本發(fā)明關(guān)于過(guò)程測(cè)量技術(shù)和分析領(lǐng)域，尤其關(guān)于用于測(cè)量周期信號(hào)的光學(xué)測(cè)量設(shè)備。

背景技術(shù)：
在過(guò)程測(cè)量技術(shù)和分析傳感器中，越來(lái)越頻繁用到光學(xué)測(cè)量方法。在這些方法中，當(dāng)光學(xué)信號(hào)碰到測(cè)量對(duì)象時(shí)其幅度和/或相位發(fā)生改變，且該改變的信號(hào)被光學(xué)傳感器檢測(cè)到。這種類型的光學(xué)測(cè)量方法的應(yīng)用示例是測(cè)量液體或物質(zhì)的氧含量或氧飽和度，其中例如，燃料被之前確定的波長(zhǎng)、幅度和相位的光信號(hào)照射，且分析從該燃料反射的冷光。當(dāng)燃料中氧濃度改變時(shí)，該冷光的淡出時(shí)間改變以及由此接收到的光信號(hào)的幅度和相位也會(huì)改變。經(jīng)過(guò)合適的校準(zhǔn)，接收到的光信號(hào)的幅度和相位由此是氧濃度的度量。這種類型的測(cè)量設(shè)備在許多領(lǐng)域中必須有用，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且針對(duì)外部和內(nèi)部影響和副作用盡可能地抗干擾。例如，它們被用在有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的領(lǐng)域且由此必須消耗盡可能最少能量，由此由相對(duì)不復(fù)雜或簡(jiǎn)單的組件組裝成。此外，通過(guò)使用可靠、規(guī)模制造的低成本商業(yè)化組件，還必須考慮經(jīng)濟(jì)約束。出于這個(gè)目的，不同組件的功能被頻繁捆綁成微控制器；也就是說(shuō)，除了數(shù)據(jù)處理微處理器之外，其他數(shù)字或模擬組件、周邊功能或接口也被集成到微芯片。當(dāng)其他模擬或數(shù)字組件例如電壓源電路或驅(qū)動(dòng)電路被用在光學(xué)測(cè)量設(shè)備的微控制器的外部時(shí)，對(duì)某些組件的直接干擾可能發(fā)生；或者由于源自電源線的寄生效應(yīng)，可能導(dǎo)致間接干擾。因此測(cè)量信號(hào)被篡改了或它們的估計(jì)受到不利影響，由此整個(gè)測(cè)量設(shè)備的功能被損害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)測(cè)量設(shè)備，其中大程度避免對(duì)電子組件的直接或間接干擾，這能夠以低成本容易實(shí)現(xiàn)，且可以實(shí)現(xiàn)可靠測(cè)量。該目的通過(guò)權(quán)利要求1的主題實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求描述了有利的形式和實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明，用于測(cè)量周期信號(hào)的設(shè)備包括光源，用于根據(jù)由驅(qū)動(dòng)設(shè)備基于第一時(shí)鐘脈沖生成的電輸入信號(hào)生成指向被測(cè)對(duì)象的光輸入信號(hào)；光接收器，用于檢測(cè)從被測(cè)對(duì)象接收的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成電測(cè)量信號(hào)，該從被測(cè)對(duì)象接收的信號(hào)對(duì)應(yīng)于相位和幅度交變的光輸入信號(hào)；中央控制和測(cè)量設(shè)備，其被設(shè)計(jì)用于生成用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的第一時(shí)鐘脈沖和接收并處理該電測(cè)量信號(hào)；以及電壓源裝置，用于給驅(qū)動(dòng)設(shè)備供電，其中該中央控制和測(cè)量設(shè)備被設(shè)計(jì)用于生成用于該電壓源裝置的第二時(shí)鐘脈沖以及基于第一和/或第二時(shí)鐘脈沖過(guò)濾該電測(cè)量信號(hào)；其中第二時(shí)鐘脈沖的頻率是第一時(shí)鐘脈沖頻率的偶數(shù)倍。第二時(shí)鐘脈沖精確的是第一時(shí)鐘脈沖以及由此是電測(cè)量信號(hào)的偶數(shù)倍這一同步性的結(jié)果是，經(jīng)由電源線直接對(duì)光源的干擾或由于寄生效應(yīng)(例如控制和測(cè)量單元與電壓源裝置或驅(qū)動(dòng)設(shè)備之間的電源線之間的電容)導(dǎo)致的干擾被有效消除。尤其有利的是將光源配置為L(zhǎng)ED或激光。這種光源是大規(guī)模制造且低成本可得。還有利的是將電壓源裝置配置為電荷泵。電荷泵通過(guò)電容以及通過(guò)周期性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的方式傳輸電荷，由此可能的是生成不同水平的電輸出電壓。在簡(jiǎn)單的示例中，電荷泵被饋送直流電壓并生成兩倍大小且具有相同極性的直流電壓作為輸出。對(duì)于周期性轉(zhuǎn)換，振蕩器用于這種電荷泵，或周期性開(kāi)關(guān)脈沖必須從外部提供。在本發(fā)明的情況中，周期性開(kāi)關(guān)信號(hào)能夠由控制和測(cè)量單元提供，且工作在例如2V的簡(jiǎn)單DC電壓源裝置能夠用作DC電源。當(dāng)電荷泵由第二時(shí)鐘脈沖操作時(shí)，到驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功率線導(dǎo)致干擾，這對(duì)用于光源的電測(cè)量信號(hào)造成負(fù)面影響。根據(jù)本發(fā)明相對(duì)于第一時(shí)鐘脈沖頻率適當(dāng)選擇的第二時(shí)鐘脈沖頻率的結(jié)果是，這種干擾被濾除。尤其優(yōu)選的是中央控制和測(cè)量設(shè)備包括鎖定放大器。鎖定放大器也稱為相敏整流器或載波-頻率放大器，其能夠測(cè)量已知頻率和相位的參考信號(hào)調(diào)制的弱交變電信號(hào)。由此鎖定放大器代表極其窄帶帶通濾波器且由此改進(jìn)信噪比(SNR)。在本發(fā)明中，尤其有利的是中央控制和測(cè)量設(shè)備被配置為微控制器且該微控制器包括適合集成的模擬或數(shù)字鎖定放大器。還有利的是控制和測(cè)量單元包括脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器。該P(yáng)WM發(fā)生器也可以是微控制器的集成組件。特別地，可能以這種方式用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的第一時(shí)鐘脈沖由PWM發(fā)生器形成為方波信號(hào)。為此，在微控制器自身的微處理器中不需要執(zhí)行任何的計(jì)算來(lái)生成期望的信號(hào)。由此PWM發(fā)生器的使用對(duì)于資源和能量?jī)烧邅?lái)說(shuō)都是節(jié)省的。中央控制和測(cè)量設(shè)備還能夠有利地包括CMOS開(kāi)關(guān)或CMOS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以控制第一和/第二時(shí)鐘脈沖。模擬或數(shù)字前置放大器優(yōu)選地連接在光學(xué)接收器與中央控制和測(cè)量設(shè)備之間。由于電測(cè)量信號(hào)的幅度小，使用前置放大器會(huì)很有用。由于合適選擇了第一和第二時(shí)鐘脈沖的頻率，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還考慮了由于前置放大器高敏感性導(dǎo)致產(chǎn)生干擾信號(hào)的可能性。附圖說(shuō)明下面參考附圖基于優(yōu)選實(shí)施方式描述本發(fā)明：圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式的示意電路圖；以及圖2a-2e示出了各種實(shí)施方式的示意性測(cè)量信號(hào)曲線和第一和第二時(shí)鐘脈沖的頻率。具體實(shí)施方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明用于測(cè)量周期性信號(hào)的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式的示意電路圖。該設(shè)備1包括光源3，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備5基于第一時(shí)鐘脈沖7生成的電輸入信號(hào)8而生成指向被測(cè)對(duì)象(未示出)的光輸入信號(hào)。第一時(shí)鐘脈沖7由中央控制和測(cè)量設(shè)備10生成，這在下面更詳細(xì)描述。光接收器9獲取從被測(cè)對(duì)象接收的信號(hào)，其中所述接收的信號(hào)對(duì)應(yīng)于其相位和幅度交變的光輸入信號(hào)，并將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電測(cè)量信號(hào)12。電測(cè)量信號(hào)12在前置放大器11中被放大并作為放大的電測(cè)量信號(hào)13被發(fā)送到中央控制和測(cè)量設(shè)備10。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，中央控制和測(cè)量設(shè)備10被配置為微控制器且具有生成第一時(shí)鐘脈沖7的功能以及還具有接收和處理和/或評(píng)估放大的電測(cè)量信號(hào)13的功能。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1還包括用于給驅(qū)動(dòng)設(shè)備5供電的電壓源裝置。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，電壓源裝置被配置為電荷泵且包括DC電源14；兩個(gè)串聯(lián)二極管15、18；泵電容16；以及輸出電容17。泵電容16從中央控制和測(cè)量設(shè)備10被提供第二時(shí)鐘脈沖19。例如目前在DC電源14處是2伏特的DC電壓。這里應(yīng)當(dāng)指出本發(fā)明還關(guān)于其他電源工作在不同時(shí)鐘脈沖或信號(hào)(例如具有電壓倍數(shù)的級(jí)聯(lián)電荷泵)的實(shí)施方式。下面簡(jiǎn)要解釋優(yōu)選示意性實(shí)施方式的電荷泵的功能。在第一狀態(tài)，第二時(shí)鐘脈沖19出現(xiàn)在泵電容16處并經(jīng)由二極管15將泵電容16充電到DC電源14的輸入電壓，例如是2V。然后中央控制和測(cè)量設(shè)備10關(guān)閉第二時(shí)鐘脈沖19。由此輸入電壓和泵電容16的電壓串聯(lián)，其結(jié)果是二極管15被反向偏置，即被阻斷，而二極管18導(dǎo)通。由此輸出電容17被充電至大約兩倍于DC電源14的輸入電壓。該電壓現(xiàn)在被施加到驅(qū)動(dòng)設(shè)備5。之后，對(duì)應(yīng)于第二時(shí)鐘脈沖19的周期性該循環(huán)重復(fù)。由此在第二時(shí)鐘脈沖19的時(shí)序在驅(qū)動(dòng)設(shè)備5處施加了兩倍的DC電源14的電壓。使用第一時(shí)鐘脈沖7的時(shí)序，驅(qū)動(dòng)設(shè)備5通過(guò)電輸入信號(hào)8驅(qū)動(dòng)光源3。由此光源3使用基于電輸入信號(hào)8的時(shí)序生成指向被測(cè)對(duì)象(未示出)的光...