Eine Kapazitäts-Messschaltung (10) zum Bestimmen einer Kapazität eines kapazitiven Schutz-Mess-Sensors (12), wobei der Sensor eine elektrisch leitende Messelektrode und eine elektrisch leitende Schutzelektrode aufweist, die proximal angeordnet und voneinander isoliert sind, wobei die Schaltung in einem Modus zum Messen eines Verschiebungsstroms betrieben wird, der durch das Vorliegen eines geerdeten Objekts bewirkt wird, und wobei die Schaltung einen Mikrokontroller (48) umfasst. Der Mikrokontroller (48) ist dafür ausgelegt, eine Kombination von mehreren synchronisierten PWM-Ausgängen zum Erzeugen einer verzerrungsarmen Sinuswelle durch Addieren der PWM-Ausgänge und Filtern der addierten Signale zu verwenden. Die Sinuswelle wird als Schutzspannung für die Schutzelektrode (16) des kapazitiven Sensors (12) verwendet. Der Kapazitätswert eines unbekannten Kondensators (76) wird durch Beaufschlagung der Schutzspannung auf der Messelektrode (14) des kapazitiven Sensors (12) durch eine modifizierte Sigma-Delta-Modulatoreinheit (20) gemessen, wobei der Anschluss des Referenzeingangs (30) des Komparators (26) durch die Schutzspannung angetrieben wird und wobei der unbekannte Kondensator (76) Teil der Integratoreinheit (22) der Sigma-Delta-Modulatoreinheit (20) ist. Die Spannung an dem unbekannten Kondensator (76) wird durch die Rückkopplungsaktion der Sigma-Delta-Modulatorschleife zur Schutzspannung verfolgt. Die digitale Ausgabe der Sigma-Delta-Modulatoreinheit (20) wird zunächst mit einem XOR-Gatter (38) multipliziert, bevor sie in ein Decimator-/Tiefpassfilter (36) geführt wird. Der zweite Eingang des XOR-Gatters (38) wird von einer Rechteckwelle von einem Rechteckwellengenerator (46) mit der gleichen Frequenz wie die Schutzspannung angetrieben, jedoch mit einer Phasenverschiebung von im Wesentlichen 90°. Die Ausgabe des Decimator-Tiefpassfilters (36) zeigt den Kapazitätswert des unbekannten Kondensators (76) an.
A capacitance measurement circuit for determining a capacitance of a guard-sense capacitive sensor includes a microcontroller that uses a combination of several synchronized PWM outputs for generating a low distortion sine wave. The sine wave is used as a guard voltage for the guard electrode of the capacitive sensor. The capacitance value of an unknown capacitor is measured by impinging the guard voltage on the sense electrode of the capacitive sensor by a modified sigma-delta modulator unit. The digital output of the sigma-delta modulator unit is first multiplied by an XOR gate before being routed into a decimator/low pass filter. The second input of the XOR gate is driven by a square wave from a square wave generator with the same frequency as the guard voltage, but with a substantially 90° phase shift. The output of the decimator/low pass filter is indicative of the capacitance value of the unknown capacitor.
Kapazitäts-Messschaltung für kapazitive Messsensoren ohne Schutzelektrode, die in einem Modus zum Messen eines Verschiebungsstroms, der durch das Vorliegen eines geerdeten Objekts bewirkt wird, betrieben wird
2017-07-13
Patent
Electronic Resource
German
IPC: | G01D MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE , Anzeigen oder Aufzeichnen in Verbindung mit Messen allgemein / B60R Fahrzeuge, Fahrzeugausstattung oder Fahrzeugteile, soweit nicht anderweitig vorgesehen , VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR / G01R Messen elektrischer Größen , MEASURING ELECTRIC VARIABLES |
Kapazitive Sensorvorrichtung mit EMI-robuster kapazitiver Messschaltung
European Patent Office | 2018
|European Patent Office | 2017
|Messschaltung zur Ermittlung eines Isolationswiderstandes in elektrischen Fahrzeugen
European Patent Office | 2024
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