专利名称：用于在振荡电路中控制相位的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在振荡电路中将机电变换器单元的发送信号和接收信号之间的相移控制到预定值的方法。例如，该机电变换器是压电驱动，其激励可振荡单元以执行机械振荡。例如，可以在振动料位测量装置或流量测量装置中找到这种振荡系统。
背景技术：
在大多数情形下，借助于模拟振荡电路来产生对由可振荡单元和机电变换器单元组成的振动振汤系统的激励。振汤电路激发具有如下频率的振汤，在该频率处，在机电变换器单元的发送信号和接收信号之间的相移，满足了振荡电路条件，即连同在振荡电路中出现的剩余相位一起，结果产生360°的自然倍数。这种振荡电路的模拟电子部件专门与特定振荡系统匹配，例如，与具有某种几何形状的振荡叉匹配，因此使得在不替换与其相应匹配的振荡电路的情形下，一个振荡系统并不容易被另一个替换。同样地已知方法，在该情形下借助所谓的PPL(锁相环)来激励振荡系统，以在某种相位关系下执行振荡。这种控制环可以被实施有模拟部分，或者部分或全部地数字化地实施。数字PPL具有可适应其他振荡系统的优势。然而，其劣势在于为了借助数字PPL激励，由于必须驱动硬件资源，因而需要增加的电流消耗。

发明内容
本发明的目标是提供一种最初提到类型的方法，其普遍可适用于不同的振荡系统，并且能够以很少的电流消耗来实现。本发明的另一个目标是提供一种配备了用于执行该方法的设备的振荡系统。关于方法的目标是由以下特征实现的，包括在基于该发送信号预定的离散时间点处对该接收信号进行采样；将采样的电压值与当存在预定相移时该接收信号在该相应的时间点处呈现的期望值相比较；以及，在电压值与其期望值有偏差的情形下，基于该偏差的符号，降低或增加该发送信号的频率。该发送信号也可以被称为激励器信号、或者驱动信号。为了保持所调谐的预定相移，以分别地校正可能产生的偏差，监控并在特定情形下校正该接收信号的当前相移。除了预定相移和振荡频率之间的关联之外，本发明还利用了在该接收信号的当前电压值和相移之间也存在关联的这一事实。如果发送和接收信号之间的相移等于该预定相移，那么，基于对该发送信号的时序，关于该接收信号在哪个时间点处具有零跨越点和极值的信息是可用的。如果当前的相移偏离了该预定相移，那么该接收信号在这些时间点上具有未与期望值对应的值，即，它们不是零，或者不是最大值或最小值。由于这个原因，本文将这些时间点称作接收信号中的潜在的零跨越点或者潜在的最大值或最小值的时间点。例如，如果该相移小于该预定相移，那么该接收信号在应当是第一零跨越点的时间点上具有正电压值，并且在应当是第二零跨越点的时间点上具有负电压值。根据该接收信号的测量电压值和期望值的比较，可以从而确定是否必须降低或者增加激励频率，以实现该预定相移。完全数字化地进行对相移的控制、相应地对频率的控制。在测量装置中的应用的情形下，这使电子器件单元的节省空间的实施例成为可能。进而，数字振荡电路对于将被激励的振荡系统是单独可适应的，并且因此，该数字振荡系统是普遍地可应用的。在本发明的解决方案的第一实施例中，激励机电变换器单元以在控制的开始以如下频率执行振荡，在该频率处，发送信号相对于接收信号至少近似地具有预定相移。为了能够可靠地控制相移，在开始点处的相移必须近似地等于预定相移。为了这个目的，借助频率扫描优选地定位和设置该近似频率。在尚未公开的德国专利申请No. 102009026685. 2中描述了频率扫描的执行。对其中描述的方法的有利的进一步改进在尚未公开的德国专利申请No. 102009028022. 7 中描述。在本发明的方法的进一步改进中，定量地记录现有的相移与预定相移的偏差，以及对应于该定量的偏差增加或降低频率。如果接收信号的振幅是已知的，那么，例如经由在预定相移的接收信号将呈现极值的时间点处的电压值，可以确定该相移多么强地偏离预定相移，相应地可以确定该相移的值。由此，可以大约确定为了获得该预定相移，必须多么强地校正该频率。在本发明的实施例中，在振荡周期内采样至少一个电压值。优选地，采样一个或两个电压值。如果接收信号的振幅恒定并且已知，那么对每个振荡周期一个采样点足够来确定在特定情形下应当多快地执行校正。如果该接收信号的振幅改变，那么在这种情形下，每个振荡周期至少两个采样点是必需的，优选地是该接收信号的一个潜在的零跨越点和一个潜在的最大值。在该方法的有利实施例的情形下，在当存在该预定相移时该接收信号过零的时间点处对该接收信号进行采样。可以对于每个周期一个零跨越点或者每个周期两个零跨越点的时刻来采样。在对控制的速度要求较少的应用中，一种选择是也不在每个周期中扫描这些点。本发明的另一实施例提供了在当存在预定相移时该接收信号处于极值的时间点处对接收信号进行采样。换言之，如果在发送信号和接收信号之间的当前相移将可能对应于该预定相移，则该采样点对应于该接收信号的最大值或最小值。在该方法的实施例中，将在当存在该预定相移时该接收信号为极值的时间点处采样的电压值与在当存在该预定相移时接收信号具有零跨越点的时间点处采样的电压值相比较，并且，根据该比较结果确定频率，利用该频率执行重新调整。在变化所接收的振幅的情形下，由于接着可以关于当前振幅来设置在对于零跨越点的时刻处测量的与零的偏差，在对于零跨越点的时刻处以及在对于极值的时刻处都采样是有利的。这样，必须多么强地重新调整该频率是可确定的。在该接收信号的振幅恒定的情形下，关于在对于零跨越点的时刻处的电压值的了解足以确定必须多么强地重新调整。此外，本发明涉及一种确定和/或监测至少一个过程变量的设备。该设备包括可振荡单元；驱动/接收单元，其激励该可振荡单元以执行机械振荡，并且从该可振荡单元接收振荡并将该振荡转换为电接收信号；以及控制/评估单元，其根据该接收信号产生用于该驱动/接收单元的发送信号，其中以在该发送信号和该接收信号之间实质地存在预定相移的方式设置该发送信号的频率。该设备的特点在于以下特征，包括如下方式实施该控制/评估单元被其将该发送信号和该接收信号之间的相移控制到预定值，其中该控制/评估单元在基于该发送信号预定的离散时间点处对该接收信号进行采样，在每种情形下，将采样电压值与当存在预定相移时该接收信号在相应的时间点处呈现的期望值比较，并且在偏差的情形下，基于该偏差的符号，降低或增加发送信号的频率。数字化地实现相位的控制，使得该控制/评估单元适用于不同的可振荡单元和应用，而不需要硬件的更改。


下面将基于附图更详细地解释本发明，附图如下示出图1a-C :典型 的发送信号，相对于该发送信号相移的两个接收信号，和采样时间占.图2 :本发明的方法的流程图。
具体实施例方式图1a表示了矩形电压形式的发送信号SA。图1b和Ic示出了正弦接收信号SE。图1b所示的接收信号相对于该发送信号具有90°的相移P1。图1c示出了具有不同于P I的相移P 2的接收信号。所图示的时间点Ti是基于该发送信号的那些时间点，在该时间点处采样该接收信号，即是在该处预期为零、最大值或最小值的时间点。它们以下述方式依赖于预定相移P并且源于被选择为开始值的发送信号的零位置Ttl和该发送信号的周期P 7； =7；+^^^·尸其中 i e N且 I 彡 i 彡 4
360对于该图示的情形，假设预定相移P为90°。由于在这些时间点预期为零，至少在时间点T1和/或T3采样该接收信号。图1b所示的接收信号确实在T1和T3处为零，即其相移应于预定相移P =90°并且正确地设置该发送频率。然而，图1c所图示的接收信号的电压值在时间点T1处是正的，并且在时间点T3处是负的。换言之，在T1处定位该接收信号，使得其增加并接近最大值，即在较早的时间点已经跨过了零。据此得出，这个接收信号的相移P2小于90°。相移对于低频率位于0°，并且对于高频率增加到180°，其中在固有频率的情形下，出现90°的所需相移。为了达到所需相移P =90°，所以必须增加该发送信号的频率。图2示出了本发明的方法的优选实施例的流程图。在步骤1，借助频率扫描激励该振荡系统以执行振荡。以这种方式，为该发送信号设置频率，其对应于预定相移P，例如，在发送信号和接收信号之间的90°相移的情形下为固有频率。根据该振荡系统的各个应用，例如，在于粘性介质中振荡的情形下根据粘度，另一相移P的规范可能是必要的。在步骤2中，在基于该发送信号的某个预定时间点处对该接收信号进行采样。在这个实施例中，该接收信号的振幅相较于该发送信号的振幅没有显示减弱。在该情形下，在如下时间点对接收信号进行采样，在该时间点处，在存在预定相移的情形下，接收信号将具有零跨越点。在一个周期之内也仅可以采样一个零跨越点。在替代的实施例中，特别是在变化该接收信号的振幅的情形下，补充地对潜在的最大值和/或最小值进行采样。在步骤3中，将所测量的电压值与相应所需的值以及所确定的偏差的符号和高度相比较。此处通过使用已知的振幅，该偏差的高度是可确定的。在变化振幅的情形下，在潜在最大值和/或最小值处的至少一个额外的采样点起这个作用。由此，确定了现有的相移
P !O在步骤4中，确定该现有的相移P 是否与预定相移P相一致。相应地，根据这个比较的结果，在下个步骤中，在当前的现有相移P 3扁离于预定相移P的情形下，调整该发送信号的频率，即降低或者增加。在现有的相移P !小于预定相移P的值的情形下，在步骤5a，执行对发送频率的增加。在现有的相移P1大于预定相移P的值的情形下，在步骤5b，执行对发送频率的降低。由于现有的相移P工是已知的，可以用将该频率直接调整相应所需的量，以获得预定相移P。否则，即在仅已知所需频率校正的方向的情形下，可以将该频率调整固定量。在这种 情形下，在相应地多个周期后达到预定相移P。优选地，连续地从步骤2重复该方法而不中断，以便连续地控制该相位。附图标记列表SA发送信号SE接收信号P预定相移P 1； P 2现有相移
权利要求
1.一种用于在振荡电路中将机电变换器单元的发送信号和接收信号之间的相移控制到预定值的方法，其特征在于在基于所述发送信号预定的离散时间点处采样所述接收信号；将采样电压值与当存在预定相移(P)时所述接收信号在相应的时间点处呈现的期望值相比较；以及，在电压值与其期望值有偏差的情形下，至少基于所述偏差的符号，降低或增加所述发送信号的频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于激励所述机电变换器单元以在控制的开始以所述发送信号相对于所述接收信号至少近似地具有所述预定相移(P)的频率执行振荡。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于定量地记录现有的相移(P1)与所述预定相移(P)的偏差，以及对应于定量的偏差增加或降低所述频率。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于在一个振荡周期内米样至少一个电压值。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于在当存在所述预定相移(P)时所述接收信号过零时间点处对所述接收信号进行采样。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于在当存在所述预定相移(P)时所述接收信号处于极值的时间点处采样所述接收信号。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于将在当存在所述预定相移(P)时所述接收信号为极值的时间点处采样的电压值与在当存在所述预定相移(P)时所述接收信号具有零跨越点的时间点处采样的电压值相比较，并且，根据该比较结果确定频率，利用该频率执行重新调整。
8.一种确定和/或监测至少一个过程变量的设备，其中所述设备包括可振荡单元；驱动/接收单元，所述驱动/接收单元激励所述可振荡单元以执行机械振荡，并且从所述可振荡单元接收振荡并将所述振荡转换为电接收信号；以及控制/评估单元，所述控制/评估单元根据所述接收信号产生用于所述驱动/接收单元的发送信号，其中以在所述发送信号和所述接收信号之间实质地存在预定相移(P)的方式设置所述发送信号的频率。其特征在于以如下方式实施所述控制/评估单元所述控制/评估单元将所述发送信号和所述接收信号之间的相移控制到预定值，其中所述控制/评估单元，在基于所述发送信号预定的离散时间点处对所述接收信号进行采样，在 每种情形下，将采样电压值与当存在所述预定相移(P)时所述接收信号在所述相应的时间点处呈现的期望值相比较，并且在有偏差的情形下，至少基于所述偏差的符号降低或增加所述发送信号的频率。
全文摘要
本发明涉及一种用于在振荡电路中将在机电变换器单元的发送信号和接收信号之间的相移控制到预定值的方法。本发明特征在于，包括在基于该发送信号预定的离散时间点处采样该接收信号；将采样电压值与当存在预定相移时所述接收信号在相应的时间点处呈现的期望值比较；以及，在电压值与其期望值有偏差的情形下，基于该偏差的符号，降低或增加该发送信号的频率。
文档编号G01F23/296GK103026628SQ201180033587
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月20日 优先权日2010年7月6日
发明者马丁·乌尔班, 托比亚斯·布伦加藤纳 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司