DE10008560A1

DE10008560A1 - Vibrationssensor

Info

Publication number: DE10008560A1
Application number: DE2000108560
Authority: DE
Inventors: Juergen Gerwien
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-30

Abstract

Ein Vibrationssensor (1) besteht aus einem Vibrationen erfassenden Element (2), einem auslesbaren elektronischen Datenblatt (transducer electronic data sheet: TEDS) (5) und einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung der erfassten Vibrationen und der auslesbaren Daten. An oder auf dem elektronischen Datenblatt (5) befindet sich ein Element (7) zur Temperaturmessung, so dass die Temperatur des Vibrationssensors (1) überwacht werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationssensor, bestehend aus einem Vibrationen erfassenden Element, einem auslesbaren elektronischen Datenblatt (transducer electronic data sheet: TEDS) und einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung der erfassten Vibrationen und der auslesbaren Daten.

Ein derartiger Vibrationssensor ist durch die Zeitschrift "elektronik industrie", Nr. 5, S. 33- 34, 1999 bekannt geworden.

Bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren werden intelligente Vibrationssensoren eingesetzt, um bauartbedingte Vibrationen zu messen. In Abhängigkeit vom gewählten Messort, z. B. in der Nähe eines Abgaskrümmers, ist der Vibrationssensor sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Oft übersteigen diese Temperaturen die zulässige Höchsttemperatur, so dass es zu ungenauen Messungen oder gar zur Zerstörung des Vibrationssensors kommt. Es ist bekannt, außen am Vibrationssensor einen Temperatursensor zu installieren, um die Temperatur kontrollieren zu können. Allerdings erfordert dies zusätzliche Anschlussleitungen und einen größeren Platzbedarf. Weiterhin ist damit ein erhöhter Arbeitsaufwand verbunden.

Bei dem aus der Zeitschrift "elektronik industrie" bekannten Vibrationssensor handelt es sich um einen sogenannten Mixed-Mode-Sensor. Das bedeutet, dass über die Schnittstelle des Vibrationssensors sowohl analoge als auch digitale Signale übertragen werden können. Die analogen Signale stammen von einem im Vibrationssensor angeordneten, Vibrationen erfassenden Element und die digitalen Signale stammen von einem TEDS. Der Vibrationssensor ist an eine Auswerteeinheit angeschlossen, welches die digitalen Daten von den analogen Messsignalen trennt. Im TEDS sind Daten wie Identifikations-Parameter (Name des Herstellers, Modellbezeichnung, Herstellungsdatum), Device-Parameter (Sensorart, Empfindlichkeit), Kalibrier-Parameter (letztes Kalibrier-Datum, Korrekturfaktoren) und Anwendungsparameter (Kanal- Identifikation, Gruppen-Identifikation, Montageort, Messkoordinaten) abgelegt, die zur Selbstidentifikation des Vibrationssensors dienen. Die letzten beiden Parametersätze sind veränderliche Daten, die in den Vibrationssensor eingelesen werden müssen, um im TEDS gespeichert werden zu können. Deshalb ist der Vibrationssensor mit einer Schnittstellenlogik (Interfacelogik) ausgestattet, die den Austausch digitaler Informationen steuert. Allerdings weisen solche Vibrationssensoren keine Einrichtung auf, die vor Überhitzen warnt und die es erlaubt, die Messdaten in Abhängigkeit der Betriebstemperatur zu analysieren.

In der DE 196 49 679 A1 wird ein Vibrationssensor ohne Intelligenz beschrieben, der eine Schwingungsplatte und ein an der Oberseite der Schwingungsplatte befestigtes Vibrationen erfassendes piezoelektrisches Element einschließt. Außerdem ist ein temperaturkompensierendes piezoelektrisches Element an der Oberseite der Schwingungsplatte befestigt. Ein Abdeckelement zum Abdecken der Schwingungsplatte und Durchführleitungen, die mit den jeweiligen piezoelektrischen Elementen verbunden sind, sind ebenfalls vorgesehen. Das temperaturkompensierende piezoelektrische Element soll die Temperaturänderungen in der Umgebung des Vibrationssensor erfassen und die mit diesem Sensor gemessenen Signale entsprechend korrigieren.

Die JP-PS 10227700 lehrt es, einen einfachen Vibrationssensor und einen Temperatursensor in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen intelligenten Vibrationssensor mit einem Element zur Temperaturmessung auf möglichst einfache Weise auszurüsten.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem intelligenten Vibrationssensor, an oder auf dessen elektronischem Datenblatt sich ein Element zur Temperaturmessung befindet.

Das Element zur Temperaturmessung ist ein integraler Bestandteil des Vibrationssensors, so dass kein zusätzlicher Platzbedarf außerhalb des Vibrationssensors entsteht. Das Element zur Temperaturmessung (Thermometer) kann sehr klein gehalten werden und benötigt kein separates Gehäuse. Durch das Anbringen des Elements zur Temperaturmessung ändert sich die Größe des gesamten Vibrationssensors kaum. Das TEDS wird zur Halterung des Elements zur Temperaturmessung genutzt.

Bevorzugterweise ist das Element zur Temperaturmessung in das elektronische Datenblatt vollständig integriert, wobei die gemessenen Temperaturwerte über eine in das elektronische Datenblatt integrierte Schaltung auslesbar sind. Das Element zur Temperaturmessung muss nicht separat eingebaut und verkabelt werden (plug-and-play- Funktion). Dies führt zu einer deutlichen Zeitersparnis, wenn man bedenkt, dass bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren eine Vielzahl solcher Vibrationssensoren verwendet werden.

Es besteht ein größtmöglicher Schutz vor Überhitzung der inneren Bauteile des Vibrationssensors, weil das entsprechende Element die Temperatur dieser Bauteile erfassen kann.

Ferner kann die gemessene Temperatur wie die anderen Daten des Vibrationssensors über eine einzige Schnittstelle übertragen werden, so dass keine zusätzlichen Anschlusskabel für das Element zur Temperaturmessung benötigt werden.

Vorteilhafterweise ist im Vibrationssensor eine Einrichtung zur A/D-Wandlung vorgesehen. Mit dem A/D-Wandler können die gemessenen analogen Signale in digitale Information gewandelt werden. Durch eine integrierte Signalauswertung wie z. B. FFT- Analyse können Datenströme reduziert werden und wichtige Entscheidungen direkt am Messort getroffen werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung beschrieben, deren

Figur eine prinzipielle Darstellung eines intelligenten Vibrationssensors zeigt.

In der Figur ist der Aufbau eines Vibrationssensors 1 dargestellt, der ein Vibrationen erfassendes Element 2, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, aufweist, um bauartbedingte Vibrationen von Teilen eines Kraftfahrzeugs zu messen. So können z. B. die im Bereich des Verbrennungsmotors auftretenden Vibrationen oder Schwingungen erfasst werden. Die durch das Element 2 erfassten Vibrationen werden über eine Datenleitung 3 und eine Schnittstelle zur Weiterverarbeitung an eine Auswerteeinheit 4 abgegeben.

Der Vibrationssensor 1 ist mit einem auslesbaren elektronischen Datenblatt (transducer electronic data sheet: TEDS) 5 ausgestattet. Auf dem TEDS, einer integrierten elektronischen Schaltung oder Chip, sind Identifikationsparameter, Device-Parameter, Kalibrier-Parameter und Anwendungsparameter gespeichert, die über eine Datenleitung 6 ausgelesen werden können. Es versteht sich, dass der vollständige elektronische Aufbau und die vollständige Verschaltung innerhalb des Vibrationssensors 1 in der Figur nicht gezeigt sind, weil dies in bekannter Weise ausgeführt ist und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Auf dem elektronischen Datenblatt 5 ist ein Element 7 zur Temperaturmessung untergebracht, mit dem die am Vibrationssensor 1 auftretende Temperatur gemessen werden kann. Die gemessenen Temperaturwerte des Elements 7 zur Temperaturmessung werden über eine Datenleitung 8 und eine Schnittstelle ebenfalls an die Auswerteeinheit 4 übertragen. Das Element 7 zur Temperaturmessung und seine Verschaltung sind vollständig in das elektronische Datenblatt 5 eingearbeitet und können gemeinsam mit diesem aus dem Vibrationssensor 1 herausgenommen, ausgetauscht und wieder eingesetzt werden. Die Kontaktierung durch Steck- oder Schleifkontakte erfolgt beim Einsetzen des elektronischen Datenblatts 5 (Plug-and-Play).

Der Vibrationssensor 1 ist zum Messen von Schwingungen im Bereich des Verbrennungsmotors geeignet, weil eine kontinuierliche Temperaturüberwachung des Vibrationssensors 1 in der Nähe heißer Bauteile des Verbrennungsmotors stattfindet.

Weiterhin ermöglicht die Temperaturmessung im Vibrationssensor 1 die Warnung vor einer Überschreitung der Grenztemperatur und somit eine Vermeidung der Zerstörung des Vibrationssensors 1, dessen Arbeitsbereich in der Regel zwischen -55 und +125°C liegt. Die gemessene Temperatur kann dazu verwendet werden, temperaturabhängige Vibrationsmessfehler zu ermitteln.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Vibrationssensor

2

Element zur Erfassung von Vibrationen

3

Datenleitung

4

Auswerteeinheit

5

TEDS

6

Datenleitung

7

Element zur Temperaturmessung

8

Datenleitung

Claims

1. Vibrationssensor (1), bestehend aus einem Vibrationen erfassenden Element (2), einem auslesbaren elektronischen Datenblatt (transducer electronic data sheet: TEDS) (5) und einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung der erfassten Vibrationen und der auslesbaren Daten, dadurch gekennzeichnet, dass sich an oder auf dem elektronischen Datenblatt (5) ein Element (7) zur Temperaturmessung befindet.

2. Vibrationssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (7) zur Temperaturmessung in das elektronische Datenblatt (5) vollständig integriert ist, wobei die gemessenen Temperaturwerte über eine in das elektronische Datenblatt (5) integrierte Schaltung auslesbar sind.

3. Vibrationssensor nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Schnittstelle zur Datenübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Temperaturwerte über die Schnittstelle des Vibrationssensors (1) an eine Auswerteeinheit (4) übertragbar sind.