CN1181315C - 传感器功能的故障诊断方法和装置 - Google Patents

Abstract

将物理量转换成电信号进行输出的传感器，由根据单片机输出的驱动信号由所控制的驱动电路进行驱动。当传感器的输出信号变成规定输出范围外的时候，单片机判断传感器功能出故障。并且，在单片机停止上述驱动电路的工作时，而传感器的输出信号不为一定值时，也判断为传感器功能出故障。采用本发明，即使发生传感器的输出信号落在输出范围也能检测出传感器功能故障。

Description

传感器功能的故障诊断方法和装置

技术领域

本发明涉及一种传感器功能的故障诊断方法和装置，用于采用将物理量转换成电信号进行输出的传感器，其输出的电信号输入到单片机，由此来进行输出控制的装置中。

背景技术

参照图7，说明现有传感器功能的故障诊断系统的一个例子。从驱动电路1来的输出信号S1输入到传感器2，驱动该传感器2。传感器2把物理量变换成电信号，再输出传感器输出信号S2。该传感器输出信号S2输入接口电路3。该接口电路3把传感器输出信号S2加工成单芯片微型计算机(以下，简称单片机)4能够识别的信号，而且输出电信号(数字信号)S3。

单片机4按照预先存入存储器4A的程序，把从接口电路3接到电信号S3转换成带隔断功能的控制信号S4，输出给输出电路5。输出电路5根据该控制信号S4，驱动负载6。

上述传感器输出信号S2，一般纳入传感器输出的某一输出范围内。然而，传感器2里发生功能故障，传感器输出信号S2如果变成不能纳入该输出范围，接口电路3来的电信号S3就脱离单片机4的输入范围。因此，单片机4输出故障信号S5。输出电路5一输入故障信号S5，就给故障灯7点灯。其结果，可以检测传感器输出信号S2变成不能纳入上述输出范围的这种传感器功能的故障。

可是，尽管传感器功能发生故障，而传感器输出信号S2仍然纳入上述输出范围时，从接口电路3输出的电信号S3变成什么样的信号是不明确的，检测该传感器功能就很困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传感器功能的故障诊断方法和装置，即便传感器输出的传感器输出信号落在某输出范围，也能检测出传感器功能故障。

为了达成上述的目的，本发明传感器功能的故障诊断方法是用于将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过将该电信号输入单片机来进行输出控制的装置，其特征在于，驱动上述传感器的驱动电路由上述单片机输出的驱动信号控制，在上述单片机输出驱动信号时，传感器输出正常工作时的传感器电信号；在来自上述单片机的驱动信号停止时，传感器输出预定的固定值的电信号；上述驱动信号停止时，当上述固定值的电信号没有输出时，就诊断为传感器功能出了故障。并且，本发明的传感器功能的故障诊断装置是用于具备将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过将该电信号输入单片机来进行输出控制的装置，其特征是，包括由上述单片机输出的驱动信号进行控制，驱动上述传感器的驱动电路；其中，上述单片机停止上述驱动电路的驱动，而且通过检测上述传感器输出是否是固定值，来诊断传感器功能的故障。

另外，本发明的传感器功能的故障诊断方法，用于将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过将其电信号输入单片机来进行输出控制的装置，其特征是：驱动上述传感器的驱动电路，由上述单片机输出的驱动信号进行控制；在上述单片机输出驱动信号时，传感器输出正常工作时的传感器电信号；另一方面，通过变更来自上述单片机的驱动信号频率来变更传感器的灵敏度，取得期望值的电信号；当不能取得上述期望值的电信号时，就诊断为传感器功能出了故障。

另外，本发明的传感器功能的故障诊断装置，用于包括将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过输入该电信号来进行输出控制的单片机的输出控制装置中，其特征是：包括由上述单片机输出的驱动信号控制的、驱动上述传感器的驱动电路；上述单片机变更供给上述驱动电路的驱动信号频率，当不能取得期望值的传感器输出时，就诊断为传感器功能出了故障。

采用本发明，也可以检测传感器输出落在输出范围内的传感器功能的故障。

附图说明

图1表示本发明一个实施例的传感器功能的故障诊断系统框图。

图2表示单片机工作概要流程图。

图3表示本发明一个具体例的倾斜传感器的故障诊断系统框图。

图4A～4C表示倾斜传感器的电极与介电性液体的液面的关系图。

图5是图3中对倾斜传感器角度的输出电压特性图。

图6是图3中表示频率相关性对倾斜传感器角度的输出电压特性图。

图7表示现有传感器功能的故障诊断系统框图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明。图1是表示本发明一个实施例的传感器功能的故障诊断系统框图。

图中，单片机14按照预先存入存储器14A的程序输出驱动信号S16(例如，时钟)，该驱动信号S16输入驱动电路11。从驱动电路11来的输出信号S11，输入传感器12并驱动该传感器12。传感器12将物理量转换成电信号，而输出传感器输出信号S12。该传感器输出信号S12输入到接口电路13。该接口电路13把传感器输出信号S12加工成单片机14能识别的信号，并输出电信号(数字信号)S13。

单片机14按照一向存入存储器14A的程序，把从接口电路13接到的电信号S13转换成带有规定功能的控制信号S14，并输出给输出电路15。输出电路15根据该控制信号S14，驱动负载16。

再者，单片机14一旦随驱动信号S16使驱动电路11停止工作，传感器12就输出预定的一定的传感器输出信号S12。接口电路13接收该固定的传感器输出信号S12，输出与其对应的固定电信号(数字信号)S13。

在这里，尽管传感器12发生故障，但是假定从传感器12输出在某输出范围内的传感器输出信号S12的情况。这时，由于单片机14停止驱动信号S16，使驱动电路11停止工作，从传感器12变成没有输出上述预定的固定的传感器输出信号S12，从接口电路13也变成没有上述固定的电信号S13。其结果，单片机14判断为传感器12发生故障，并向输出电路15输出故障信号S15。因此，输出电路15给故障灯17点灯。

另外，因为传感器12的故障，传感器输出信号S12变成不能纳入上述输出范围内时，从接口电路13来的电信号S13就会脱离单片机14的输入范围。因此，单片机14输出故障信号S15，点亮故障灯17，所说故障诊断就跟现有装置同样。

图2是说明单片机14工作的流程图。在步骤S1，执行是否是故障诊断模式的判断，该判断为否定(执行模式)时，进到步骤S2，驱动驱动电路11。在步骤S3，对从接口电路13来的电信号S13执行是否是在规定的输出范围内的判断。该判断为肯定时，进到步骤S4，并判断为传感器12是正常的。在步骤S5，驱动负载16，在步骤S6，执行是否接到结束驱动传感器12意旨的指令。如果该判断为肯定，就结束工作，如果为否定，则返回步骤S1。这样，正常工作时，重复步骤S1～S6，然而只要步骤S3的判断变成否定，单片机14就判断为传感器2发生功能故障，前进到步骤S12，给故障灯17点灯。

其次，上述步骤S1的判断变成肯定，一进入故障诊断模式，就前进到步骤S8，单片机14停止驱动电路11的工作。在步骤S9，对接口电路13来的电信号S13执行是否是预定的固定值的判断，该判断为肯定时，前进到步骤S10，并判断传感器12正常。另一方面，步骤S9的判断为否定时，进到步骤S11，并判断为传感器12异常。而且，进到步骤S12，点亮故障指示灯17。

以上这样，单片机14就可以检测传感器12的故障。

其次，举出具体例说明本发明。图3是利用倾斜传感器检测介电性液体的液面倾斜作为静电电容的变化，把由单片机输出的驱动信号控制的倾斜传感器的倾斜角度转换成电信号，通过把该电信号输入单片机进行输出控制的装置框图。

单片机24按照预先存入存储器24A的程序，产生时钟信号S26，将该时钟信号S26供给作为驱动电路的缓冲电路(例如，C-MOS反相器)21。缓冲电路21对该时钟信号S26进行波形整形，例如校正波形的衰减，波形整形后的时钟信号S21供给倾斜传感器22。

倾斜传感器22，作为静电电容的变化检测介电性液体的倾斜。该倾斜传感器22由随倾斜而变化的静电电容器22C、22D和把该2个静电电容转换成电压的C-V变换器22A、22B构成，从该C-V变换器22A、22B分别输出输出电压V1、V2。这样一来，将倾斜角度转换成(V2-V1)。另外，该倾斜传感器22的原理和构造是已知的，以下简单说明。

图4A、图4B、和图C是典型地表示倾斜传感器22及其倾角θ图。倾斜传感器22是由共同电极30、两端被切除大致半圆形的第1电极31a、第2电极31b、收容于该共同电极30与第1、第2电极31a、31b之间的介电性液体34构成，上述共同电极30与第1、第2电极31a、31b平行而且间隔规定距离配置起来。

倾角θ＝0时，如图4A所示的那样，介电性液体34的液面34a达不到第1电极31a，另一方面，完全浸没第2电极31b。因而，第1电极31a的静电电容C1与第2电极31b的静电电容C2之差增加最多，即上述(V2-V1)的绝对值变成最大。其次，θ＞0、θ＜0时，分别成为如图4B、图C所示，第1电极31a的静电电容C1与第2电极31b的静电电容C2之差的绝对值，随着θ沿正或负方向增大而减少。

并且，如果倾角θ沿正或负方向增大，(V2-V1)的绝对值按2次函数方式减少。

作为上述接口电路的放大电路23是由2个运算放大器23A、23B、基准电压(Vref)23C、电阻23D～23G(R1～R4)构成，上述倾斜传感器22的输出电压V1、V2分别输入到运算放大器23A、23B。放大电路23的输出信号S23以下述的(1)式表示。

S23＝-[(R1+1)/R2]×V2-V1+Vref...(1)

但是，R1＝R4、R2＝R3。

在这里，通过R1与R2之比，将输出信号S23调整到单片机24能识别的范围(增益)进行输出。例如，设定在1V～4V的电压范围。并且，(V2-V1)的绝对值按2次函数方式变化。

单片机24按照预先存入存储器24A内的程序和输出信号S23，识别倾斜角度，并向输出电路25输出输出信号S24。输出电路25，根据输出信号S24驱动负载26。

在这里，应设定输出信号S23使其在一定电压范围内进行输出(例如，1V～4V)。倾斜传感器22输出异常电压V1、V2，当输出信号S23的输出电压脱离所设定的电压范围时，单片机24按照预先存入存储器24A内的程序，判断为倾斜传感器22发生故障。而且，输出故障信号S25，通过输出电路25点亮故障灯27。

并且，倾斜传感器22用时钟信号S21进行驱动，时钟信号S21停止(固定于“H”或“L”)时，倾斜传感器22的输出(V1-V2)为0，由上述式(1)，输出信号S23变成S23＝Vref。就是，倾斜传感器22如果正常，时钟信号S21停止时，就变成向单片机24输入固定电压Vref。

换句话说，单片机24在停止时钟信号S26时的输出信号S23电压只要是所说Vref的期望值，传感器功能就正常，只要是非期望值的Vref以外的电压，传感器功能就异常，即可判断为故障。

并且，作为静电电容的变化，测定介电性液体倾斜度的倾斜传感器的灵敏度依存于时钟频率。因而，不停止时钟而采用变更频率的办法，变更倾斜传感器的灵敏度，获得期望值的故障诊断方法也可以。

图5是表示对于用差动放大电路放大作为静电电容的变化测定上述介电性液体的液面倾斜度的倾斜传感器输出时的代表性角度的输出电压图。图中直线a表示单片机24停止发送时钟信号S21时(故障诊断模式)的特性，曲线b表示单片机24发送时钟信号S21时(执行模式)的特性。如图所示，在执行模式时，倾角θ＝0的情况下输出电压为最低，倾角θ如果沿正或负方向加大，就会按2次函数增大。

图6是表示用差动放大电路放大作为静电电容的变化测定上述介电性液体的液面倾斜度的倾斜传感器输出时的频率依存性图。如图所示，随着时钟频率降低，输出电压的特性向上方推移。

如上所述，采用本发明，按照预先存入单片机的程序，进行自动传感器功能的确认，因而早期就可能诊断传感器功能的故障，并向外部通知故障，防止误动作，同时可以提高安全性。

另外，本发明并不是限定于上述的实施例，而是基于本发明的构思，种种变形都有可能，而且不能把这些排除在本发明的范围之外。

采用本发明，按照预先存入单片机的程序，进行自动传感器功能的确认，因而早期就可能诊断传感器功能的故障，并向外部通知故障。

Claims (10)

1.一种传感器功能的故障诊断方法，用于将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过将其电信号输入单片机来进行输出控制的装置，其特征是：

驱动上述传感器的驱动电路，由上述单片机输出的驱动信号进行控制；

在上述单片机输出驱动信号时，传感器输出正常工作时的传感器电信号，另一方面，在来自上述单片机的驱动信号停止时，传感器输出预定的固定值的电信号；以及

上述驱动信号停止时，当上述固定值的电信号没有输出时，就诊断为传感器功能出了故障。

2.根据权利要求1所述的传感器功能的故障诊断方法，其特征是：

上述单片机具有预先存储的程序，自动执行传感器功能的确认。

3.一种传感器功能的故障诊断方法，用于将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过将该电信号输入单片机来进行输出控制的装置，其特征是：

驱动上述传感器的驱动电路，由上述单片机输出的驱动信号进行控制；

在上述单片机输出驱动信号时，传感器输出正常工作时的传感器电信号；

另一方面，通过变更来自上述单片机的驱动信号频率来变更传感器的灵敏度，取得期望值的电信号；当不能取得上述期望值的电信号时，就诊断为传感器功能出了故障。

4.根据权利要求3所述的传感器功能的故障诊断方法，其特征是：

上述单片机具有预先存储的程序，自动执行传感器功能的确认。

5.一种传感器功能的故障诊断装置，用于包括将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过输入该电信号来进行输出控制的单片机的输出控制装置中，其特征是：

包括由上述单片机输出的驱动信号控制的、驱动上述传感器的驱动电路；其中

上述单片机停止上述驱动电路的驱动，而且通过检测上述传感器输出是否是固定值，来诊断传感器功能的故障。

6.根据权利要求5所述的传感器功能的故障诊断装置，其特征是：

上述驱动电路是由用于对从单片机输出的信号进行波形整形的缓冲电路构成。

7.根据权利要求5所述的传感器功能的故障诊断装置，其特征是：

还包括放大上述传感器的输出，并将该放大后的信号送给上述单片机的接口电路。

8.一种传感器功能的故障诊断装置，用于包括将物理量转换成电信号并输出的传感器和通过输入该电信号来进行输出控制的单片机的输出控制装置中，其特征是：

包括由上述单片机输出的驱动信号控制的、驱动上述传感器的驱动电路；其中

上述单片机变更供给上述驱动电路的驱动信号频率，当不能取得期望值的传感器输出时，就诊断为传感器功能出了故障。

9.根据权利要求8所述的传感器功能的故障诊断装置，其特征是：

上述驱动电路是由用于对从单片机输出的信号进行波形整形的缓冲电路构成。

10.根据权利要求8所述的传感器功能的故障诊断装置，其特征是：还包括放大上述传感器的输出，并将该放大后的信号送给上述单片机的接口电路。

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