CN1543563A

CN1543563A - 具有比率计频率输出的测试系统

Info

Publication number: CN1543563A
Application number: CNA028161572A
Authority: CN
Inventors: R・雷施尔; R·雷施尔; 揽四; J·布吕克纳; 芈薅曼; M·施特罗尔曼; 崂�; M·纽舍勒; 了固囟; H·罗伊斯特尔; す尔格; A·－W·哈尔格
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-18
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-11-03
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: EP1421336A1; WO2003019116A1; US7012418B2; DE10140617A1; RU2004108050A; US20040183516A1; CN1253695C; RU2291451C2; KR20040030970A; JP4695833B2; JP2005500634A; EP1421336B1

Abstract

本发明描述了一种带有传输数字信号到评估单元数字接口的测量装置，其中该接口有一个输入系统时钟的时钟输入端，一个输入测量信号的信号输入端，一个由时钟信号和测量信号导出输出信号的计算单元，和一个用于输出输出信号并传送给评估单元的信号输出端。为了提高测量精度，提出传输一个由时钟信号导出的参考信号，并且该参考信号用于校正输出信号。

Description

具有比率计频率输出的测试系统

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的测试系统，和按照权利要求14提高这类系统测试精度的方法。

带有一个或多个传感器及相应评估单元的测试系统用途很广。为了分析这类测试系统的基本结构，下面将以由Kfz-技术而出名的空气流量传感器为例进一步说明。当然，本专利并不局限于空气流量传感器。

为了能确定流动介质例如空气的流通量，发动机喷射装置含有一个质量流量测试仪，在本文献中亦称之为空气流量传感器。使用这类已知的质量流量传感器时，传感元件被置于燃气轮机吸气管的气流中。该传感元件同时包含一个加热器和测量电阻，而测量电阻由于气流对流的冷却作用会出现电阻值变化。通过吸气管流动的气流量仍会由测试电桥失调测得。传感器最终将测量信号传送给远处配置的评估单元。

为此目的，空气流量传感器还包含一个用于传输该测量信号的(数字)接口。评估单元从接收到的信号中提取有用信息并进行评估分析。

这样一种带数字接口的测量系统的一个典型例子示于图3。图示所描述测量系统包含一个带有将数字信号传送到评估单元2的数字接口5的测量装置1。测量装置1和评估单元2通过电线11相互连接。

接口5基本上基于数字开关技术且包含一个时钟输入端3，在该输入端输入有某个特定频率(例如10MHz)的时钟信号，和一个信号输入端10，在该输入端输入传感器测量信号。

接口5还包含一个计算单元6，其对测量信号进行加工处理并将相应的信号传送给接口5的信号输出端7。

输出信号通常是一个由系统时钟和测量信号导出的信号。因此，时钟信号和输出信号之间大多存在着线性关系。

有用信息(测量值)的传输基本上可借助于所有已知的传输方法例如像调制方法来传输。不过有用信息也可以映像在输出信号的占空因数中或在输出信号的频率以及周期中。

就已知的系统来看有用信号通常含在输出信号的周期中，因为这样一种编码一方面相对易于实现，而另一方面这样可能得到很高的测量精度。

在时钟输入端3处的系统时钟产生于一个时钟发生器4，例如一个振荡器或石英。这类振荡器或石英会存在高的容差以及时钟起伏。系统时钟偏差当然也直接成正比地影响着输出信号并由此对测量精度产生重大影响。

这类测量系统在用于特别是测量值范围较大时预先规定的对测量容差要求就很难实现，除非采用高精度石英或振荡器。然而高精确石英毕竟相应昂贵，会因成本原因而难以集成。

因此，本发明的任务是，建立一个测量系统，其可采用成本适宜的石英或振荡器，能使测量误差减小。

解决这一问题的途径就是按照权利要求1的特征及采用权利要求14的方法。本发明的进一步构型为子权利要求的内容。

本发现的基本思路在于，由系统时钟导出一个附加的参考信号并传送到评估单元。该参考信号用来计算一个修正因数，该修正因数等于时钟频率与额定时钟频率的偏差量，从而也给出测量输出信号与无偏差输出信号的频率或周期的偏差。该修正因数在对输出信号进行评估计算时予以考虑，也就是说，参考信号的频率偏差用来修正输出信号。

参考信号的频率及其周期最好是比时钟信号的频率小因数N倍且特别是处在低于100Hz的范围，特别是低于50Hz，并且最好为大约20Hz。对比之下，时钟信号有比如说10MHz的频率。

按照本发明的一个优选构型，传感器接口有一个频率变化的信号输出端，即输出信号与测量信号相关联具有不同的周期。

按照本发明的一个优选构型，评估单元包含一个计算单元，以计算特别是修正因数，用于修正来自于参考信号的输出信号。

按照本发明的测量系统可以用于例如汽车技术以优化燃料喷射。在这种情况下该测量系统包含一个空气流量测量仪和一个相应的评估单元。

为了补偿传感器特性曲线的温度特性该空气流量测量仪最好包含一个温度传感器，其测量值同样传送给评估单元。

该温度值最好与参考信号一同传输。按照本发明优选的构型，该温度值含在参考信号的占空因数中。不过温度值也可通过其它的传输途径或者借助于其它的传输方法来传输。

按照本发明的一个优选构型，输出信号的周期量化为步长＜＝500ns，并且最好为＜＝200ns。输出信号的频率最好约在1.5～12kHz之间。

测量值传输尤其是按标准特性曲线来实现，即测量值最好归一化，并且从而与测量处当时的几何尺寸例如发动机吸管的大小无关。

测量装置的特性曲线例如是一个n阶多项式且尤其是一个3阶多项式。

本发明下面将借助于附图通过举例进行详细说明。具体为：

图1按本发明一个实施构型的带数字接口的测量系统原理图；

图2传感器接口和评估单元连接图；

图3带数字接口的已知测量系统原理图。

图1示出的测量系统包含测量装置1和评估单元2。两者通过电线11相互连接。

测量装置1包含一个用于传输数字信号到评估单元2的接口5，接口5有一个时钟输入端3和一个信号输入端10。

从时钟输入端3输入的时钟由时钟发生器4例如石英或振荡器产生，并且具有一个大约10MHz的频率，该频率则依时钟发生器品质因数而具有相当高的偏差及起伏。

测量装置1基本上基于数字的信号处理，并且向接口5传送数字测量信号。在接口5中包含的计算单元处理传来的时钟信号和测量信号，并且由此计算出一个输出信号，该输出信号的频率以及周期与测量信号相关。该输出信号也是一个由系统时钟和测量值导出的带变化周期的信号。系统时钟信号周期和输出信号周期之间尤其是存在线性关系。

因此包含在输出信号的周期以及频率中的有用信息，即测量值，具有与时钟信号相同的偏差。

为补偿这些偏差，产生一个由时钟信号导出的参考信号。该参考信号通过接口5的参考信号输出端13传送给评估单元2，并且具有一个约20Hz的相对低的频率。

参考信号周期的偏差在评估测量信号时予以计及。因此，在评估单元2中包含的计算单元9计算出一个修正因数k，具有：

k = \frac{T_{SOLL}}{T_{IST}}

式中：

T_SOLL为所期望的参考信号周期值，T_IST为实际测得的参考信号周期值。这也就实现了比率计测量。

计算单元9最终在计及了修正因数k后求出正确的测量值，例如在一个通道中流动的空气流量。

在本例中应用的特性曲线是一个三阶多项式，其作为最大空气流量百分数得到结果如下：

\frac{m}{m_{\max}} = \frac{1}{a} + \frac{1}{b} (\frac{T_{0} - T_{k}}{T_{norm}}) + {(\frac{T_{0} - T_{k}}{T_{norm}})}^{3}

式中：

a：标准特性曲线绝对部分；

b：标准特性曲线线性部分；

T0：特性曲线屈服点；

Tnorm特性曲线区域和

TK：修正后的周期。

其中修正后的周期由下式得到：

TK＝k*T_M

式中T_M为测量的周期。

图2详细示出了数字接口5和评估单元2(发动机控制器)的连接。数字接口5有一个时钟输入端3和一个信号输入端10。接口5是像ASIC那样来实现，并且还有一个用于第一个测量信号(空气流量)的信号输出端12和一个用于参考信号及第二个测量信号(温度)的信号输出端13。

信号输出端12和13两者各自与阻抗R1、R2以及依据流量配置的电容C1、C2相连接。这里电容C1、C2用于排除高频干扰部分，特别是用于遵守EMV规程。

用于确定空气流量的测量信号通过导线11和用于确定温度的测量信号通过导线14传送给发动机控制器。

所传输信号信息的评估按照规一化标准特性曲线进行，使得发动机控制器通过一定的计算操作可求出空气流量和温度的物理值。

发动机控制器还包含一个工作电路以产生一个高电平。该工作电路包含电阻R3和R4，它们各自的一个接头分别与传输导线11、14相连，和其另一个接头与供电电压U_pu相连。

为了去除导线11、14的干扰还设置依据流量配置的电容C3、C4。

进一步，发动机控制器包括用于各导线11、14的一个RC低通滤波器来保护串连的控制器(未示出)。RC低通滤波器包含电阻R5、R6和电容C5、C6。

测量装置的开关时钟边缘在上升时间和下降时间是受限的，其中上升时间首先通过工作电路在发动机控制器中得以确定。

测量装置的末级有保护措施免于受通常像ESD、EMV-辐射、干扰时钟等环境因素的影响，并且也会在误操作如短路时发挥作用。

参考符号表

1 测量装置

2 评估单元

3 时钟输入端

4 时钟发生器

5 接口

6 计算单元

7 信号输出端

8 参考信号输出端

9 计算单元

10 信号输入端

11 电线

12 信号输出端

13 参考信号输出端

14 电线

R1-R6 电阻

C1-C6 电容

Claims

1.测量系统，包含带数字接口(5)和评估单元(2)的测量装置(1)，其中接口(5)具有：

-一个时钟输入端(3)，连有一个时钟发生器(4)，

-一个信号输入端(10)，该输入端输入测量信号，

-一个计算单元(6)，其产生一个由时钟信号和测量信号导出的输出信号，和

-一个信号输出端(12)，该输出端输出信号并传送给评估单元(2)，

其特征在于，接口(5)具有另一个信号输出端(13)，该输出端输出一个由时钟信号导出的参考信号，该参考信号被评估单元(2)用来修正输出信号。

2.按照权利要求1的测量系统，其特征在于，参考信号的频率比时钟信号频率小因数N倍。

3.按权利要求1或2的测量系统，其特征在于，输出信号依赖于测量信号具有不同的周期。

4.按照前述权利要求之一的测量系统，其特征在于，评估单元(2)具有一个计算单元(9)，用于计算修正输出信号的修正因数。

5.按照前述权利要求之一的测量系统，其特征在于，测量装置(1)具有第二个传感器，其将测量值传向评估单元(2)。

6.按照权利要求5的测量系统，其特征在于，第二个传感器的测量值是与参考信号一起传输的。

7.按权利要求6的测量系统，其特征在于，第二个传感器的测量值含在参考信号的占空因数中。

8.按照前述权利要求之一的测量系统，其特征在于，测量装置(1)为一空气流量测试仪，而评估单元(2)为一发动机控制器。

9.按照前述权利要求之一的测量系统，其特征在于，输出信号的周期量化为步长＜＝500ns，特别＜＝200ns。

10.按照前述权利要求之一的测量系统，其特征在于，评估单元(2)具有一个计算单元(9)，其分析处理输出信号。

11.按照权利要求10的测量系统，其特征在于，测量装置的特性曲线为一个n阶多项式，特别是一个3阶多项式。

12.按照前述权利要求之一的测量系统，其特征在于，参考信号的频率＜100Hz，特别是＜50Hz，最好约为20Hz。

13.按照前述权利要求之一的测量系统，其特征在于，输出信号频率位于1.5至12kHz之间。

14.对带输入测量信号及时钟信号数字接口的测量装置的输出信号进行修正的方法，其特征在于以下步骤：

-产生一个由时钟信号和测量信号导出的输出信号并且将输出信号传送给评估单元(2)；

-产生一个由时钟信号导出的参考信号并且将参考信号传送给评估单元(2)；

-分析处理输出信号，其中输出信号的偏差借助于参考信号得以修正。

15.按照权利要求14的方法，其特征在于，计算一个修正因数，该修正因数给出参考信号与额定值的偏差。

16.按照前述方法权利要求之一的方法，其特征在于，输出信号的周期借助于参考信号得以修正。