CN104380356B - 传感器和传感器接口系统 - Google Patents

Abstract

一种设备，包括外壳；第一连接器，耦合到外壳且具有第一多个接点；第二连接器，耦合到外壳且具有第二多个接点；以及电路，电连接到第一接点中的至少一个和第二接点中的至少一个。该电路被密封在外壳内。该电路被配置成响应于在第一接点中的所述至少一个处所感测的电阻而生成输出信号。

Description

传感器和传感器接口系统

背景技术

实施例涉及传感器系统且特别是涉及用于传感器系统的接口。

某些传感器可以使用电阻率来指示所感测信息。例如，热敏电阻器可以通过其电阻来指示所感测温度。可以使用电路来测量电阻。车辆可以包括多个这样的传感器，诸如用于进气、排气、冷却剂等的温度传感器。

附图说明

本文中的描述对附图进行参考，其中，相同的附图标记遍及多个视图指代相同的部分，并且在所述附图中：

图1是图示出根据实施例的传感器接口模块的框图。

图2是图示出根据另一实施例的传感器接口模块的框图。

图3是图示出根据实施例的传感器接口模块的缓冲器的框图。

图4是图示出根据实施例的传感器的框图。

图5是图示出根据实施例的引擎控制系统的框图。

图6是图示出没有传感器接口的情况下的所感测信号中的变率的曲线图。

图7是图示出根据实施例的具有传感器接口的情况下的所感测信号中的变率的曲线图。

图8是没有传感器接口的情况下的所感测信号中的另一变率的曲线图。

图9是图示出根据实施例的具有传感器接口的情况下的所感测信号中的另一变率的曲线图。

图10是图示出根据实施例的包括后处理系统的引擎系统的框图。

具体实施方式

将参考附图来描述实施例。虽然将描述特别的实施例，但以下权利要求的范围不限于这些实施例。相反地，可以进行变更、修改、组合等。

图1是图示出根据实施例的传感器接口模块的框图。在实施例中，传感器接口模块10包括外壳12。可以将外壳12配置成基本上密封电路14。第一连接器16和第二连接器18耦合到外壳12。在实施例中，可以由导线或其它导体将连接器16和18耦合到外壳12。在另一实施例中，连接器可以包括与外壳12整体地形成的连接器外壳。在另一实施例中，连接器16和18可以包括被机械附接至外壳12的连接器外壳。可以使用这样的技术或类似技术的任何组合将连接器16和18耦合到外壳12。

连接器16和18均可以包括多个接点。连接器16和18可以具有相同或不同数目的接点。该电路被电连接到第一连接器16的接点中的至少一个接点和第二连接器18的接点中的至少一个接点。连接20和22表示连接器16和18的接点与电路14之间的接触。

在实施例中，可以将电路14配置成响应于所感测电阻而生成输出信号。可以将电路14耦合到第一连接器18的一个或多个接点。通过第一连接器，可以将电路14耦合到传感器，并且特别是基于电阻的传感器。例如，第一连接器18可以包括耦合到传感器的两个接点。可以将在两个接点之间所感测的电阻解释为来自传感器的信号。可以将电路14配置成基于所感测电阻而生成输出信号。虽然已描述了两个接点，但可以使用任何数目的接点来感测电阻。例如，可以在具有电路14和传感器所共用的节点的情况下使用单个接点。在另一示例中，传感器可以包括具有多个关联接点的桥接电路。可以将电路14耦合到第一连接器18的接点以供应偏压、感测输出电压等。

图2是图示出根据另一实施例的传感器接口模块的框图。在实施例中，多个连接可以终止和/或穿过外壳12。例如，如下面将进一步详细地描述的，可以将第二连接器38耦合到控制模块。通过连接器38，可以供应电源连接34。另外，可以供应诸如地线46之类的公共节点。

此外，可以实现连接器36和38之间的一个或多个连接。例如，颗粒物质传感器可以包括配置成使传感器再生的加热器。连接40和44可以是用于这样的加热器连接的直通连接。然而，在另一实施例中，可以在直通连接、传感器、电路、电源、这样的连接的组合等中间共享公共节点。

在实施例中，到传感器的连接包括连接20和42。例如，可以将连接20用于传感器信号。连接42可以是耦合到连接器38的公共节点46的公共节点。在另一实施例中，连接42可以是例如差分对的另一传感器节点。模块30可以包括任何这样的连接、公共节点、直通连接等。

在实施例中，连接40可以是直接连接。例如，可以将导线直接地连接到连接器36和38的接点。然而，可以以其它方式来形成连接40。例如，连接40可以包括电路32的一部分。可以将连接器36和38焊接到电路32的电路板上的迹线。

在实施例中，第一连接器36的许多接点可以不同于许多接点。如上所述，第一连接器36和第二连接器38中的每一个连接器可以包括多个接点。然而，在第一连接器36中可不使用第二连接器38的所有接点。例如，第一连接器36可以具有四个接点，两个用于传感器输入和返回，20和42，并且两个用于传感器的加热器，40和44。第二连接器38可以具有用于传感器的加热器的两个接点40和44、输出信号22以及电源连接34和46。

在实施例中，连接器36和38可以是相反性的连接器。如下面将描述的，可以在车辆控制系统中使用模块30。通过使用具有相反性的相同的连接器，可以与现有传感器连接一致地放置模块30。可以通过连接器38、第三连接器48等向电路32传输功率、其它信号、其它控制等。相应地，可以用模块30对具有已退化或具有退化的潜在可能的传感器连接的现有控制系统进行改装，使得传感系统更容忍变化并延长使用寿命。

图3是图示出根据实施例的传感器接口模块的电路的框图。在本实施例中，可以将第一连接器62配置成耦合到传感器。例如，第一连接器62可以是配置成与传感器的对应连接器紧密配合的连接器。电路60可以包括与目标传感器相关联的传感器偏置电路64。例如，传感器偏置电路64可以包括用来创建具有电阻传感器的电阻分压器的上拉电阻器。在另一示例中，传感器偏置电路64可以包括桥接电路。可以使用如适合于目标传感器的任何偏置或接口电路。

电路60可以包括输入调节66。例如，输入调节66可以包括过电压保护、反向电压保护、短路保护等。另外，输入调节66可以包括输入偏移缓解电路。

电路60可以包括放大器68。可以将放大器68配置成按比例缩放、电平移位、限制、执行这样的功能的组合等。在实施例中，放大器68可以包括相对低的阻抗输出。因此，对于基于电阻率的传感器，可能添加寄生电阻的连接器、布线等中的变率将可能高于放大器68的输出阻抗。这样的寄生效应将对输出传感器信号具有降低的影响。

在实施例中，电路60可以包括滤波器70。例如，滤波器70可以是低通滤波器；然而，在其它实施例中，根据所感测信号和/或信号的期望特性，滤波器70可以是高通、带通、全通、陷波滤波器等。

虽然图示为具有个别连接的分立块，但可以将电路60的各种电路的功能进行组合、分布等。例如，可以将传感器偏置64、输入调节66、放大器68以及滤波器70一起组合成集合放大器电路。

图4是图示出根据实施例的传感器的框图。在本实施例中，在传感器元件94与通道98流体连通的情况下设置传感器90。例如，通道98可以是车辆的排气系统的一部分。传感器元件94可以包括基于电阻率的颗粒物质传感器。可以将传感器元件94至少部分地设置在外壳92中。

可以将电路100设置在第二外壳102中。特别是，可以将电路100基本上密封在第二外壳102中。可以将连接器104耦合到第二外壳102。可以将连接器104耦合到第二外壳102，类似于上述连接器/外壳耦合。例如，第二外壳102可以是单独外壳或连接器104的外壳的一部分。导体96耦合到外壳92和102。电路102通过导体96电连接到传感器元件94。

可以以多种方式将导体96耦合到外壳92和/或102。例如，可以通过诸如树脂、夹持件、套管、皮带等应变释放将导体96耦合到外壳92和/或102。在实施例中，在传感器元件94与电路100之间不存在连接器。

可以将电路100配置成响应于通过导体96接收到的信号基于传感器元件94而生成输出信号。例如，如上所述，传感器元件94可以是电阻性传感器元件。可以将电路100配置成感测传感器元件94的电阻并相应地生成输出信号。

虽然已描述了一个导体96，但可以如期望的使用任何数目的导体。与传感器元件94、关联部件等相关联的任何输入端或输出端可以包括关联导体。例如，如上所述，可以使两个导体与用于传感器94的加热器相关联，并且可以使两个导体与传感器元件94本身相关联。在另一示例中，可以在没有中间连接器的情况下将通过上述第一连接器16、36等的任何连接从第一外壳92路由至第二外壳102。

在实施例中，可以使用传感器90来对现有已安装传感器进行改装。例如，可以将连接器104配置成具有与要替换的传感器基本上相同的配置。如果期望附加连接（诸如用于功率和或其它信号的连接器），则可以使用类似于上述连接器48的连接器。

虽然已使用颗粒物质传感器作为示例，但可以将其它类型的传感器与电路100一起使用。可以将具有相对高电阻率的任何传感器与电路100一起使用。例如，传感器可以包括压力传感器，其被配置成由于具有相对大的静态量值的材料中的小电阻改变而引起的压力。在另一示例中，传感器可以包括用于操作中的预期温度的具有相对高电阻的热敏电阻器。

图5是图示出根据实施例的引擎控制系统的框图。在本实施例中，控制系统120包括具有电缆126和连接器128的传感器124。传感器被设置成与通道122流体连通。如上所述，通道122可以是引擎150的排气系统，并且传感器124可以是颗粒物质传感器。

传感器接口模块130可以包括连接器132和134。可以通过连接器128和132将模块130耦合到传感器124。在特定实施例中，可以将连接器128和132直接连接。因此，在传感器元件125与模块130的电路之间仅设置了单个连接器对。

模块130通过布线线束140耦合到控制模块148。线束140可以包括多个连接器。用以阴影线图示出的可选中间连接器144和142的示例来图示连接器136和138。在模块130与控制模块148之间可以存在任何数目的连接器对。控制模块148包括耦合到布线线束140的连接器138的连接器146。

可以将控制模块148耦合到引擎150。例如，控制模块148可以是引擎管理系统的一部分。可以由控制模块148来处理到和来自模块130和/或其它部件的控制信号。控制模块148可以是任何种类的装置。例如，控制模块148可以是被配置成单独地与传感器124交互作用的专用控制器。控制模块148可以具有诸如CAN总线接口之类的通信接口以与其它控制系统通信。在另一示例中，控制模块148可以是车辆的排放控制计算机。在另一示例中，控制模块148可以是用于包括其它非排放相关子系统的整个车辆的控制器。

模块130可以包括电路，诸如如上所述的电路14、32、60等。相应地，布线线束140的中间连接器的效应可以对来自传感器124的信号的质量具有减少的影响。

在实施例中，可以将模块130配置成输出信号，其能够驱动被配置成预期来自传感器124的输入的控制模块148的输入端。例如，控制模块148可以具有用于在未安装模块130的情况下使传感器124偏置的偏置电路。可以将模块130配置成驱动这样的输入端。也就是说，即使控制模块148被配置成被直接地电耦合到传感器124，模块130也能够适应控制模块148的输入端上的任何这样的电路和/或模拟传感器124。

在另一实施例中，控制模块148可以具有用于处理来自传感器124的输入的减少的电路。例如，模块130可以包括较低输出阻抗电路。相应地，可以放松用于与控制模块148相关联的输入偏移电流和电压的要求。也就是说，控制模块148可以被设计有输入偏移电流和电压的更大的变率和/或量值。例如，成本约束、材料和/或其它设计和制造决策可以导致具有能够使到高电阻率传感器的连接困难（如果不是不可行的话）的输入特性的控制模块148。模块130能够通过增加这样的输入偏移效应的容限而允许这样的较低成本设计是可操作的。

在实施例中，模块130的输出可以是类似于由传感器124输出的信号的信号。例如，来自传感器124的信号可以是模拟信号。类似地，可以将模块130配置成输出对应模拟信号。也就是说，发射到控制模块148的信号可以是模拟信号。在特别的实施例中，信号未被数字化、分组化或以其它方式进行数字处理；然而，这样的功能、变换等可以在控制模块148或其它类似电路中出现。

如上所述，通道122可以是排气系统的一部分。相应地，可以使传感器124暴露于相对高的热量。某些电路不可在这样的条件下操作。通过由于电缆126而从传感器124偏移地放置模块130，能够改善系统120的可靠性。

图6图示出没有传感器接口的情况下的所感测信号中的变率的曲线图。曲线图170图示出由于部件、操作条件等的变率而引起的用于两个系统的输出信号的变率。轴178表示出现的频率且轴179是输出电平。曲线172表示在具有传感器与控制器（诸如图5的传感器124和控制模块148）之间的理想互连，但没有模块130的情况下的变率。

在特别的示例中，基于电阻率的传感器在未感测到材料时可以具有基本上开路。为了区别清洁传感器和已断开传感器，可以与传感器并联地放置电阻器。因此，即使当传感器是基本上开路时，也能够感测到并联电阻器的电阻。曲线172表示在具有理想互连的情况下的具有在并联电阻器、部件等中的变率的这样的配置。

曲线174表示在考虑传感器和仍从传感器断开连接的控制器之间的互连的效应的情况下的变率。在实施例中，导线线束的连接器能够添加并联电阻。当将足够数目的这样的并联电阻组合时，有效电阻可以接近于有意添加的并联电阻的有效电阻。曲线174表示这样的寄生效应但在传感器断开连接的情况下。

如所示，曲线172在区域176中与曲线174重叠。也就是说，不能通过部件和条件的变率将已连接传感器与未连接传感器区别开。

例如，许多连接器对可以将传感器连接到控制模块。假设连接器可以在端子之间引入100ΜΩ电阻，在四个连接器对的情况下，八个100ΜΩ寄生电阻被并联连接，导致约2.5ΜΩ的并联电阻。即使传感器未被连接，这样的电阻也可以存在。

可以使用10ΜΩ开路检测电阻器。相应地，并联的寄生电阻可能掩蔽意图的并联电阻。也就是说，如图6中所示，并联电阻的变率可以与寄生并联电阻重叠。在本示例中，可以由曲线174的下端来表示正常操作中的最小并联寄生电阻。虽然开路检测电阻器可以具有10ΜΩ的额定值，但电阻可以通过特别的操作条件和部件变率变化到大于12.5ΜΩ。为了增加并联寄生电阻的下限，可以减少连接的数目；然而，这可能对用于传感器的连接放置上限。

图7是图示出根据实施例的具有传感器接口的情况下的所感测信号中的变率的曲线图。类似于图6，曲线图180图示出变率，其中轴188表示出现且轴189表示输出电平。在本示例中，使用诸如上述模块130之类的模块。曲线182用并联电阻率来表示传感器。曲线184表示断开连接传感器。

特别地，引入间隙186。可以建立阈值以决定所感测值是指示已连接传感器还是指示断开连接传感器。由于在传感器与模块之间设置较少的寄生部件，所以减少了由寄生部件对模块输出的影响。此外，模块的较低阻抗输出可以减少随后的寄生部件的效果。

在实施例中，模块130可以帮助诊断传感器系统中的问题。例如，可能需要兆欧表以测量传感器电阻，如果其是直接的。另外，可能需要检查传感器布线以确定特别的电阻测量是否是由于退化的布线而引起的。在具有模块130或类似模块的情况下，可以在模块130的输出端进行测量，从而减少对于兆欧表的需要，并且不需要测量传感器布线的寄生电阻，因为模块130的输出能够容忍可要求兆欧表来诊断的寄生电阻。

图8是图示出没有传感器接口的情况下的所感测信号中的另一变率的曲线图。曲线图190再次地表示出现轴198对比输出轴199。曲线192表示没有模块的系统以及考虑最坏情况条件的变率的示例。曲线194表示考虑理想条件的示例。注意的是，在这种情况下，针对两个曲线连接传感器。总宽度196对应于从理想至最坏情况条件的输出中的潜在变率。

图9是图示出根据实施例的具有传感器接口的情况下的所感测信号中的另一变率的曲线图。曲线图200再次地表示出现轴208对比输出电平轴209。曲线202表示最坏情况条件的示例，而曲线204表示理想条件的示例。然而，与图8相反，存在如上所述的模块。相应地，不仅是减少了理想条件内的变率，而且减少了最坏情况与理想条件之间的变率。

图10是图示出根据实施例的包括后处理系统的引擎系统的框图。在本实施例中，引擎系统220包括通过排气通道224耦合到颗粒物质过滤器226的引擎222。可以通过通道228将颗粒物质过滤器226耦合到催化剂系统230。例如，催化剂系统230可以包括柴油机排气流体系统和选择性催化剂还原系统。然而，可以使用其它类型的催化剂系统。

在通道228中设置了传感器248。传感器248通过电缆246和连接器242和244耦合到传感器接口234。传感器248与传感器接口234之间的连接可以如上所述。因此，传感器信号236可以被提供给控制模块238并在引擎240的控制下。相应地，能够改善系统220的可靠性。

虽然传感器248被图示为耦合到通道228，但可以将传感器248耦合到在颗粒物质过滤器226的上游或下游的其它位置。例如，可以将传感器248耦合到在催化剂系统230的下游的通道232或其它下游部件。在另一示例中，可以将传感器248耦合到在颗粒物质过滤器226上游的通道224。此外，在系统中可以在各种位置上存在多个这样的传感器248，每个传感器具有如上所述的对应电路。

虽然已参考附图描述了实施例，但以下权利要求的精神和范围不限于公开实施例，而是相反地，意图覆盖各种修改、组合以及等效布置。在阅读权利要求时，意图在于当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”和“至少一部分”之类的词语时，不意在使权利要求局限于仅一个项目，除非与权利要求中相反地具体说明。此外，当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可包括一部分和/或整个项目，除非相反地具体说明。

Claims (13)

1.一种传感器接口设备，包括：

外壳；

第一连接器，耦合到外壳且具有第一多个接点；

第二连接器，耦合到外壳且具有第二多个接点；以及

电路，电连接到第一多个接点中的至少一个和第二多个接点中的至少一个；

其中：

所述电路被密封在所述外壳内，以及

所述电路被配置成响应于在所述第一多个接点中的两个之间所感测的电阻而生成输出信号。

2.权利要求1所述的设备，其中，所述第一连接器和所述第二连接器直接连接到所述外壳。

3.权利要求1所述的设备，其中，所述第一多个接点中的至少一个直接电连接到所述第二多个接点中的至少一个。

4.权利要求1所述的设备，其中，所述第一多个接点的数目不同于所述第二多个接点的数目。

5.权利要求1所述的设备，其中，所述第一多个接点包括用于传感器输入端的接点和用于传感器返回端的接点，以及用于传感器加热器的两个接点。

6.权利要求5所述的设备，其中，所述第二多个接点包括用于传感器输出端、电源以及公共节点中每一个的接点，以及用于传感器加热器的两个接点。

7.一种传感器，包括：

第一外壳；

传感器元件，被设置在所述第一外壳中；

第二外壳；

导体，耦合到所述第一外壳和所述第二外壳；

连接器，耦合到所述第二外壳；以及

缓冲器，通过所述导体电连接到所述传感器元件；其中：

所述第二外壳将所述缓冲器密封；

所述缓冲器电连接到所述连接器的接点；

所述连接器能够通过导体耦合到外壳并且连接器能够彼此直接连接。

8.权利要求7所述的传感器，其中，所述连接器的至少一部分是所述第二外壳的一部分。

9.权利要求7所述的传感器，其中，所述导体通过应变释放耦合到所述第二外壳。

10.权利要求7所述的传感器，其中，所述缓冲器被配置成响应于所述传感器元件的电阻而生成输出信号。

11.一种传感器接口系统，包括：

模块，具有第一连接器和第二连接器，所述第一连接器具有第一多个接点，所述第二连接器具有第二多个接点，所述模块包括：

外壳；

第一连接器，耦合到所述外壳且具有第一多个接点；

第二连接器，耦合到所述外壳且具有第二多个接点；以及

缓冲器，电连接到所述第一多个接点中的至少一个和所述第二多个接点中的至少一个；

其中， 所述缓冲器被密封在所述外壳内；

传感器，包括具有第三多个接点的第三连接器；

其中，所述第一连接器直接连接到所述第三连接器。

12.权利要求11所述的系统，还包括直接连接在所述传感器与所述第三连接器之间的多个导线。

13.权利要求11所述的系统，还包括：

控制模块，包括第四连接器；

布线线束，耦合在所述第二连接器与所述第四连接器之间；

其中：

所述布线线束包括设置在所述第二连接器与所述第四连接器之间的至少一个连接器对；以及

所述连接器对包括与所述第二多个接点相关联的导体。