CN110199177B - 用于监控位置变化传感器的轨迹信号的方法和装置 - Google Patents

用于监控位置变化传感器的轨迹信号的方法和装置 Download PDF

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Abstract

用于监控位置变化传感器的轨迹信号的方法和装置，其中实现位置变化传感器的轨迹信号的资源优化的故障诊断。

Description

用于监控位置变化传感器的轨迹信号的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于监控位置变化传感器的轨迹信号的方法和装置。
背景技术
由专利文献DE 10 2007 033 009 A1已知位置变化传感器，如角位置传感器。
由专利文献DE3631429A1已知具有故障识别机构的纵向或角度测量系统。
由专利文献DE102011083042A1已知用于监控增量式位置测量机构的位置信号的监控单元和方法。
由专利文献WO2006092026A1已知一种信号处理方法。
由专利文献EP1302753A1已知一种位置传感器监控方法。
由专利文献DE102010051873A1已知一种用于信号监控的集成的电路装置和方法。
发明内容
因此，本发明的任务是，在位置变化传感器中进一步改进用以实现轨迹信号故障的完全发现的资源密集的故障诊断。
按照本发明，该任务在根据本发明的方法和在根据本发明的装置中解决。
按照本发明的位置变化传感器的任务在此在于，检测可动的设备部分的位置或角度变化且将这些信息转变为电气信号，从而控制和/或调节系统可以根据这些信号有目的地驱控另外的间接或直接连接到该设备部分上的执行器，特别是由电机和制动器组成的驱动单元。
位置变化传感器的电气信号典型地通过光学或磁方法产生，其方法是如此设置两个传感器，使得总是如此扫描由交替的亮/暗位置或由变化的磁流密度组成的尺寸，使得其中一个传感器总是测量极值，而另一传感器在相同的时间探测交零。由此产生两个连续的正弦信号，它们是模拟的轨迹信号A和B，它们相位相互错移90°。
如果轨迹信号A相比于轨迹信号B在时间上超前，那么发生沿该一个方向的运动。如果轨迹信号A相比于轨迹信号B在时间上落后，那么发生沿相反方向的运动。因此，可以根据这两个轨迹信号A和B推断出方向信息。如果在位置变化传感器转动的情况下每次旋转的条数(Strichanzahl)或在长度测量装置的情况下在两个条之间的间隔亦即比例/规格(Massstab)是已知的，那么附加地可以计算位置变化、速度和加速度。在已知确定的参考位置——其例如通过系统的参考行驶确定——的情况下，可以相对于该参考位置确定位置变化并由此也可以确定准确的当前位置。
对于简单的位置测量应用，将正弦形轨迹信号A和B通常借助于施密特触发器转换为数字矩形信号。在此，数字化或者直接在位置变化传感器中或者在控制和/或调节系统中发生。如果数字化在位置变化传感器中发生，那么将带有TTL或HTL电平的数字矩形信号发送给控制和/或调节系统。在控制和/或调节系统中数字化的情况下，借助于正弦形轨迹信号A和B实现位置变化传感器的通讯传输。由该数字矩形信号的随时间变化可以——由于数字化造成的一定的不精确性——计算可动地设备部分的位置或角度变化。对于常见的应用，数字轨迹信号足以确定例如转动运动。为了探测非常缓慢的运动，然而该方法太不准确且仅仅通过估计运动变化和相应的内插是可能的。
对于需要较高精度的位置测量应用，总是借助于模拟轨迹信号A和B进行传输给控制和/或调节系统。大多地，在控制和/或调节系统中除了数字化之外也实现借助于具有高分辨率——典型地具有至少10比特——的模拟/数字转换器扫描模拟轨迹信号，用以将量化误差保持很小。在此，数字检测的模拟信号水平用于确定在正弦形轨迹信号的周期内的准确位置。通过模拟和数字轨迹信号分析处理的组合可以如此非常准确地检测路程或角度变化。备选地，轨迹信号分析处理也可以直接集成到位置变化传感器中。在该情况下，将检测的路程或角度变化借助于数字数据协议、典型地通过工业现场总线例如Profibus传输给控制和/或调节系统。
检测的路程变化或角度变化例如用于使机床的加工头，工业机器人和/或移动辅助系统运动。有故障的位置变化传感器在此由于由此产生的故障的调节而大多导致工件和/或机床的破坏。在最差的情况下，甚至机床的操作者可能会受伤或完全死亡。在此出现的故障可以多种多样的产生影响。因此，电气故障如例如测量元件的松弛或在连接线路上的短路导致模拟轨迹信号的干扰。在电机与位置变化传感器之间的机械联接的损耗产生在输出信号中，该输出信号不相应于真实的运动，在最不利的情况下甚至显示静止状态，虽然还发生运动。
在下文中仅仅更准确地考虑故障情况，该故障情况对模拟轨迹信号具有影响，因为该故障情况可以通过在控制和/或调节系统中适合的分析处理电路识别。其它的故障情况必须通过故障排除、例如通过机械超尺寸和形锁合或通过上级措施，大多通过调节方法来控制。对于模拟轨迹信号的分析处理在此应用如下特性，即具有90°相位错移的正弦轨迹信号描述一个圆。该圆的半径R必须总是位于在有效的值范围内且可以由轨迹信号的各两个同时接收的信号电平值UA、UB通过三角毕达哥拉斯：
Figure GDA0003151707740000031
以在时刻t的轨迹信号频率f计算。如果在此确定的半径R位于在允许的容差之外，那么按照本发明的另一分析处理单元通告故障。为了没有故障的信号对于信号周期的大部分位于允许的容差范围之内，一个信号周期至少扫描5次。由此，在位置变化传感器中和在轨迹信号上的每个故障是可探测的。由此避免分析处理的微控制器的大的资源需求并由此避免分析处理电路的高材料成本。
在用于特别是借助于传感器信号诊断装置监控位置变化传感器的轨迹信号的方法中，本发明的重要特征是：周期性地以时间序列、特别是扫描时刻序列扫描位置变化传感器的轨迹信号，分析处理如此确定的扫描值，其中所述序列由各时间段组成，
其中每个时间段各自具有多于四个的时间上有规则地相互间隔的扫描时刻，在此给每个时间段配置相应的时间间隔，特别是其中给时间段中的每个一一对应地配置相应的间隔。
在此优点在于，以尽可能少的扫描以尽可能高的分辨率可分析处理另一频率范围。
在另一有利的设计方案中，配置给一个时间段的时间间隔小于配置给另一在序列内随后设置的时间段的时间间隔，特别是配置给直接紧接着序列在先的时间段的、序列时间段双倍于配置给在先的时间段的时间间隔。在此的优点在于，基本模式相互重叠且由此节省时间地以高分辨率可检测相应的频率。
在另一有利的设计方案中，特别是配置给所述序列的第一时间段的间隔相当于位置变化传感器的输出信号的最大允许的频率、特别是信号频率fMAX的周期长度的五分之一或更小，和/或配置给所述序列的特别是最后的时间段的时间间隔相当于边界信号频率fG的周期长度的五分之一或更小。在此优点在于，可无间隙地或至少低间隙地分析处理整个频率范围。
在另一有利的设计方案中，也基于数字信号参数、例如基于下降和/或上升的切换边沿分析处理轨迹信号，将该分析处理的结果与所述扫描值的分析处理结合，特别是从而完全诊断直至最大信号频率fMAX的轨迹信号的故障。在此优点在于，可更好地诊断故障。
在另一有利的设计方案中，提前、特别是在制造或调试时产生所述序列且将其保存在查询表格单元中。在此优点在于，可实施特别简单的方法且仅仅需要小的运算时间。
在特别是用于实施上述方法，特别是用于位置变化传感器、特别是增量传感器的轨迹信号的故障诊断的装置中的重要特征在于，该装置具有：
·第一分析处理单元；
·另一分析处理单元；以及
·组合单元；
其中，第一分析处理单元基于数字信号参数、特别是基于下降和/或上升的切换边沿分析处理轨迹信号；
其中，由数字信号参数计算至少一个状态信息、特别是速度信息和/或位置信息和/或运动方向信息和/或加速度信息和/或急动度信息且将其在第一分析处理单元的第一输出端处提供；
其中，在识别到数字信号参数的故障状态时在第一分析处理单元的另一输出端处产生故障信号；
其中，另一分析处理单元基于数字信号参数、典型地基于电压水平和/或电流水平分析处理所述轨迹信号；
其中，在离开模拟信号参数的有效范围时在另一分析处理单元的输出端处产生故障信号；
其中，组合单元根据计算的状态信息、第一分析处理单元的故障信号的状态和另一分析处理单元的故障信号的状态通过逻辑组合在组合单元的输出端处生成产生的故障信号；
其中，至少组合单元的产生的故障信号转发给传感器信号诊断装置的第一输出端；
其中，产生的故障信号说明：位置变化传感器的轨迹信号是否是包含故障的。
在此优点在于，不仅数字而且模拟信号参数的适合的组合促成优化的故障诊断。
按照本发明，因此在位置变化传感器中用以实现轨迹信号故障的完全发现的资源密集的故障诊断的问题由此解决，使得匹配于最大出现的轨迹信号频率地不仅借助于数字信号参数而且借助于模拟信号参数进行诊断分析处理，其中通过适合地组合两个信号参数类型可如此减少需要的测量时刻的数量，使得由此可节省成本、特别是构件和/或制造成本。
在另一有利的设计方案中，第一分析处理单元的状态信息被转发给传感器信号诊断装置的另一输出端。在此优点在于，这些状态信息也可用于另外的控制和/或调节任务且在此仅仅必须被一次计算。
在另一有利的设计方案中，第一分析处理单元包括：
·施密特触发器单元；
·正交解码器；
·边沿计数器；
·状态信息计算单元；以及
·比较单元；
其中，施密特触发器单元将位置变化传感器的轨迹信号转换为矩形信号；
其中，正交解码器由矩形信号生成方向有关的边沿计数值；
其中，边沿计数器从矩形信号生成方向无关的边沿计数值；
其中，状态信息计算单元由方向有关的边沿计数值计算状态信息且将其提供给第一分析处理单元的第一输出端；以及
其中，比较单元检查方向有关的边沿计数值与方向无关的边沿计数值的相同性且在相同时在第一分析处理单元的另一输出端处设置故障信号。在此优点在于，两个建立的和易于实现的标准方法可用于诊断。
在另一有利的设计方案中，另一分析处理单元包括：
·时间发生器单元；
·查询表格单元；
·模拟/数字转换器单元；
·三角单元；
其中，时间发生器单元周期性地以可变的间隔根据来自查询表格单元的数据生成同步信号；
其中，模拟/数字转换器单元根据该同步信号将位置变化传感器的轨迹信号的当前模拟电平转换为等同的数字值对UA、UB；以及
其中，三角单元通过如下关系式检查轨迹信号的数字值对UA、UB的有效性：
Figure GDA0003151707740000061
且在离开规定的容差值范围时在另一分析处理单元的输出端处设置故障信号。在此优点在于，信号分析处理通过在查询表格单元中值的变化可快速匹配于相应的应用。
在另一有利的设计方案中，组合单元包括切换元件和逻辑单元；
其中切换元件根据第一分析处理单元的状态信息在其输出端处转发或不转发第一分析处理单元的故障信号；以及
其中一旦存在通过切换元件转发第一分析处理单元的故障信号和/或另一分析处理单元的故障信号，那么逻辑单元在组合单元的输出端处设置故障信号。在此优点在于，可组合不同分析处理单元的结果。
在包括变流器、位置变化传感器和传感器信号诊断装置的系统中的重要特征在于，传感器信号诊断装置集成在变流器中，其中传感器信号诊断装置在输入侧可与带有模拟输出级的位置变化传感器连接，其中传感器信号诊断装置在输出侧与变流器的信号电子装置的调节部分连接。
在此优点在于，位置变化传感器可简单地实现，因为用于故障诊断的更复杂的电子装置集成在变流器中。
在由变流器、位置变化传感器和传感器信号诊断装置组成的系统中的重要特征在于，传感器信号诊断装置直接集成地构造在位置变化传感器中；其中传感器信号诊断装置在输入侧可与位置变化传感器的模拟输出级连接，在其中产生和/或调节模拟轨迹信号；
其中，传感器信号诊断装置在输出侧可与到串行通信接口的变流器连接；
其中，位置变化传感器通过串行通信接口可与变流器连接；以及
其中，通过该串行通信接口至少第一分析处理单元的输出端的轨迹信号和/或状态信息和组合单元的输出端的产生的故障信号借助于另一变流器可传输给变流器的信号电子装置的调节部分。
在此优点在于，状态和故障信息的数字化已经在位置变化传感器中可实现且由此可将数据干扰安全地传输给变流器。
在由变流器、位置变化传感器和传感器信号诊断装置组成的系统中的重要特征在于，位置变化传感器的直至最大信号频率fMAX的轨迹信号完全可诊断故障；其中第一分析处理单元在直至最大信号频率fMAX的整个频率范围中分析处理轨迹信号；其中另一分析处理单元如此分析处理小于等于边界信号频率fG的轨迹信号，使得在测量周期TCYCLE内每个信号周期扫描N次，特别是5次，且如此分析处理在边界信号频率fG与最大信号频率fMAX之间的轨迹信号，使得在测量周期TCYCLE内一个信号周期至少扫描至少N次，特别是至少5次；
其中，组合单元对于小于等于边界信号频率fG的轨迹信号仅仅将第二分析处理单元的故障信号转发到其输出端处；且其中如果设置或者第一分析处理单元的故障信号或者第二分析处理单元的故障信号，那么组合单元对于大于边界信号频率fG的轨迹信号在输出端处设置故障信号。
在此优点在于，根据状态信息优化地组合两个分析处理单元的结果。
在由变流器、位置变化传感器和传感器信号诊断装置组成的系统中的重要特征在于，提前生成必要的测量时刻且将其保存在查询表格单元中；其中如此选择第一测量间隔，使得边界信号频率fG的一个周期N次地、特别是至少5次地扫描；其中以第一测量间隔连续地在测量周期TCYCLE上扫描位置变化传感器的轨迹信号；其中另一测量间隔Tn为之前的测量间隔Tn-1的一半持续时间；其中如此生成另一测量间隔Tn，直至N次地、特别是至少5次地扫描最大信号频率fMAX；其中利用每个另一测量间隔Tn仅仅在每个测量周期TCYCLE的开始对于M、特别是9个测量时刻扫描轨迹信号；其中不同的测量间隔的相同测量时刻组合为一个测量时刻。
在此优点在于，可减少必要的测量时刻的数量。
其它的优点由从属权利要求得出。本发明不限于权利要求的特征组合。对于本领域内技术人员，权利要求和/或各个权利要求特征和/或说明书和/或附图的特征的另外的有意义的组合可能特别是由任务提出和/或通过与现有技术比较提出的任务产生。
附图说明
现在参照附图进一步阐明本发明。
在图1中示出了按照本发明的传感器信号诊断装置；
在图2中示出按照本发明的传感器信号诊断装置的示例性的实施例，该传感器信号诊断装置包括第一分析处理单元、另一分析处理单元和组合单元；
在图3中描述对于另一分析处理单元测量时刻的按照本发明的产生；
在图4中示出按照本发明的传感器信号诊断装置的一个应用示例，其中传感器信号诊断装置构成为集成在电气功率驱动系统的变流器中；
在图5中描述按照本发明的传感器信号诊断装置的另一应用示例，其中传感器信号诊断装置构成为集成在位置变化传感器中。
具体实施方式
如图1所示，按照本发明的传感器信号诊断装置1的输入信号通常包括两个信号轨迹。在此，两个信号轨迹由第一信号轨迹A和第二信号轨迹B组成，其中第二信号轨迹B对于第一信号轨迹A相位错移90°。两个轨迹信号形成不仅用于第一分析处理单元2而且用于另一分析处理单元3的输入信号。第一分析处理单元2由这些轨迹信号基于数字信号参数计算至少一个状态信息、典型地速度信息和/或位置信息和/或运动方向信息和/或加速度信息和/或急动度信息且在第一分析处理单元2的第一输出端处提供这些状态信息。附加地，第一分析处理单元2监控数字信号参数的可信度且在识别到故障时在第一分析处理单元2的另一输出端处设置故障信号。另一分析处理单元3基于模拟信号参数分析处理位置变化传感器6的轨迹信号且在识别到故障时例如由于离开轨迹信号水平的有效性范围时在另一分析处理单元3的输出端处产生故障信号。不仅在第一分析处理单元2的输出端处而且在另一分析处理单元3的输出端处的故障信号是动态的且仅仅对于在那儿存在出现和探测的故障的持续时间。组合单元4根据在第一分析处理单元2中生成的状态信息决定如何将第一分析处理单元2和另一分析处理单元3的故障信号相互逻辑组合且由此在其输出端处生成产生的故障信号。例如不仅第一分析处理单元2的状态信息而且组合单元4的产生的故障信号转发给传感器信号诊断装置1的输出端。在此产生的故障信号说明：位置变化传感器6的轨迹信号是否是包含故障的。
在图2中示出第一分析处理单元2、另一分析处理单元3和组合单元4的示例性实施例。
在第一分析处理单元2中，位置变化传感器6的两个轨迹信号首先通过施密特触发器单元21转换为矩形信号。这些矩形信号不仅提供给正交解码器22而且边沿计数器23。如果信号轨迹A的矩形信号相对于信号轨迹B的矩形信号是在时间上是超前的，那么发生沿一个方向的运动。如果信号轨迹A的矩形信号相对于信号轨迹B的矩形信号在时间上是落后的，那么发生沿相反方向的运动。正交解码器22探测该运动方向且根据在每个切换边沿时识别的当前运动方向由第一计数器增加或减小数值，典型地为1。边沿计数器23——与运动方向无关地——在轨迹A的矩形信号和/或轨迹B的矩形信号的每个切换边沿时增加一个数值给另一计数器。状态信息计算单元24由正交解码器22的运动方向有关的第一计数器计算状态信息。比较单元25在测量周期TCYCLE内比较正交解码器22的计数器状态的变化的数值与边沿计数器23计数器状态的变化。在两个变化值不同的情况下，在比较单元25的输出端处产生故障信号。基于在正交解码器22和边沿计数器23中不同的计算方法总是在如下情况下产生两个变化值的不相同性，即如果在测量周期TCYCLE内运动方向相反和/或在位置变化传感器6中轨迹信号产生时的故障和/或在轨迹信号传输和/或处理时的故障出现的情况下。为了有保障地仅仅探测故障而不是允许的运动方向改变，仅仅在如下情况下分析处理第一分析处理单元2的故障信号，即如果状态信息位于一定的边界频率fG之上。该边界频率基于执行器——其运动通过轨迹信号A和B描述——的惯性确保：在测量周期TCYCLE内不可能实现运动方向变化。
在另一分析处理单元3中轨迹信号水平A和B通过模拟/数字转换器单元31转换为时间同步的值对UA、UB。模拟/数字转换的测量时刻通过时间发生器单元32预先确定，这些测量时刻根据来自查询表格单元33的数值计算。在此查询表格单元33提供如下灵活性，即通过存储不同的测量时刻将另一分析处理单元3匹配于应用的相应的需求。在三角单元34中，时间同步的值对UA、UB通过三角毕达哥拉斯借助于如下关系式：
Figure GDA0003151707740000111
分析处理。如果计算的值R2脱离预定的通常不变的范围，那么在三角单元34的输出端处产生故障信号，该故障信号也转发给另一分析处理单元3的输出端。该预定的范围在此可以应用特定地被匹配且典型地由位置变化传感器6的制造商给出。组合单元4组合第一分析处理单元2的故障信号和另一分析处理单元3的故障信号。在此，如果状态信息位于在边界频率fG以下且由此未在每种情况下提供有效的故障信号(参见下文)，那么通过切换元件41隐藏第一分析处理单元2的故障信号。如果或者在切换元件41的输出端处或者在另一分析处理单元3的输出端处存在故障信号，那么逻辑单元42在输出端处设置故障信号。由此在边界频率fG之下仅仅另一分析处理单元3的故障信号且在边界频率fG之上不仅第一分析处理单元2而且另一分析处理单元3的故障信号用于产生生成的故障信号。
如在图2中所示，监控位置变化传感器6的输出信号，一方面关于与两个轨迹信号的平方和的允许的值的偏差，而另一方面按照第一分析处理单元2的所述功能针对计数器故障。在此，针对偏差的监控仅仅在如下时刻执行，该时刻按照查询表格单元33预定，从而不存在无间隙连续的监控。但是因为并行于该监控也执行按照第一分析处理单元2的所述功能针对计数器故障的监控，所以可确保足够高的可靠性。特别是覆盖所有相关的故障类型。
在图3中示出按照本发明产生测量时刻，这些测量时刻保存在另一分析处理单元3的查询表格单元33中且通过时间发生器单元32设定用于通过模拟/数字转换器单元31时间同步地模拟/数字转换轨迹信号A和B。在此，如此选择测量间隔T1，使得如此经常地扫描具有边界频率fG的轨迹信号，使得在一个轨迹信号周期内实现对于需要的诊断覆盖足够的数量N——典型地具有N≥5的数量——的测量时刻。为了实现连续扫描，利用该测量间隔T1确保在整个测量周期TCYCLE上第一测量时刻组。并行地产生第二测量时刻组，其方法是选择带有测量间隔T1的一半长度的第二测量间隔T2且在测量周期TCYCLE的开始增加数字K，典型地数字9。每个另外的测量时刻组又由K个测量时刻组成，其在测量周期TCYCLE的开始被增加，其中测量间隔TN总是等于之前的测量间隔TN-1的一半长度。另外的测量时刻组的产生如此继续，直至在具有最大频率fMAX的轨迹信号的一个轨迹信号周期内存在至少数量N个测量时刻。测量时刻组的数量K个测量时刻必须如此选择，使得在整个通过相应的测量时刻组待覆盖的频率范围上相应的测量间隔为轨迹信号周期的至少75％或至少270°。最终测量时刻组ΣTM最后由所有单个的测量时刻组的和产生，其中同时的测量时刻组合为一个共同的测量时刻。
按照本发明，位置变化传感器6的模拟输出信号周期性地按照扫描时刻序列扫描。该序列是连续的且也可称为一维模式。扫描时刻按照该预定模式在时间上依次地设置。
如在图3中所示，周期性重复地应用该模式。在此模式的时间长度为TCYCLE，从而以该周期持续时间重复应用该模式。
该模式由多个直接连续的时间段组合，其中分别多个扫描时刻规则地在时间上相互间隔地设置。然而，在每个时间段中的间隔是另外的，亦即不同的。在第一时间段中设计非常小的间隔，在第二时间段中较大的间隔，等等。每个后置于一个时间段的时间段在此具有更大的间隔。
在图3中进一步阐明作为基本模式的和的模式组合。第一基本模式具有带有时间间隔T1的扫描时刻的规则的间隔。间隔在此如此选择，使得在最大允许的频率、亦即频率fMAX＝1/TMAX下，一个输出信号的周期扫描五次。那么适用TMAX＝5*T1。
基于第一基本模式生成另外的基本模式。在此，随后的基本模式的间隔基于各自之前的基本模式的间隔根据公式TN＝2*TN-1计算。
生成的基本模式的数量由相比于以最高可能的频率的扫描的扫描时刻的技术上有意义的减少产生。
在该情况下生成5个基本模式。
带有间隔T1的第一基本模式延伸经过八个周期。
第二基本模式具有更大的间隔，亦即T2＝2*T1且延伸经过八个周期。
第三基本模式具有更大的间隔，亦即T3＝2*T2且延伸经过八个周期。
第四基本模式具有更大的间隔，亦即T4＝2*T3且延伸经过八个周期。
第五基本模式具有更大的间隔，亦即T5＝2*T4且在时间上延伸经过长度TCYCLE。
在此产生下边界频率fG＝1/TG，其中TG＝5*T5，其特征在于，每个周期连续五次地扫描具有频率fG的输出信号。
生成的基本模式被求和或叠加。在此，不同基本模式的同时的扫描时刻在基本模式的和中组合为一个扫描时刻。
基本模式的和或叠加由此组成一个模式，其在第一时间段中具有八个规则地以T1在时间上相互间隔的扫描时刻；在随后的时间段中具有四个规则地以T2在时间上相互间隔的扫描时刻；在随后的时间段中具有四个规则地以T3在时间上相互间隔的扫描时刻；在随后的时间段中具有四个规则地以T4在时间上相互间隔的扫描时刻；以及在随后的时间段中具有规则地以T5在时间上相互间隔的扫描时刻。
通过这种方式确保：至少每个TCYCLE一次对输出信号的一个周期扫描五次，只要其频率位于在fG与fMAX之间的允许的范围中。具有比fG更小的频率的输出信号的周期在多个TCYCLE上总是至少五次地被扫描。
在此优点在于，运算时间是可节省地，因为不在整个间隔TCYCLE上以尽可能高的频率扫描。如果应用在图3中示出的扫描，自然不可确保无间隙的连续的监控、亦即诊断。该监控间隙但是通过并行执行的数字监控减小。
在图4中示出按照本发明的传感器信号诊断装置1的第一示例性应用，其集成在电气功率驱动系统的变流器5中。在此，与变流器5导电连接的外部位置变化传感器6典型地安装在电机M的轴上，其中位置变化传感器6将转动通过机械适配器61且借助于模拟信号检测62转换为轨迹信号A和B，其至少相互相位错移90°且表示用于传感器信号诊断装置1的输入轨迹信号。传感器信号诊断装置1的输出信号——第一分析处理单元2的状态信息和组合单元4的产生的故障信号——提供给变流器5的信号电子装置51的调节部分。调节部分51应用状态信息来调节和控制电机M且产生的故障信号用作关于如下的信息，即状态信息是否是有效的且允许用于调节。在无效的状态信息的情况下立刻中断电机M的驱控，从而不产生带来危险的运动，其可以导致设备的损坏和/或人员伤害。仅仅利用有效的状态信息因此可能的是，使得电机M通过功率电子装置52特定于应用地处于运动。
在图5中示出了按照本发明的传感器信号诊断装置1的第二示例性应用，其设计为集成在位置变化传感器6中。不同于图4，在此传感器信号诊断装置1的信号输入端直接与位置变化传感器6的模拟信号检测62导电连接。传感器信号诊断装置1的输出信号通过变换器63匹配于串行通信接口的协议，其中串行通信接口不仅与位置变化传感器6而且与变流器5连接。通过变流器5中的另一变换器63将不仅状态信息而且传感器信号诊断装置1的产生的故障信号周期性地数字化地提供给变流器5的控制电子装置51的调节部分。由此附加地减少在位置变化传感器6与变流器5之间传输时的故障。
本发明也涉及位置变化传感器的轨迹信号的资源优化的故障诊断。按照本发明该任务由此解决，使得匹配于最大出现的轨迹信号频率地不仅借助于数字信号参数而且借助于模拟信号参数实施诊断分析处理，其中通过两个信号参数的适合的组合可如此减少需要的测量时刻的数量，使得由此成本、特别是构件和/或制造成本是可节省的。
以下附图标记包括在说明书中且阐明本发明另外的特征。
附图标记列表：
1 传感器信号诊断装置
2 第一分析处理单元，数字信号参数分析处理
21 施密特触发器单元
22 正交解码器
23 边沿计数器
24 状态信息计算单元
25 比较单元
3 另一分析处理单元，模拟信号分析处理
31 模拟/数字转换器单元
32 时间发生器单元
34 三角单元
4 组合单元
41 切换元件
42 逻辑单元
5 变流器
51 信号电子装置的调节部分
52 用于运行电机的功率电子装置
6 位置变化传感器
61 机械适配
62 模拟信号检测
63 到串行通信接口的协议地变换器
M 电机
f 信号频率
fG 边界信号频率
fMAX 最大信号频率
t 时刻
T1 第一测量间隔
Tn 第n或当前测量间隔
Tn-1 之前的测量间隔
ΣTM 测量时刻的和
TCYCLE 测量周期
N 每个信号周期用于足够诊断覆盖的需要的测量时刻的数量
K 对于测量时刻组需要的测量时刻的数量
UA 轨迹信号A的信号水平
UB 与轨迹信号A相位错移90°的轨迹信号B的信号水平
Figure GDA0003151707740000161
轨迹信号A的幅度
Figure GDA0003151707740000162
轨迹信号B的幅度

Claims (8)

1.一种用于位置变化传感器(6)的轨迹信号的传感器信号诊断装置，该传感器信号诊断装置具有：
·第一分析处理单元(2)；
·另一分析处理单元(3)；以及
·组合单元(4)；
其中，第一分析处理单元(2)基于数字信号参数、即基于下降和/或上升切换边沿分析处理轨迹信号；
其中，第一分析处理单元如此适合地构成，使得由数字信号参数计算至少一个状态信息、即速度信息和/或位置信息和/或运动方向信息和/或加速度信息和/或急动度信息且将至少一个状态信息在第一分析处理单元(2)的第一输出端处提供；
其中，第一分析处理单元如此适合地构成，使得在识别到数字信号参数的故障状态时在第一分析处理单元(2)的另一输出端处产生故障信号；
其中，另一分析处理单元(3)如此适合地构成为，该另一分析处理单元基于模拟信号参数、即基于电压水平和/或电流水平分析处理所述轨迹信号；
其中，另一分析处理单元(3)如此适合地构成为，在离开模拟信号参数的有效范围时在另一分析处理单元(3)的输出端处产生故障信号；
其中，组合单元(4)如此适合地构成为，根据计算的状态信息、第一分析处理单元(2)的故障信号的状态和另一分析处理单元(3)的故障信号的状态通过逻辑组合在组合单元(4)的输出端处生成产生的故障信号；
其中，至少组合单元(4)的所述产生的故障信号转发给所述传感器信号诊断装置(1)的第一输出端，其中所述产生的故障信号说明：是否位置变化传感器(6)的轨迹信号是故障的。
2.根据权利要求1所述的传感器信号诊断装置，其特征在于，第一分析处理单元(2)的状态信息被转发给传感器信号诊断装置(1)的另一输出端。
3.根据权利要求1或2所述的传感器信号诊断装置，其特征在于，第一分析处理单元(2)具有：
·施密特触发器单元(21)；
·正交解码器(22)；
·边沿计数器(23)；
·状态信息计算单元(24)；以及
·比较单元(25)；
其中，施密特触发器单元(21)将位置变化传感器(6)的轨迹信号转换为矩形信号；
其中，正交解码器(22)由矩形信号生成方向有关的边沿计数值；
其中，边沿计数器(23)从矩形信号生成方向无关的边沿计数值；
其中，状态信息计算单元(24)由方向有关的边沿计数值计算状态信息且将其提供给第一分析处理单元(2)的第一输出端；
其中，比较单元(25)在测量周期TCYCLE内检测方向有关的边沿计数值的变化值与方向无关的边沿计数值的变化的相同性且在不相同时在第一分析处理单元(2)的另一输出端处设置故障信号。
4.根据权利要求1或2所述的传感器信号诊断装置，其特征在于，另一分析处理单元(3)包括：
·时间发生器单元(32)；
·查询表格单元(33)；
·模拟/数字转换器单元(31)；
·三角单元(34)；
其中，时间发生器单元(32)周期性地以可变的间隔根据来自查询表格单元(33)的数据生成同步信号；
其中，模拟/数字转换器单元(31)根据该同步信号将位置变化传感器(6)的轨迹信号的当前模拟电平转换为等同的数字值对(UA、UB)；以及其中，三角单元(34)通过如下关系式检查轨迹信号的数字值对(UA、UB)的有效性：
Figure FDA0003263638420000031
并且在离开规定的容差值范围时在另一分析处理单元(3)的输出端处设置故障信号。
5.根据权利要求1或2所述的传感器信号诊断装置，其特征在于，组合单元(4)包括切换元件(41)和逻辑单元(42)；
其中，切换元件(41)根据第一分析处理单元(2)的状态信息在其输出端处转发或不转发第一分析处理单元(2)的故障信号；以及
其中，一旦存在通过切换元件(41)转发的第一分析处理单元(2)的故障信号和/或另一分析处理单元(3)的故障信号，那么逻辑单元(42)在组合单元(4)的输出端处设置故障信号。
6.根据权利要求1或2所述的传感器信号诊断装置，其中，该传感器信号诊断装置具有变流器(5)和位置变化传感器(6)，其特征在于，分析处理单元和组合单元集成在变流器(5)中，其中，位置变化传感器(6)构成为具有模拟输出级，第一分析处理单元在输出侧与变流器(5)的信号电子装置(51)的调节部分连接。
7.根据权利要求6所述的传感器信号诊断装置，其特征在于，分析处理单元和组合单元直接集成在位置变化传感器(6)中；其中，分析处理单元在输入侧可与位置变化传感器(6)的模拟输出级连接，在该模拟输出级中产生和/或调节模拟轨迹信号；其中，第一分析处理单元和/或组合单元在输出侧可与到串行通信接口的变换器(63)连接；其中，位置变化传感器(6)可通过串行通信接口与变流器(5)连接；以及其中，通过该串行通信接口至少第一分析处理单元(2)的输出端的轨迹信号和/或状态信息和组合单元(4)的输出端的产生的故障信号借助于另一变换器(63)能传输给变流器(5)的信号电子装置(51)的调节部分。
8.一种用于借助于根据权利要求1至7中的任一项所述的传感器信号诊断装置(1)监控位置变化传感器(6)的轨迹信号的方法，其特征在于，周期性地以扫描时刻的序列来扫描位置变化传感器(6)的轨迹信号，以及分析处理如此确定的扫描值，其中，所述序列由各时间段组成，其中每个时间段分别具有多于四个的、时间上有规则地相互间隔的扫描时刻，在此给每个时间段配置相应的时间间隔(T1、T2、T3、T4、T5)，其中给时间段中的每个一一对应地配置相应的间隔，配置给其中一个时间段的时间间隔小于配置给在序列内设置在后面的另一时间段的时间间隔，配置给直接紧接着序列中在先的时间段的、序列中在后的时间段的时间间隔是配置给所述在先的时间段的时间间隔两倍大，配置给序列的第一时间段的间隔相当于位置变化传感器的输出信号的最大允许的频率、即最大信号频率(fMAX)的周期长度的五分之一或更小，和/或配置给序列的最后的时间段的时间间隔相当于边界信号频率fG的周期长度的五分之一或更小，也基于数字信号参数、即基于下降和/或上升切换边沿分析处理轨迹信号，将该分析处理的结果与扫描值的分析处理结合，使得完全地诊断直至最大信号频率(fMAX)的轨迹信号的故障，提前在制造或调试时产生所述序列且将该序列保存在查询表格单元(33)中。
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