CN111758039A - 用于接地和诊断的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于接地和诊断的系统(1)，所述系统(1)包括用于安装电容式传感器的导电框架(2)。为了提供用于确保和监测导电框架的接地状况的装置，本发明提供了：该系统还包括诊断电路(10)，框架(2)通过诊断电路(10)AC接地，并且所述诊断电路(10)包括经由第一线路(5)连接到框架(2)并且适于经由第一线路(5)向框架(2)施加诊断信号的电源(11)，所述诊断电路(10)通过第二线路(7)连接到框架(2)，并且适于提供取决于诊断信号并且取决于框架(2)的地连接的至少一个量。

Description

用于接地和诊断的系统

技术领域

本发明涉及用于接地和诊断的系统，并且涉及例如将与电容式传感器协同使用的诊断电路。

背景技术

当今，电容式传感器被用于大量多种多样的应用，比如输入设备(例如，触摸板、电容式滑动条、触摸轮等)、接近度传感器或者乘客检测系统。

有很多本领域中已知的不同类型的电容式传感器，但是它们中的大多数依赖于下述原理。设置感测电极，使得接近的物体(人、手或手指等)改变感测电极相对于地的电容。该物体还可能导致电介质损耗，由此感测电极通常具有带有电阻和电抗的阻抗，电阻和电抗两者均可以被该物体影响。通过测量电路测量变化的阻抗。例如，感测电极可以连接到交变电压，例如，方波电压，并且可以通过测量电路将通过该电极的取决于其阻抗的电流转化成电压。该电压指示该阻抗，并且因此可以用于确定物体是否接近感测电极。

在很多种应用当中，感测电极被安装在可以被称为框架的传导结构上。例如，在乘客检测系统当中，感测电极通常设置在车辆座椅内。一般而言，在感测电极和可以被称为座椅框架的车辆座椅的金属部件之间形成电场。因此，该阻抗一方面取决于物体的接近度，而且还取决于座椅框架的接地状况，即，座椅框架正确地连接到地(即，车辆主体)，还是没有正确地连接到地(即，具有浮动电势)。尽管即使座椅框架未接地也可能成功地检测到物体，但是必须针对座椅框架的某一状况(接地或未接地)对电容式传感器进行校准，以后在电容式传感器的操作期间将必须保持该状况。如果该状况发生变化，那么其可能分别引起错误检测或无法检测。由于乘客检测系统大部分连接到安全相关系统，例如，安全带提醒、气囊等，因而必须避免电容式传感器的任何故障。

发明内容

发明目的

因此本发明的目的在于提供用于确保和监测导电框架的接地状况的装置。

该问题是通过根据权利要求1的系统和根据权利要求16的诊断电路来解决的。

发明的通用描述

本发明提供了用于接地和诊断的系统。在该上下文中，“接地”是指施加、建立和/或保持到地的连接。

该系统包括用于安装电容式传感器的导电框架。该框架用于安装电容式传感器，即，在操作状态下，电容式传感器直接或者(通常)间接安装在导电框架上。更具体地，尽管电容式传感器安装在框架上，但是该电容式传感器的任何感测电极在物理上是不同的，并且通常与框架电隔离(尽管在感测电极和框架之间的一些电流流动可能是不可避免的)。通常由金属制成的框架尤其可以是车辆座椅框架，乘客检测系统的一个或几个电容式传感器可以安装在该车辆座椅框架上，或者该框架可以是方向盘的方向盘轮缘，用于手检测的至少一个传感器安装在方向盘轮缘上。无论哪种方式，由于电容式传感器将安装在导电框架上，因而电容式传感器的电容和阻抗受到框架存在的影响。具体而言，阻抗取决于框架是否接地。

该系统还包括诊断电路，框架通过诊断电路而AC接地，并且该诊断电路包括经由第一线路连接到该框架并且适于经由第一线路向该框架施加诊断信号的电源，该诊断电路适于提供取决于诊断信号并且能够诊断框架的接地状况的至少一个量。在这里以及下文中，“AC接地”表示连接到地，使得交变电流可以在地和AC接地元件之间流动。框架通过诊断电路而AC接地，这暗示诊断电路本身必须AC接地。由于框架AC接地，因而其具有明确定义的电势，由此可以避免电容式传感器对测量的任何有害影响。在这里以及下文中，“连接”是指直接连接或者经由至少一个中间元件的间接连接。

然而，电容式传感器的正确操作取决于是否可以保持框架的接地状况。因此，诊断电路还适于接地状况的诊断。诊断电路包括经由第一线路连接到框架的电源。第一线路可以是任何种类的导体，比如电线或者印刷电路板上的导体路径等。该电源可以直接地或者间接地(即，经由至少一个中间元件)连接到第一线路。一般地，第一线路具有可能无法忽略的布线电阻。可以是任何种类的电压源或电流源的电源可选地与其他元件相结合，适于生成诊断信号并且经由第一线路向框架施加诊断信号。诊断信号可以是AC信号或DC信号。一般地，对诊断信号的“响应”取决于框架是否接地以及如果接地又是如何接地。例如，响应可以取决于框架的外部地连接，并且取决于经由诊断电路到地的AC连接的完整性。如下文将解释的，诊断电路可以包括不只一个电源，因此该电源还可以被称为“第一”电源。为了简单起见，大部分情况将其称为电源。

诊断电路通过第二线路连接到框架。尽管提及了单个诊断电路，但是诊断电路的连接到第一线路的那些部分和连接到第二线路的那些部分通常只是经由框架相互连接，即，在诊断电路本身内的这两个部分之间通常没有电连接。然而，可以存在一些连接以传输控制信号，以便协调分别连接到第一线路和第二线路的元件的功能。由于第二线路的存在，诊断电路具有(至少)两个到框架的连接。如下文将变得显而易见的，该“双线”方式(还可以称为双线诊断)具有决定性的优势。例如，诊断信号或者此类信号的部分有可能通过第一线路发送到框架中，并且从框架通过第二线路回到诊断电路中。而且，第二线路可以用于向框架施加(第二)诊断信号。不管哪种方式，都将提高诊断选项和/或诊断的准确性。

诊断电路适于提供取决于诊断信号并且取决于框架的地连接的至少一个量。在本文中，“提供”该量尤其可以指测量该量或者输出该量以用于另一设备的测量。该至少一个量通常是电压或电流。可以将其视为对诊断信号的响应，因此该量取决于诊断信号，例如，取决于诊断信号的幅值和/或频率。而且，该至少一个量受到框架的地连接的影响，地连接例如外部地连接和/或经由诊断电路的(AC)地连接。因此，通过测量相应的量，有可能执行对地连接的诊断。

尽管提及了“一个”诊断信号，但是诊断信号的参数可以随着时间变化和/或诊断信号可以被暂时中断。在这样的情况下，诊断信号还可以被视为信号的序列。如还要指示的，例如，如果经由第二线路施加第二诊断信号，经由第一线路施加的诊断信号在一些实施例中可以被称为第一诊断信号。由于诊断电路的功能是实现对地连接的诊断，因而诊断电路适合独立于电容式传感器的感测操作来施加诊断信号(或者至少第一诊断信号)。这包括可以同时施加诊断信号与感测操作的可能性。

优选地，框架经由第一线路和第二线路中的至少一个而AC接地。换言之，经由第一线路和第二线路中的至少一个直接或者间接地提供框架和AC地之间的连接。一个选项是框架仅经由第一线路而AC接地。另一个选项是框架仅经由第二线路而AC接地。第三选项是框架经由第一线路和第二线路两者而AC接地。例如，出于冗余原因第三选项可以是有用的。

根据一个实施例，诊断电路适于提供至少一个量，该量能够确定框架具有的相对于地的地阻抗或者地偏移电压中的至少一个。一般而言，可以通过地阻抗和/或地偏移电压描述框架与地的关系。地阻抗是框架与地之间的阻抗，其可以包括由于电阻、电容和/或电感效应而产生的电阻和电抗。如果框架连接到地，那么地阻抗和地偏移电压是外部地连接的特征。地偏移电压代表框架(或者框架连接到的结构)与地之间的电压偏移。参考车辆座椅或方向盘，非零的地偏移电压可能是由于流动通过具有不可忽略的阻抗的接地连接的电流。应当指出，取决于相应的情况，地阻抗和/或地偏移电压可以是可忽略的或者可以为零。在框架没有外部地连接的情况下，地偏移电压是未定义的，并且地阻抗可以是完全电容性的(通常低于200μF)。通过提供上述可以通过诊断电路本身或者通过另一个设备测量的量，有可能至少部分地诊断框架与地的关系。例如，如果确定了地偏移电压，那么地偏移电压可以用于确定对诊断的外部影响，或者识别出框架与电压源(诸如汽车电池)之间的短路。在假定框架与地电隔离并且因此应当具有浮动电势的情况下，可以检测到不想要的到地的连接。而且，如果确定了地阻抗，那么地阻抗可以用于识别外部地连接中的缺陷，例如，开路等。有几种不同的方法能够确定地阻抗或地偏移电压。一个示例是施加电压信号或电流信号作为诊断信号，并且检测诊断电路内的特定点处的电压。该电压取决于诊断信号本身、诊断电路内的阻抗、地阻抗和地偏移电压。通过顺次施加两个DC信号并且测量电压，可以计算出地阻抗以及地偏移电压(严格地说，这是近似值，不过如果可以忽略第一线路的布线电阻——外加(在适用情况下)第二线路的布线电阻——则是有效的)。同样地，假设地偏移电压不具有与该AC信号的频率相同的频率分量，可以施加允许确定地阻抗的单个AC信号。

该电源可以是第一电压源。第一电压源可以是适于施加作为诊断信号的AC电压的AC电压源或者适于施加DC电压的DC电压源。替代性地，电源可以是电流源。所述电源可以是适于施加作为诊断信号的AC电流的AC电流源，或者所述电源可以是适于施加作为诊断信号的DC电流的DC电流源。如果该电源是AC电压源或AC电流源，那么其优选适于提供不同于用于操作电容式传感器的测量频率的频率。如果存在的话，两个信号的高次谐波也应当是不同的。然而，一般而言，如果在诊断信号和用于测量的信号之间没有显著的相关性，则例如一个信号可以是正弦的，而另一个信号是伪随机相位偏移键控信号可能是足够的。同样的标准施加到下文提及的任何AC电流源或AC电压源。只要频率与所描述的不同，就可以同时执行电容式传感器的测量操作和诊断电路的操作。否则，在诊断电路处于操作中的同时必须中断电容式传感器的操作。

具体地但非排他地，在电源是第一电压源时，电源可以经由第一阻抗元件连接到第一线路。第一阻抗元件可以是具有非零或不可忽略的阻抗的任何元件或电路。一般而言，第一阻抗元件可以是电阻、电容或电感元件或者这些的组合，例如，并联连接和/或串联连接。如果第一电压源是DC电压源，那么第一阻抗元件优选地是电阻元件(例如，电阻器)。如果第一电压源是AC电压源，那么第一阻抗元件优选地是电容元件(例如，电容器)或者电容元件与电阻元件的组合。应当理解，如果电流流动通过第一阻抗元件，则第一阻抗元件引起电压降。该电压降是电流的特征，并且对于第一电压源的给定电压而言，该电流转而又是施加了该电压(以及可能的其他电压，例如，上述的地偏移电压)的总阻抗的特征。因此，有可能根据第一阻抗元件处的电压降推断出诸如地偏移电压和地阻抗的特征。如果该电源是电流源，那么可以省略第一阻抗元件。由该电流源施加的电流一般在其流动通过的每个元件处引起电压降。例如，地阻抗引起电压降，该电压降转而对诊断电路内的特定点处的电压有影响。该电压还可以受到非零的地偏移电压的影响。因此，可以使用诊断电路内的电压测量(或几个测量)来识别地阻抗和/或地偏移电压。

该电源可以经由AC接地的第一节点连接到第一线路。一般而言，第一节点只是沿着电源和第一线路之间的电连接的参考点。然而，除了被连接到第一线路和电源之外，第一节点具有经由电容元件(例如，电容器)到地的连接，即，第一节点AC接地。这一点可以通过从电源和第一线路之间的连接分出来的导体来实现。在该实施例中，诊断电路的至少一个(并且可能是唯一的)AC地连接是经由第一节点实现的。应当理解，如果诊断信号是AC信号，那么电流通过第一节点和上述的电容元件流向地。如果诊断信号是DC信号，那么没有电流通过第一节点和电容元件流向地。然而，如果检测到了显著的直流电流流动，那么这可以归因于短路或者电容元件的某些缺陷。如果诊断电路包括第一阻抗元件，那么第一阻抗元件连接在电源和第一节点之间。

优选地，诊断电路适于提供第一输出的第一电压，第一输出连接到第一节点。例如，第一输出可以连接到微控制器或类似的测量设备的输入，该微控制器或类似的测量设备适于测量第一电压，例如通过与预定阈值的比较来评估结果，并且可选地输出错误信号或警告信号。测量设备可以是诊断电路的一部分，或者可以在诊断电路之外。

根据一个优选实施例，第二阻抗元件连接在第一节点和第一线路之间。换言之，第一节点经由第二阻抗元件连接到第一线路(并且因此连接到框架)。如同第一阻抗元件，第二阻抗元件可以是具有非零或不可忽略的阻抗的任何元件或电路。第二阻抗元件可以是电阻、电容或电感元件或者这些的组合，例如，并联连接和/或串联连接。如果诊断信号是DC信号，那么第二阻抗元件优选地是电阻元件(例如，电阻器)或者电阻元件和电容元件的并联连接。如果诊断信号是AC信号，那么第二阻抗元件可以是电容元件(例如，电容器)。就DC信号而言，可以采用此类第二阻抗元件的存在来检测第一节点与地之间的短路。在正常状况下，第一信号遭遇的总电阻应当大于第二阻抗元件的电阻。然而，当在第一节点与地之间存在不希望的DC连接时，总电阻可能下降到低于第二阻抗元件的电阻的值。这一点转而可以例如通过测量第一输出处的第一电压来检测。

优选地，第二线路连接到至少AC接地的第二节点。换言之，仅仅第一节点被AC接地或者除第一节点被AC接地之外，诊断电路可以在第二节点处AC接地，使得框架可以经由第二节点并且可选地经由第一节点AC接地。在第一节点和第二节点两者处具有AC地连接以提供一些冗余可能是有利的。由于诊断信号是由电源施加的，因而对应信号的至少部分通过第一线路、框架和第二线路流动到第二节点，并从第二节点流动到地。第二节点至少AC接地，其包括第二节点还DC接地的可能性。如果诊断信号是DC信号，那么后一种配置是尤其优选的。这样的DC地连接可以单独通过电阻元件来实现，或者可以通过电容元件和电阻元件的并联连接来实现。

根据一个实施例，诊断电路适于测量第一电压和连接到第二节点的第二输出的第二电压之间的差。由于第一节点和第二节点经由第一线路、框架和第二线路来连接，因而如果第一电压和第二电压之间的差低于某一阈值，就可以假定第一线路和第二线路和框架是完好的。因此，可以通过单一测量验证第一线路和第二线路和框架的完整性。在该上下文中，该电源可以是如上文所述的电压源或者电流源，并且诊断信号可以是AC信号或DC信号。

在一些实施例中，第一输出直接连接到第一节点。在其他实施例中，第一输出经由第三阻抗元件连接到第一节点。这可以是例如不允许DC电流流动通过框架的情况。这意味着，在框架与地之间没有DC路径可以是打开的。因此，必须对第一、第二和/或第三阻抗元件进行选择，使得没有此类DC路径是打开的。由于此类DC路径的一种可能性将是通过第一线路、第一节点和第一输出，因而第二阻抗元件(如果存在)或者第三阻抗元件必须包括只有AC信号可透过的电容。

除了上述的(第一)电源之外，诊断电路可以包括经由第二线路连接到框架的第二电源。第二线路可以直接或间接地连接到第二电源。第二电源可以是电压源或者电流源。第二电源可以适于经由第二线路向框架施加诊断信号。尤其是如果每次只激活第一电源和第二电源中的一个，经由第一线路施加的诊断信号可以被称为“第一诊断信号”，并且经由第二线路施加的诊断信号可以被称为“第二诊断信号”。在该情况下，顺次施加第一诊断信号和第二诊断信号。然而，也可以将它们视为分别经由第一线路和第二线路暂时施加的单个诊断信号。然而，也可以同时激活第一电源和第二电源，由此可以将施加到框架的诊断信号视为第一诊断信号和第二诊断信号的叠加。

根据一个实施例，电源包括第一跨阻抗放大器，第一跨阻抗放大器具有连接到第二电压源的参考输入和连接到第一节点的信号输入。根据跨阻抗放大器的特征，信号输入处的电压跟随参考输入处的由第二电压源定义的电压。跨阻抗放大器还具有提供电压的输出，所述电压与流动通过信号输入的电流成比例。例如，如果框架和第一节点之间经由第一线路的连接有缺陷，那么通过信号输入的电流变得可忽略，并且因此输出处的电压也变得可忽略。信号输入可以经由第一阻抗元件连接到第一节点。此外，第一节点优选地经由第二阻抗元件连接到第一线路，并且经由第三阻抗元件连接到第一输出。优选地对第一、第二和第三阻抗元件进行选择，从而使框架和地之间不存在DC路径。与上述跨阻抗放大器相结合，优选的是第二线路AC接地，即，经由电容元件连接到地。第二线路可以连接到AC接地的上述第二节点。根据另一个实施例，第二线路经由电容元件连接到第三电压源。或许可以说第二线路电容耦合或者AC耦合到第三电压源。换言之，在该实施例中，第二电源是第三电压源。应当理解，第三电压源是交变电压源。第三电压源可以是电容式传感器的测量电路的保护电压源，并且该电容元件可以是对应的保护电极和框架之间的电容。诊断电路可以适于在第一步骤中激活第三电压源并且停用第二电压源，并且在第二步骤中激活第二电压源。在第一步骤中，假设电流流入跨阻抗放大器的信号输入。然而，如果第三电压源和信号输入之间的连接被损坏，那么电流可以变得可忽略。然而，这样的可忽略的电流还可能是由于地阻抗非常低，因此源自第三电压源的电流几乎完全通过地阻抗流向地。然而，在第二步骤中，第三电压源被停用，并且通过激活第二电压源，信号输入处的电压跟随参考输入处的电压。在这些情况下，不可忽略的电流流动通过信号输入，除非信号输入和框架之间的连接被中断。由第三电压源施加到框架的电压也可以被视为第二诊断信号。

根据一个实施例，诊断电路可以包括两个跨阻抗放大器。更具体而言，诊断电路(除了第一跨阻抗放大器之外)包括第二跨阻抗放大器，第二跨阻抗放大器具有连接到第四电压源的参考输入和连接到第三节点的信号输入，第三节点AC接地并且连接到第二线路，同时诊断电路适于提供(并且可选地测量)连接到第三节点的第三输出的第三电压。在该实施例中，第二电源包括第二跨阻抗放大器和第四电压源。由第二电源施加到框架的信号也可以被视为第二诊断信号。具体而言，诊断电路可以包括在设置上类似或者甚至等同的两个部分。因而，第一跨阻抗放大器的参考输入可以连接到第二电压源，同时第一跨阻抗放大器的信号输入经由第一阻抗元件连接到第一节点，而第一节点转而经由第二阻抗元件连接到第一线路，并且经由第三阻抗元件连接到第一输出。类似地，第二跨阻抗放大器的参考输入可以连接到第四电压源，同时第二跨阻抗放大器的信号输入经由第四阻抗元件连接到第三节点，而第三节点转而经由第五阻抗元件连接到第二线路，并且经由第六阻抗元件连接到第三输出。第一到第六阻抗元件优选地适于在框架和地之间提供仅AC路径。

该实施例例如通过施加在WO 1999/059003A1和WO 2000/048010A1中所描述的方法，允许确切测量第一线路和第二线路的相应电阻以及地阻抗。参考WO 2000/048010A1中的图1，例如，电压源100和101等于该实施例中的第一和第二电压源。在本情况下，用第一和第二跨阻抗放大器来测量电流。而在WO 2000/048010A1中，计算三个电容，同样的原理可以适用于计算地阻抗、第一线路的电阻(在适用情况下加上第一阻抗元件和第二阻抗元件的阻抗)以及第二线路的电阻(在适用情况下加上第四阻抗元件和第五阻抗元件的阻抗)。因而，可以施加与WO 2000/048010A1中所示的基于网络分析和基尔霍夫定则的方程系统类似的方程系统。由于第一、第二、第四和第五阻抗元件的阻抗是已知的，因而能够将这些阻抗消除以计算第一线路和第二线路的布线电阻。将WO 1999/059003A1的原理施加到本情况，第一和第二电压源施加相同频率但是相反极性的两个信号。调整幅值使得电流相同(具有相反极性)，并且没有电流从框架流动到地。

本发明也提供了用于导电框架的诊断电路，该导电框架用于安装电容式传感器，其中，该诊断电路适于使框架AC接地，并且包括适于经由第一线路连接到框架并且经由第一线路向框架施加诊断信号的电源，该诊断电路适于经由第二线路连接到框架，并且适于提供取决于诊断信号并且取决于框架的地连接的至少一个量。上文已经联系发明性系统解释了所有这些术语，并且因此将不再重复解释。

发明性诊断电路的优选实施例对应于发明性系统的那些实施例。

附图说明

根据参考附图的下列对非限制性实施例的详细描述，本发明的其他细节和优势将是显而易见的，在附图中：

图1是发明性系统的第一实施例的示意图；

图2是发明性系统的第二实施例的示意图；

图3是发明性系统的第三实施例的示意图；

图4是发明性系统的第四实施例的示意图；

图5是发明性系统的第五实施例的示意图；

图6是发明性系统的第六实施例的示意图；

图7是发明性系统的第七实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于接地和诊断的发明性系统1的第一实施例，其可以与车辆中的乘客检测系统或者实际操作检测系统结合使用。发明性系统1包括框架2(由框架节点表示)和诊断电路10，框架2可以分别是座椅框架或者方向盘轮缘。将在其上安装电容式传感器(未示出)的框架2具有通过地阻抗3和地偏移电压4表征的外部地连接。地阻抗3是框架2和地之间的阻抗，并且可以是电阻的、电容的和/或电感的。由于流动通过具有不可忽略的阻抗的接地连接的电流，地偏移电压4存在于车辆的布线内。

框架2经由第一线路5并且经由第二线路7连接到诊断电路10，第一线路5具有第一布线电阻6并且连接到第一电路端口10.1，第二线路7具有第二布线电阻8并且连接到第二电路端口10.2。诊断电路10适于可以向框架2中注入DC电流(其并非总是被允许或并非总是可能的)并且未定义(即，存在、不存在或未知)外部地连接的情况。

第一电源11(在这种情况下为第一电压源12)经由第一阻抗元件13(在这种情况下为电阻器)连接到第一节点14(经由第一电容器16来AC接地)。第一节点14还连接到第一输出15，并且经由第二阻抗元件17连接到第一线路5，第二阻抗元件17在这种情况下是第一电阻器18和第二电容器19的并联连接。第一输出15可以连接到微控制器的ADC输入(在这里未示出)。第二线路7连接到第二节点20，第二节点20经由第三电容器21来AC接地，并且经由第二电阻器22来DC接地。在该实施例中，框架2经由第一和第二电容器16、19以及经由第三电容器21来AC接地，由此提供冗余AC接地。还有可能省略例如第一和第二电容器16、19。第一电压源12可以是AC电压源或者DC电压源。如果第一电压源12为AC电压源，那么可以省略电阻器18、22。

为了执行诊断，第一电压源12施加具有至少两个不同的DC电压电平的诊断信号。针对这些电压电平中的每个，(通过诊断电路10或通过一些外部测量设备)测量第一输出15处的电压。该电压由第一电压源12的已知电压电平、第一和第二阻抗元件13、17、未知的第一和第二布线电阻6、8、地阻抗3和未知的地偏移电压4来定义。通过评估两个测量的结果，能够计算出连接在地和第一电路端口10.1之间的串联连接的电压源和电阻(戴维南等效电路)的等效源电压和等效源电阻。所计算出的源电阻包括第一布线电阻6的贡献，因此框架2和地之间的剩余电阻必须小于所计算的源电阻。此外，所计算的源电压能够用于诊断第一电路端口10.1或框架2与外部电压源之间的短路，所述外部电压源具有大于地偏移电压4的电压电平，例如，电池电压。

第一输出15处的电压的测量还允许确定总阻抗和总电阻。就此而言，第一电阻器18允许检测第一节点14和地之间的短路，因为总测量电阻必须总是高于第一电阻器18的电阻。

替代性地，第一电压源12还可以提供AC电压信号。优选地，该AC电压信号的频率不同于该电容式测量系统的测量频率(并且优选地，它们的相应谐波是不同的)。一般而言，如果在诊断信号和用于测量的信号之间没有显著的相关性，这就可以足够了。这将允许电容式测量系统和诊断电路10的并行操作，而不会在两者之间造成干扰。如果两个频率相同，就必须交替执行两个测量。类似的要求适用于下文提及的其他AC电压源和AC电流源。

如果由第一电压源12生成的信号与地偏移电压4之间不存在相关性，那么通过生成具有已知特征的AC信号，消除了地偏移电压4对诊断测量结果的影响。为了测量上述等效源电阻，只需由第一电压源12生成的一个AC电压电平和对输出15的一次测量就足够了。

图2示出了发明性系统1的第二实施例，其在很大程度上等同于图1中所示的实施例，并且因此不再详细解释。然而，省略了第一阻抗元件13，并且第一电源11是具有已知的输出电流电平的DC或AC电流源23。通过设置适当的电流电平以及电流源23的AC或DC操作模式，针对图1中的系统1描述的所有测量都能够以相同的方式施加到图2中的系统1。

图3示出了发明性系统1的第三实施例，其在很大程度上等同于图1中所示的实施例。然而，第二节点20连接到第二输出24，第二输出24可以例如与第一输出15连接到同一微控制器。根据该实施例，不需要顺次的DC测量。第一电压源12施加DC电压，并且测量并评估第一输出15和第二输出24之间的电压差。如果电压差低于预定义的阈值，那么认为电路端口10.1、10.2与框架2之间的连接是完好的。与图2中的第二实施例类似，可以由电流源23代替第一电压源12，并且可以省略第一阻抗元件13。

图4示出了发明性系统1的第四实施例，其也在很大程度上类似于图1中所示的实施例。然而，该实施例是针对可以不向框架2注入DC电流并且未定义(存在、不存在或未知)框架与地之间的外部连接的情况而设计的。为了防止框架2与地之间的任何DC电流流动，第一和第二阻抗元件13、17是纯电容性的，或是电容与电阻的串联连接。同样的内容施加到第三阻抗元件，第一输出15通过第三阻抗元件连接到第一节点14。而且，消除了经由第二电阻器22的DC地连接。在该实施例中，第一电压源12当然必须是AC电压源。在该实施例中，可以由电流源代替第一电压源12，并且可以省略第一阻抗元件13。该AC接地和诊断与图1的实施例类似，除了在框架2和地之间存在仅AC路径。这里，还有可能将第二节点20连接到第二输出24，以便执行两个电压的差测量。

对于框架2已经经由阻抗3按照所定义方式在外部连接到地的情况，可以简化图1到图4中所示的实施例中的每个。在这种情况下，可以省略第三电容器21和第二电阻器22。

图5示出了对于不允许向框架2中注入DC电流并且未定义(存在、不存在或未知)框架2与地之间的外部连接的情况的发明性系统1的另一个实施例。这里再次对第一、第二和第三阻抗元件13、17、25进行选择，使得第一电路端口10.1与地之间存在仅AC路径。诊断电路10包括具有信号输入26.1、参考输入26.2和输出26.3的第一跨阻抗放大器26。信号输入26.1经由第一阻抗元件13连接到第一节点14，而参考输入26.2连接到第二电压源27。第二线路7经由第四电容器28连接到第三电压源29，第三电压源29更一般地可以被视为第二电源31。可选地，第三电压源29可以是电容式负载模式测量电路的保护电压源，并且第四电容器28可以是保护电极与框架2之间的电容。在这种情况下，第二布线电阻8具有0欧姆。

在第一步骤中，第三电压源29生成AC电压，并且停用第二电压源27。电流通过第四电容器28、第二布线电阻8、第一布线电阻6、第二阻抗元件17和第一阻抗元件13流入第一跨阻抗放大器26的信号输入26.1，并且在输出26.3上生成对应的输出电压。如果在第一电路端口10.1和框架2之间的连接中存在断路，那么将没有电流流入第一跨阻抗放大器26，并且在输出26.3上没有输出电压，这可以被用作输出错误信号等的标准。然而，可忽略的电流进入信号输入26.1的另一个原因还可能是地阻抗3非常低，以至于由第三电压源29提供的所有电流基本上流入地。因此，执行第二测量步骤。接通第二电压源27，并且第二电压源27生成具有优选地与电容式测量频率不同的频率(并且如果第三电压源29为保护电压源，由此不同于第三电压源29的信号)的AC信号。由此，第一跨阻抗放大器26有助于使框架2针对电容式测量频率保持在AC地。替代性地，如果该频率相同，那么必须暂时关闭第三电压源29，这还会中断电容式测量。由于信号输入26.1处的电压跟随参考输入26.2的电压，所以信号输入26.1处的电压基本上由第二电压源27定义。因此，流动通过参考输入26.2的电流(并且因此输出26.3上的电压)指示流动通过第一布线电阻6的电流。因此，能够根据输出26.3的电压电平推断出电势中断。在该实施例中，第一输出15是可选的，并且允许检测第一电容器16的直接短路，如图1到图4的实施例中那样。也可以说，在该实施例中，第一电源11向框架2施加第一诊断信号，同时第二电源31施加第二诊断信号。

对于框架2已经经由地阻抗3按照所定义的方式在外部连接到地的情况，可以简化图5的实施例。在该情况下，可以省略第四电容器28和第三电压源29。

图6示出了允许确切测量布线电阻6和8以及地阻抗3的实施例。关于连接到第一线路5的部件，该实施例与图5中所示的实施例相同。然而，第二跨阻抗放大器36的信号输入36.1经由第四阻抗元件30连接到第三节点32，第三节点32转而经由第五阻抗元件35连接到第二线路7。就像第一节点14那样，第二节点32经由第五电容器34来AC接地，并且经由第六阻抗元件38连接到第三输出33。第二跨阻抗放大器36的参考输入36.2连接到第四电压源37。第二跨阻抗放大器36和第四电压源可以被视为第二电源31的部分。第一和第四电压源27、37均生成具有与电容式测量频率不同的频率的AC电压。这允许跨阻抗放大器26、36有助于使电路端口10.1、10.2在电容式测量频率下保持在AC地。如果电压源27、37的频率中的任一个与电容式测量频率相同，那么将无法同时执行诊断和电容式测量。

通过将AC电压源27、37设置到不同电平，可以分别通过施加在WO 1999/059003 A1或WO 2000/048010 A1中描述的方法来确定布线电阻6、8和地阻抗3。

图7示出了发明性系统1的第七实施例，其可以被视为图1和图5的实施例的组合。第二电压源27在跨阻抗放大器26的信号输入26.1上生成AC电压。类似于图1中的实施例，输出26.3的输出电压指示如针对图1中的实施例所述的戴维南等效电路的等效串联阻抗。

附图标记列表

1 系统

2 框架

3 地阻抗

4 地偏移电压

5、7 线路

6、8 布线电阻

10 诊断电路

10.1、10.2 电路端口

11、31 电源

12、27、29、37 电压源

13、17、25、30、35、38 阻抗元件

14、20、32 节点

15、24、33 输出

16、19、21、28、24 电容器

18、22 电阻器

23 电流源

26、36 跨阻抗放大器

26.1、36.1 信号输入

26.2、36.2 参考输入

26.3、36.3 输出

Claims (16)

1.一种用于接地和诊断的系统(1)，包括：

-用于安装电容式传感器的导电框架(2)；以及

-诊断电路(10)，所述框架(2)通过所述诊断电路(10)AC接地，并且所述诊断电路(10)包括经由第一线路(5)连接到所述框架(2)并且适于经由所述第一线路(5)向所述框架(2)施加诊断信号的电源(11)，所述诊断电路(10)通过第二线路(7)连接到所述框架(2)并且适于提供取决于所述诊断信号并且取决于所述框架(2)的地连接的至少一个量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述框架(2)经由所述第一线路(5)和所述第二线路(7)中的至少一个而AC接地。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述诊断电路(10)适于提供至少一个量，所述至少一个量能够确定所述框架(2)相对于地具有的地阻抗(3)或者地偏移电压(4)中的至少一个。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述电源(11)是第一电压源(12)或电流源(23)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述电源(11)经由第一阻抗元件(13)连接到所述第一线路(5)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述电源(11)经由AC接地的第一节点(14)连接到所述第一线路(5)。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述诊断电路(10)适于提供第一输出(15)的第一电压，所述第一输出(15)连接到所述第一节点(14)。

8.根据权利要求6或7中的任一项所述的系统，其特征在于，第二阻抗元件(17)连接在所述第一节点(14)和所述第一线路(5)之间。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第二线路(7)连接到至少AC接地的第二节点(20)。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述诊断电路(10)适于测量所述第一电压和连接到所述第二节点(20)的第二输出(24)的第二电压之间的差。

11.根据权利要求7到10中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一输出(15)经由第三阻抗元件(25)连接到所述第一节点(14)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述诊断电路(10)包括第二电源(31)，所述第二电源(31)经由所述第二线路(7)连接到所述框架(2)。

13.根据权利要求6到12中的任一项所述的系统，其特征在于，所述电源(11)包括第一跨阻抗放大器(26)，所述第一跨阻抗放大器(26)具有连接到第二电压源(27)的参考输入(26.2)和连接到所述第一节点(14)的信号输入(26.1)。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述第二线路(7)经由电容元件(21)连接到第三电压源(29)。

15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述诊断电路(10)包括第二跨阻抗放大器(36)，所述第二跨阻抗放大器(36)具有连接到第四电压源(37)的参考输入(36.2)和连接到第三节点(32)的信号输入(36.1)，所述第三节点(32)AC接地并且连接到所述第二线路(7)，并且所述诊断电路(10)适于提供连接到所述第三节点(32)的第三输出(33)的第三电压。

16.一种用于安装电容式传感器的导电框架(2)的诊断电路(10)，其中，所述诊断电路(10)适于使所述框架(2)AC接地，并且包括适于经由第一线路(5)连接到所述框架(2)并且经由所述第一线路(5)向所述框架(2)施加诊断信号的电源(11)，所述诊断电路(10)适于通过第二线路(7)连接到所述框架(2)并且适于提供取决于所述诊断信号并且取决于所述框架(2)的地连接的至少一个量。

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