２から構成される簡易発振器から成る。
【００４０】
前記第一の測定接続部Ａは、さらに、第一のバイナリ化回路４に接続され、前記第二の測定接続部Ｂは、第二のバイナリ化回路５に接続される。前記２つのバイナリ化回路４、５は、いずれの場合も、反転シュミットトリガＩＣ１Ａ及びＩＣ１Ｂによって実装され、これらの名称の最初の部分が同一の符号であることは、前記２つのシュミットトリガが、１つのチップ上に一緒に集積されていることを示すことを意図している。同時に、これは、前記２つのシュミットトリガが、同様に挙動し、特に、およそ同一のスイッチング閾値を有することも意味する。前記バイナリ化回路４、５の出力は、コンパレータ回路６の入力に接続される。図示した実施形態では、前記コンパレータ回路６は、ＤフリップフロップＩＣ２Ａによって実装され、前記第一のバイナリ化回路４の前記出力は、前記ＤフリップフロップＩＣ２Ａのクロック入力ＣＬＫに接続され、前記第二のバイナリ化回路５の前記出力は、前記ＤフリップフロップＩＣ２Ａのデータ入力Ｄに接続される。前記ＤフリップフロップＩＣ２Ａのセット及びリセット接続部Ｒ、Ｓは、いずれも接地される。前記ＤフリップフロップＩＣ２Ａの非反転データ出力Ｑは、さらなる反転シュミットトリガＩＣ３Ｂに接続され、前記反転シュミットトリガの出力は、抵抗器Ｒ３を介して積分器回路７に接続される。前記積分器回路７は、演算増幅器ＩＣ４Ａによって実装され、前記演算増幅器の出力は、コンデンサＣ１を介して、前記演算増幅器ＩＣ４Ａの反転入力へフィードバックされる。前記反転シュミットトリガＩＣ３Ｂからの信号も、抵抗器Ｒ３を介して前記演算増幅器ＩＣ４Ａの前記反転入力に入力される。前記演算増幅器ＩＣ４Ａの非反転入力は、ここでは同一の寸法で示される２つの抵抗器Ｒ１及びＲ２から成り、前記評価回路１の供給電圧Ｕｃｃと接地との間に接続される電圧分割器８の中央タップに接続される。前記演算増幅器ＩＣ４Ａの前記出力は、同時に、前記積分器回路７の出力を形成する。
【００４１】
前記積分器回路７の前記出力は、この発展では反転増幅器として接続される演算増幅器ＩＣ４Ｂによって形成される反転回路９の入力に接続される。前記演算増幅器ＩＣ４Ｂの回路素子は、精密抵抗器であり、−１の増幅をセットする抵抗器Ｒ５及びＲ７によって形成される。前記演算増幅器ＩＣ４Ｂの非反転入力も、前記電圧分割器８の前記中央タップに接続される。前記演算増幅器ＩＣ４Ｂの出力は、同時に、前記反転回路９の出力を形成する。
【００４２】
前記積分器回路７の前記出力及び前記反転回路９の前記出力は、抵抗器Ｒ４及びＲ６を介して、前記評価回路１の測定出力１０に接続される。前記測定出力１０のピンは、Ｄ１及びＤ２と標識される。前記抵抗器Ｒ４及びＲ６は、本質的に、電流を制限するように働き、したがって、保護抵抗器である。
【００４３】
前記積分器回路７の前記出力は、抵抗器Ｒ１１を介して、前記第二の測定接続部Ｂに接続される。前記反転回路９の前記出力は、抵抗器Ｒ８を介して、前記第一の測定接続部Ａに接続される。
【００４４】
加えて、前記評価回路１は、接地への接続を提供する接地接続部Ｍを有する。加えて、コンデンサＣ３及びＣ４が存在し、これらは、前記供給電圧Ｕｃｃを安定化させるように働く。
【００４５】
前記評価回路１の作動時、前記クロック回路３は、前記クロック入力Ｔで前記充放電回路２に入力される矩形波信号を発生させる。これは、前記第一及び第二の測定接続部を介して第一のセンサー素子、又は第二のセンサー素子、又は参照素子に出力される第一及び第二の充放電信号を発生させる。いずれの場合も外部から前記第一又は第二の測定接続部に接続される誘導器（ここでは図示せず）は、それぞれの充放電信号の時間的挙動に変化を発生させる。そのようにして影響を受けた前記第一及び第二の充放電信号は、各々、前記第一及び第二のバイナリ化回路４、５を介して、第一及び第二のレベルの間で変化する矩形波信号に変換される。前記矩形波信号出力は、いずれの場合も、前記充放電信号が第一の閾値を超える、又は第二の閾値を下回る時点を反映する。反転シュミットトリガが用いられることから、前記矩形波信号の立ち上がりエッジは、前記第二の閾値を前記充放電信号が下回ったことを意味し、一方前記矩形波信号の立ち下がりエッジは、前記第一の閾値を前記入力された充放電信号が超える時点を示す。
【００４６】
前記第一及び第二のバイナリ化回路によって発生された前記矩形波信号は、前記ＤフリップフロップＩＣ２Ａに以下の挙動を起こさせるものであり、前記バイナリ化回路が反転シュミットトリガによって形成されていることから、及び前記Ｄフリップフロップが前記クロック入力ＣＬＫでの立ち上がりエッジに応答することから、前記測定接続部Ａ及びＢでの前記誘導器の放電部分（discharge branches）は、前記コンパレータ回路によって評価される。測定接続部Ａに外部から接続されている前記誘導器が、前記閾値未満で、測定接続部Ｂの前記誘導器よりも早く放電される場合、前記第一のバイナリ化回路４の出力信号のレベルは、高レベルに変化し、前記第二のバイナリ化回路５の前記出力でのレベルは、低のまま維持される。この方法により、前記クロック入力ＣＬＫで立ち上がりエッジである場合、低レベルが、前記Ｄフリップフロップの前記非反転出力Ｑに接続される。前記測定接続部Ｂに外部から接続されている前記誘導器が、前記閾値未満で、前記測定接続部Ａの前記誘導器よりも速く放電される場合、前記第二のバイナリ化回路５の出力信号のレベルは、高レベルに変化し、前記第一のバイナリ化回路４の前記出力でのレベルは、低のまま維持される。測定接続部Ａに外部から接続されている誘導器も、前記閾値未満で放電される場合、立ち上がりエッジは、前記第一のバイナリ化回路４の前記出力で発生され、それによって、前記データ入力Ｄでの高レベルは、前記非反転データ出力Ｑに接続される。前記フリップフロップＩＣ２Ａの前記データ出力Ｑでの低レベルは、したがって、測定接続部Ａに外部から接続されている前記誘導器が、測定接続部Ｂに外部から接続されている前記誘導器よりも速く放電されることを示し、一方高レベルは、測定接続部Ｂに外部から接続されている前記誘導器の方が速く放電されることを示している。
【００４７】
前記反転シュミットトリガＩＣ３Ｂにより、測定接続部Ａに外部から接続されている前記誘導器の方が速く放電される場合、高レベルは、前記積分器回路７の前記入力に存在する。低レベルは、測定接続部Ｂに外部から接続されている前記誘導器の方が速く放電される場合に存在する。前記コンデンサＣ１の放電状態では、演算増幅器ＩＣ４Ａの前記非反転入力での電圧に起因して、前記供給電圧Ｕｃｃの半分が、前記積分器回路７の前記出力に存在する。前記積分器回路７の挙動は、ここで、前記反転シュミットトリガＩＣ３Ｂの出力電圧がどのように見えるかに依存する。最も単純なケースでは、正の電圧（通常はＵｃｃ）と０Ｖとの間で変化する電圧が、前記反転シュミットトリガによって出力される。前記演算増幅器ＩＣ４Ａの前記非反転入力でＵｃｃ／２の電圧を印加することにより、及び前記演算増幅器ＩＣ４Ａを反転積分器として接続することにより、前記積分器回路７の前記入力での正の電圧が、前記積分器回路の前記出力での電圧を下げる。反対に、０Ｖのレベルが前記積分器回路７の前記入力に印加された場合、前記積分器回路の前記出力での電圧は上昇する。前記測定接続部Ａでのより速い放電は、したがって、前記積分器の前記出力電圧を低下させ、一方前記測定接続部Ｂでのより速い放電は、前記積分器の前記出力電圧を上昇させる。
【００４８】
図２は、図１に従う前記評価回路の要約としての続いてのブロック図で用いられるブロックの記号を示す。左側には、評価回路１は、第一及び第二の測定接続部Ａ、Ｂ、並びに接地接続部Ｍを有する。クロック入力Ｔ、クロック出力Ｇ、及び供給電圧のための入力Ｕｃｃは、上側に示される。合わせて測定出力１０を形成する極Ｄ１及びＤ２は、右側に示される。接地接続部ＧＮＤは、下側に示される。
【００４９】
前記評価回路のこの要約は、本発明に従うシステムの２つの例示的実施形態を表す図３及び４のブロック図で用いられる。図３に従う例示的実施形態は、第一、第二、及び第三の評価回路１１、１２、１３、さらには第一及び第二のセンサー１４、１５、並びに参照素子１６を備える。前記第一のセンサー１４の電極／センサー素子Ａ１、Ｂ１は、水平線に対して軸対称である。前記第二のセンサー１５のセンサー素子Ａ２、Ｂ２にも同じことが当てはまり、これらは、垂直線に対して軸対称である。これらの２つの対称軸は、互いに対して直角である。また、前記４つのセンサー素子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２が、共通の円形の線上に位置すること、及び一方のセンサーのセンサー素子が、他方のセンサーのセンサー素子と常に交互に配置されていることも分かる。
【００５０】
前記第一の評価回路１１の第一の測定接続部Ａ１は、第一のセンサー１４の第一のセンサー素子Ａ１に接続されている。前記第一の評価回路１１の第二の測定接続部Ｂ１は、前記第一のセンサー１４の第二のセンサー素子Ｂ１に接続されている。前記第三の評価回路１３の第一の測定接続部Ａ２は、第二のセンサー１５の第一のセンサー素子Ａ２に接続されている。前記第三の評価回路１３の第二の測定接続部Ｂ２は、前記第二のセンサー１５の第二のセンサー素子Ｂ２に接続されている。前記第二の評価回路１２の第二の測定接続部Ｂ３は、参照素子１６に接続されている。第一の測定接続部Ａ３は、第一の結合抵抗器ＲＡ１を介して、前記第一の評価回路１１の前記第一の測定接続部Ａ１に、第二の結合抵抗器ＲＢ１を介して、前記第一の評価回路１１の前記第二の測定接続部Ｂ１に、第三の結合抵抗器ＲＡ２を介して、前記第三の評価回路１３の前記第一の測定接続部Ａ２に、及び第四の結合抵抗器ＲＢ２を介して、前記第三評価回路１３の前記第二の測定接続部Ｂ２に接続されている。前記３つの評価回路１１、１２、１３の接地接続部Ｍは、互いに、及び前記参照素子の接地電極に接続されている。前記第二の評価回路１２のクロック回路は、能動的であり、このため、前記第二の評価回路１２のクロック出力Ｇは、３つすべての評価回路１１、１２、１３のクロック入力Ｔに接続されている。この方法により、充放電信号が、すべての測定接続部において同期する。
【００５１】
このシステムの作動中、前記第一のセンサー１４の前記センサー素子Ａ１、Ｂ１の間のインピーダンス差異に依存する測定信号は、前記第一の評価回路の極Ｄ１及びＤ２の間でアクセス可能である。この測定信号は、したがって、測定物体が、中心位置（前記センサー素子が配置されている円の中心点）から垂直方向に動いた距離を示す。前記第二のセンサー１５の前記センサー素子Ａ２、Ｂ２の間のインピーダンス差異に依存する測定信号は、前記第三の評価回路の極Ｄ３及びＤ４の間でアクセス可能である。この測定信号は、したがって、測定物体が、前記中心位置から水平方向に動いた距離を示す。前記参照素子１６に対する４つすべてのセンサー素子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のインピーダンス差異に依存する測定信号は、前記第二の評価回路の極Ｄ５、Ｄ６の間でアクセス可能である。この測定信号は、前記図面の面に対して直角方向の前記測定される物体の距離の尺度である。前記測定される物体は、前記センサーに対して小さくあるべきであり、すなわち、前記測定される物体の断面積は、前記センサーの方向において、前記センサーの直径よりも小さい。前記測定される物体は、例えば、ボール、又は端面が前記センサーに向けられた円柱形状のロッドであってよい。
【００５２】
示された前記システムが、前記第一のセンサー、前記第一及び第二の評価ユニット、並びに前記参照素子だけが存在する場合であっても良好に機能することは容易に認識される。この場合、位置検出能力は、前記図面の平面内の水平又は垂直方向、及び前記図面の平面に対して直角の方向に制限される。
【００５３】
図４に示される本発明に従うシステムの例示的実施形態は、図３の例示的実施形態に類似しており、この場合、前記センサー素子は、円弧ではなく円形面の一部分によって形成されている。それ以外の作動モードはほぼ同一である。
【００５４】
本発明に従う教示事項の他の有利な実施形態に関しては、繰り返しを避けるために、本明細書の全般的な部分、及び添付の請求項も参照される。
【００５５】
最後に、上記で述べた例示的実施形態は、請求される教示事項を単に説明する役割を有するだけであり、前記請求される教示事項を前記例示的実施形態に限定するものではないことは明示的に指摘される。
【符号の説明】
【００５６】
１   評価回路
２   充放電回路
３   クロック回路
４   第一のバイナリ化回路
５   第二のバイナリ化回路
６   コンパレータ回路
７   積分器回路
８   電圧分割器
９   反転回路
１０ 測定出力
１１ 第一の評価回路
１２ 第二の評価回路
１３ 第三の評価回路
１４ 第一のセンサー
１５ 第二のセンサー
１６ 参照素子
【図１】
0006915950.tif 000002
【図２】
0006915950.tif 000003
【図３】
0006915950.tif 000004
【図４】
0006915950.tif 000005