DE102004033956A1 - Sensoranordnung und Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Sensoren mit Membran - Google Patents

Sensoranordnung und Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Sensoren mit Membran Download PDF

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Abstract

Es werden eine Sensoranordnung mit mindestens einem Sensorelement (1), das mindestens eine Membran aufweist, und mit Mitteln zum Erfassen und Auswerten der Membrandeformation und ein Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren mit einer Membran vorgeschlagen, womit sich auch das Deformationsverhalten der Membran, also die zur Signalerfassung wesentlichen mechanischen Eigenschaften der Membran, im Selbsttest überprüfen lassen. DOLLAR A Dazu ist die Sensoranordnung mit Diagnosemitteln zum Überprüfen des Deformationsverhaltens der Membran ausgestattet, die Mittel zum Erzeugen einer definierten auf die Membran wirkenden Kraft umfassen, die wiederum einem definierten Soll-Signal des funktionsfähigen Sensors entspricht. Das durch die definierte Kraft verursachte Ist-Signal des Sensors wird ausgewertet, wobei das Ist-Signal mit dem Soll-Signal verglichen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere zur Erfassung von Druckschwankungen, mit mindestens einem Sensorelement, das mindestens eine Membran aufweist, und mit Mitteln zum Erfassen und Auswerten der Membrandeformationen.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren mit einer Membran.
  • Es sind verschiedene Möglichkeiten zum Erfassen der Membrandeformationen und damit des auf das Sensorelement wirkenden Drucks bekannt. Dazu werden in der Praxis häufig Dehnmessstreifen oder piezoelektrische Schichtsysteme verwendet, die auf der Membran angeordnet sind. Die Erfassung kann aber auch kapazitiv oder mit Hilfe von magnetoelektrischen Schichtsystemen im Bereich der Membran erfolgen.
  • Ein Anwendungsgebiet für die hier in Rede stehenden Sensoranordnungen sind Kfz-Sicherheitssysteme zur Crasherkennung. Bei Verwendung in einem Kfz-Sicherheitssystem wird in der Regel ein initialer Selbsttest durchgeführt, bei dem mit Hilfe von elektronisch generierten Testsignalen die gesamte Signalverarbeitungskette in der Signalerfassungs- und -auswerteelektronik geprüft wird. Tritt dabei ein Fehler auf, so wird beim Einschalten des Systems ein Fehlercode an das dazugehörige Steuergerät gesendet und der entsprechende Drucksensor wird deaktiviert. Nur bei korrekter Funktionsweise der Signalverarbeitungskette geht das System in den normalen Betriebsmodus über.
  • Als problematisch in diesem Zusammenhang erweist sich, dass die mechanischen Eigenschaften des Sensorelements selbst und insbesondere das Deformationsverhalten der Membran nicht überprüft werden. Ein diesbezüglicher Fehler, beispielsweise ein Knick oder Riss in der Membran oder eine veränderte Kennlinie des Sensorelements bedingt durch Alterung, Membranverschmutzungen oder Ähnliches, kann mit dieser Art des Selbsttests nicht erkannt werden. Tritt kein Fehler bei der Überprüfung der Signalverarbeitungskette auf, dann geht das System auch mit defektem Sensorelement in den normalen Betriebsmodus über. Auf diese Weise kann es zu einem gefährlichen Fehlverhalten des Sicherheitssystems kommen, da beispielsweise das Signal eines Membranrisses nicht zu trennen ist von einem sehr schweren Crashsignal.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren mit einer Membran vorgeschlagen, womit sich auch das Deformationsverhalten der Membran, also die zur Signalerfassung wesentlichen mechanischen Eigenschaften der Membran, im Selbsttest überprüfen lassen.
  • Dazu ist die Sensoranordnung erfindungsgemäß mit Diagnosemitteln zum Überprüfen des Deformationsverhaltens der Membran ausgestattet. Diese Diagnosemittel umfassen Mittel zum Erzeugen einer definierten auf die Membranwirkenden Kraft, die einem definierten Soll-Signal des funktionsfähigen Sensors entspricht. Das durch die definierte Kraft verursachte Ist-Signal des Sensors wird dann ausgewertet, wobei das Ist-Signal mit dem Soll-Signal verglichen wird.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass neben der Signalverarbeitung zur Auswertung des erfassten Sensorsignals auch die Komponente der Sensoranordnung überprüft werden sollte, mit der die eigentliche Signalerfassung erfolgt. Dazu soll die Membran erfindungsgemäß mit einer definierten Kraft deformiert werden. Diese „Testdeformation" soll – wie im normalen Sensorbetrieb – erfasst und ausgewertet werden und kann dann mit der Deformation bzw, dem daraus resultierenden Signal verglichen werden, die aufgrund der einwirkenden Kraft im Fall einer funktionsfähigen Membran zu erwarten waren. Auf diese Weise lassen sich Abweichungen im Deformationsverhalten der Membran einfach feststellen. Verwendet man verschiedene Testpulse, so lässt sich ein etwaiges Fehlverhalten häufig auch näher spezifizieren, so dass entsprechende Fehlermeldungen generiert und weitergeleitet werden können und auch weiterreichende Maßnahmen getroffen werden können.
  • Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und insbesondere zum Erzeugen einer definierten auf die Membran des Sensorelements einwirkenden Kraft.
  • In einer vorteilhaften Variante des Erfindung umfasst die Sensoranordnung mindestens einen akustischen Geber zum Erzeugen von Testpulsen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Lautsprecher oder einen Ultraschallgeber handeln, der in das Gehäuse des Drucksensors integriert ist.
  • Je nach Anwendung kann der akustische Geber aber auch sensorunabhängige Funktionen haben. So befindet sich der Drucksensor zur Erkennung eines Seitenaufpralls üblicherweise in der entsprechenden Seitentür des Fahrzeugs, wo er im Falle eines Crashs den quasi adiabatischen Druckanstieg detektieren soll, der durch die schnelle Verformung des Türinnenvolumens verursacht wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein in die Fahrzeugtür eingebauter Lautsprecher der HiFi-Anlage des Fahrzeugs in die erfindungsgemäße Sensoranordnung integriert werden.
  • Wenn das Sensorelement in einer Kavität angeordnet ist, in der der Druck gemessen werden soll, erweist es sich als besonders vorteilhaft den akustischen Geber so anzuordnen, dass die Testpulse in die Kavität ausgesandt werden. Dann können mit dem akustischen Geber gezielt akustische Eigenmoden der Kavität angeregt werden und Resonanzüberhöhungseffekte der erzwungenen Schwingungen ausgenutzt werden. Auf diese Weise können mit geringer Anregung große Signalamplituden erzielt werden, die der Drucksensor leicht detektieren kann.
  • Wie bereits erwähnt, ist es bekannt, die Membrandeformationen mit Hilfe eines piezoelektrischen oder auch magnetoelektrischen Schichtsystems zu erfassen. Umgekehrt können derartige Schichtsysteme auch dazu verwendet werden, die Membran des Sensorelements gezielt zu deformieren. Dieser Effekt kann im Rahmen der Erfindung ausgenutzt werden. So sind in einer vorteilhaften Variante der Erfindung, bei der die Membran des Sensorelements mit einem piezoelektrischen Schichtsystem ausgestattet ist, Mittel zum Erzeugen eines definierten auf die Membran wirkenden, sich zeitlich ändernden elektrischen Feldes vorgesehen. Ein derartiges elektrisches Feld kann beispielsweise mit Hilfe einer Kondensatoranordnung erzeugt werden. Entsprechend sind Mittel zum Erzeugen eines definierten auf die Membran wirkenden, sich zeitlich ändernden Magnetfeldes in einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, bei der die Membran des Sensorelements mit einem magnetoelektrischen Schichtsystem ausgestattet ist. Ein derartiges Magnetfeld kann beispielsweise mit Hilfe einer Spulenanordnung erzeugt werden.
  • Wie voranstehend beschrieben, kann die Membran des Sensorelements bei entsprechender Ausstattung der Sensoranordnung auch aktiv deformiert werden, so dass der Sensor nicht nur als Detektor von Druckschwankungen sondern auch als akustischer Geber betrieben werden kann. Dies ausnutzend, ist die Sensoranordnung in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit einem Sensorelement ausgestattet, das mindestens zwei unabhängig voneinander deformierbare Teilmembranen umfasst, wobei mindestens eine der Teilmembranen sowohl aktiv als auch passiv betreibbar ist. Auf diese Weise können mit Hilfe dieser Teilmembranen Testpulse zur Überprüfung des Deformationsverhaltens der anderen Teilmembran generiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn alle Teilmembranen sowohl aktiv als auch passiv betreibbar sind. In diesem Fall kann der Selbsttest symmetrisch durchgeführt werden.
  • Das Betreiben des Sensorelements als Ultraschall-Sender erweist sich auch unabhängig von den voranstehend beschriebenen Diagnosemöglichkeiten als vorteilhaft. Wird die erfindungsgemäße Sensoranordnung im Kfz-Bereich eingesetzt, so kann sie beispielsweise Ultraschallsignale in regelmäßigen Abständen erzeugen, wenn sich das Fahrzeug im Parkzustand befindet, um Marder und andere Tiere, wie Hunde und Katzen, fernzuhalten.
  • Zeichnungen
  • Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in einem Sensorgehäuse,
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Detektion eines Seitenaufpralls bei einem Kraftfahrzeug,
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Überwachung der Dichtigkeit eines Druckschlauchs,
  • 4 zeigt die Draufsicht auf die Membran eines Sensorelements mit einem magnetoelektrischen Schichtsystem und einer Spulenanordnung und
  • 5a bis 5d zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit zwei unabhängig voneinander betreibbaren Teilmembranen in verschiedenen Betriebsmodi.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die in 1 dargestellte Sensoranordnung ist in einem Gehäuse 10 angeordnet. Sie umfasst ein Sensorelement 1 mit mindestens einer hier nicht im einzelnen dargestellten Membran und Mittel zum Erfassen und Auswerten der Membrandeformationen. Diese Erfassungs- und Auswertemittel sind ebenfalls nicht näher bezeichnet. Das Gehäuse 10 weist eine Öffnung 11 auf, die einen Druckanschluss bildet, so dass die hier dargestellte Sensoranordnung zur Erfassung von Druckschwankungen verwendet werden kann. Erfindungsgemäß ist die Sensoranordnung mit Diagnosemitteln zum Überprüfen des Deformationsverhaltens der Membran ausgestattet, die Mittel zum Erzeugen einer definierten auf die Membran wirkenden Kraft umfassen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um einen akustischen Geber 2, beispielsweise in Form eines Lautsprechers oder eines Ultraschallgebers, der ebenfalls im Gehäuse 10 angeordnet ist.
  • Mit Hilfe dieses akustischen Gebers 2 können Testpulse erzeugt werden, um das Deformationsverhalten der Membran im Rahmen eines physikalischen Selbsttests zu überprüfen. Diese akustischen Testpulse werden so gewählt, dass sie bei einer funktionsfähigen Membran definierte Deformationen hervorrufen, die definierten Soll-Signalen der Sensoranordnung entsprechen. Im Rahmen des Selbsttests werden die Ist-Signale der Sensoranordnung, die durch die Testpulse verursacht worden sind, ausgewertet, wobei die Ist-Signale mit den entsprechenden Soll-Signalen verglichen werden. Auf diese Weise lassen sich membranbedingte Funktionsstörungen einfach erkennen, so dass für die jeweilige Anwendung geeignete Maßnahmen getroffen werden können. Benutzt man unterschiedliche Testpulse, so können oftmals auch die Ursachen für ein Fehlverhalten näher bestimmt oder sogar identifiziert werden, so dass dann auch entsprechende Fehlermeldungen weitergeleitet werden können.
  • Die in 2 dargestellte Sensoranordnung umfasst ebenfalls ein Sensorelement 1 mit mindestens einer Membran, Mittel zum Erfassen und Auswerten der Membrandeformationen und Diagnosemittel zum Überprüfen des Deformationsverhaltens der Membran. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung Teil eines Kfz-Sicherheitssystems und dient der Erkennung eines Seitenaufpralls. Dazu ist das Sensorelement 1 im Hohlraum 21 einer Fahrzeugtür 20 angeordnet und soll die in diesem Hohlraum 21 auftretenden Druckschwankungen erfassen, insbesondere den quasi adiabatischen Druckanstieg, der durch die schnelle Verformung des Türinnenvolumens im Falle eines Crashs verursacht wird. Als Mittel zum Erzeugen einer definierten auf die Membran des Sensorelements 1 wirkenden Kraft dient hier ein Lautsprecher 2, der als Teil der HiFi-Anlage des Fahrzeugs ebenfalls im Hohlraum 21 der Fahrzeugtür 20 angeordnet ist und als Diagnosemittel in die Sensoranordnung integriert ist. Genau wie in Verbindung mit 1 beschrieben, können mit Hilfe des Lautsprechers 2 akustische Testpulse erzeugt werden, um die resultierenden Sensorsignale im Rahmen eines Selbsttests auszuwerten. Membranbedingte Funktionsstörungen können so einfach erkannt und gegebenenfalls identifiziert werden, um dann qualifizierte Fehlermeldungen an das Airbagsteuergerät weiterzuleiten.
  • Der voranstehend beschriebene aktive Selbsttest sollte initial beim Aktivieren des Sicherheitssystems, also bei jedem Fahrtantritt, durchgeführt werden. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn dieser Selbsttest von Zeit zu Zeit auch während des Normalbetriebs automatisch wiederholt wird, da die Membran des Sensorelements auch während der Fahrt beschädigt werden kann. So kann die Durchführung des Selbsttests an die CAN-Geschwindigkeit (v=0 für länger als beispielsweise 5s) gekoppelt werden, so dass immer dann ein Selbsttest durchgeführt wird, wenn das Fahrzeug längere Zeit steht.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zum Überwachen der Dichtigkeit eines Druckschlauchs 30 eingesetzt, der ebenfalls Teil eines Kfz-Sicherheitssystems ist und zur Erkennung von Fußgängern dient. Das Sensorelement 1 der Sensoranordnung ist in einem Endbereich des Druckschlauchs 30 angeordnet, an dessen anderem Ende ein akustischer Geber 2, wie z.B. ein Lautsprecher oder Ultraschallgeber, angeordnet ist. Mit diesem akustischen Geber 2 können gezielt akustische Eigenmoden des Druckschlauchs 30 bzw. der durch den Druckschlauch 30 gebildeten Kavität angeregt werden, um so Resonanzüberhöhungseffekte der erzwungenen Schwingungen als Testpulse auszunutzen.
  • In Verbindung mit 4 wird nachfolgend ein Sensorelement näher beschrieben, dessen Verwendung im Rahmen einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung sich in mehrerlei Hinsicht als vorteilhaft erweist. Die Erfassung der Membrandeformationen erfolgt hier mit Hilfe eines magnetoelektrischen Schichtsystems im Bereich der Membran.
  • Aufgrund von magnetomechanischen Effekten, wie z.B. dem Villari-Effekt, können die durch eine Membrandeformation hervorgerufenen mechanischen Spannungen in der magnetoelektrischen Schichtstruktur in. eine Widerstandsänderung konvertiert werden. Dazu kann beispielsweise eine weichmagnetische Schicht der magnetoelektrischen Schichtstruktur durch ein magnetostriktives Material, wie Nickel, Kobalt, Eisen oder Legierungen dieser Materialien, ersetzt werden. Aufgrund der inversen Magnetostriktion, dem Villari-Effekt, bewirkt eine auf die magnetostriktive Schicht wirkende mechanische Spannung eine Drehung der Schichtmagnetisierung, die ihrerseits dann eine elektrische Widerstandsänderung hervorruft. Durch entsprechende Brückenschaltungen lässt sich eine Kompensation der Querempfindlichkeit erreichen.
  • Im Vergleich zur Verwendung von klassischen Dehnmessstreifen zur Erfassung der Membrandeformationen lässt sich bei Verwendung einer magnetoelektrischen Schichtstruktur eine Miniaturisierung bei gleichzeitiger Empfindlichkeitssteigerung um mindestens zwei Größenordnungen erreichen. Als vorteilhaft gegenüber piezoelektrischen Materialien sei besonders die große Substratauswahl in Kombination mit einer höheren Sensitivität genannt.
  • Wie bereits erwähnt, zeigt 4 die Draufsicht auf die Membran 3 eines derartigen Sensorelements mit einem magnetoelektrischen Schichtsystem 4. Dieses Schichtsystem 4 umfasst im hier dargestellten Ausführungsbeispiel drei Schichten, eine magnetoresistive Schicht 41, über der eine dünne Trennschicht 42 und darüber eine magnetostriktive Schicht 43 angeordnet sind. Die magnetostriktive Schicht 43 wandelt mechanische Spannungen in B-Feld-Änderungen, während die magnetoresistive Schicht 41 ein B-Feld in einen Widerstand umwandelt. Die magnetoresistive Schicht 41 hat als unterste Schicht des Schichtsystems 4 keinen direkten Kontakt nach außen und muss dementsprechend auch nicht gegen Umgebungseinflüsse des Sensors, wie z.B. Verunreinigungen oder Feuchtigkeit, geschützt werden.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Sensormembran insgesamt in Form eines derartigen magnetoelektrischen Schichtsystems realisiert sein kann. Alternativ kann dass Schichtsystem auch auf einer Trägerschicht ausgebildet sein, indem es beispielsweise direkt auf die Trägerschicht aufgewachsen oder auch gefused ist. In diesem Fall lassen sich auch Arrays aus mehreren magnetostriktiven Membransegmenten realisieren. Die Trägerschicht kann außerdem in vorteilhafter Weise als Schutzschicht gegen äußere Einflüsse fungieren, wenn die Trägerschicht die äußerste Schicht bildet und die magnetoelektrischen Schichten darunter, also im Innern des Sensors angeordnet sind. Auch die erforderlichen Bonddrähte können dann unterhalb der Trägerschicht angeordnet werden, so dass sie ohne Schutzvergelung oder Ähnliches gegen äußere Einflüsse geschützt sind. Dadurch reduzieren sich nicht nur die Herstellungskosten, auch die Beschleunigungsempfindlichkeit des Sensors wird reduziert.
  • Das in 4 zumindest teilweise dargestellte Sensorelement ist mit einer das Schichtsystem 4 umgebenden Spulenanordnung 5 ausgestattet, mit der ein definiertes auf das Schichtsystem 4 wirkendes, sich zeitlich änderndes Magnetfeld erzeugt werden kann. Dazu kann die Spulenanordnung 5 beispielsweise mit einer Wechselspannung betrieben werden. Dadurch entsteht im Innern der Spule ein schwingendes Magnetfeld, das eine Deformation der Membran hervorruft und deshalb zum Überprüfen des Deformationsverhaltens der Membran verwendet werden kann.
  • Bei der in den 5a bis 5d dargestellten Variante einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist das Sensorelement 6 in einem Gehäuse 10 mit einer Öffnung 11 angeordnet und umfasst zwei unabhängig voneinander deformierbare Teilmembranen 7 und 8. Die beiden Teilmembranen 7 und 8 fungieren jeweils nicht nur als passive Sensierelemente sondern auch als aktive Elemente, mit denen Ultraschallpulse erzeugt werden können. Dazu können die Teilmembranen 7 und 8 beispielsweise wie in Verbindung mit 4 näher erläutert realisiert sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Teilmembranen 7 und 8 mit piezoelektrischen Schichtsystemen auszustatten, um sie mit Hilfe von entsprechenden Kondensatoranordnungen aktiv zu deformieren.
  • Zum Überprüfen des Deformationsverhaltens der beiden Teilmembranen 7 und 8 erzeugt zunächst die Teilmembran 7 einen Ultraschall-Testpuls, während die Teilmembran 8 den Testpuls detektiert. Diese Situation ist in 5a dargestellt. Anschließend fungieren die Teilmembran 8 als Sender und die Teilmembran 7 als Empfänger, was in 5b dargestellt ist. Auf diese Weise kann ein symmetrischer Selbsttest durchgeführt werden.
  • Benutzen die beiden Teilmembranen 7 und 8 unterschiedliche, für das jeweilige Sendeelement charakteristische Sendepulse, so kann die Teilmembran, die ein Fehlverhalten zeigt, einfach identifiziert werden. Die Teilmembranen 7 und 8 können aber auch aufgrund konstruktiver Unterschiede unterschiedliche Eigenschaften besitzen. In diesem Fall kann man nach dem Empfang des Testpulses eindeutig feststellen, ob die Sendemembran den Testpuls fehlerhaft erzeugt hat oder ob die Empfangsmembran defekt ist. Umfasst das Sensorelement mehr als zwei Teilmembranen, vereinfacht sich die Identifizierung einer defekten Teilmembran, weil dann verschiedene Permutationen von Sendern und Empfängern getestet werden können. Schon bei drei gleichartigen Teilmembranen ist eine defekte Teilmembran eindeutig bestimmbar.
  • Im Rahmen von Kfz-Sicherheitssystemen werden häufig Sensoranordnungen mit mehreren Membranelementen oder Sensorelemente mit mehreren Teilmembranen eingesetzt. Mit Hilfe eines Selbsttests, wie er voranstehend beschrieben worden ist, kann auch bestimmt werden, welche oder zumindest wie viele Membranelemente funktionsfähig bzw. defekt sind. Um die Gesamtfunktionalität einer derartigen Sensoranordnung bei einer defekten Teilmembran zu erhalten, könnte das Signal der als defekt identifizierten Teilmembran im nachfolgenden Betrieb einfach nicht mehr berücksichtigt werden. Ist über die Hälfte der Membranelemente bzw. Teilmembranen defekt, kann das Sicherheitssystem beispielsweise automatisch abgeschaltet werden und eine Warnlampe aktiviert werden, um dem Fahrer zum einen den Defekt und zum anderen das Abschalten des Sicherheitssystems anzuzeigen.
  • 5c zeigt eine Situation, in der beide Teilmembranen 7 und 8 als Ultraschall-Sender fungieren. Im Kfz-Bereich kann eine derartige Sensoranordnung also auch als Marderschutz eingesetzt werden.
  • 5d stellt den Normalbetrieb dar, in dem beide Teilmembranen 7 und 8 als Empfänger fungieren, d.h. auf die Teilmembranen wirkende Druckänderungen erfassen.
  • Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung nicht auf Drucksensoren zur Crasherkennung beschränkt ist sondern auch im Rahmen anderer Anwendungen im Kfz-Bereich in vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann. Beispielhaft seien hier die Motorsteuerung, Reifendrucksensoren und die Regelung der Airbagentfaltung genannt. Aber auch außerhalb des Kfz-Bereichs gibt es zahlreiche Anwendungen für die erfindungsgemäße Sensoranordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren mit Membran.

Claims (12)

  1. Sensoranordnung, insbesondere zur Erfassung von Druckschwankungen, mit mindestens einem Sensorelement (1), das mindestens eine Membran aufweist, und mit Mitteln zum Erfassen und Auswerten der Membrandeformationen, dadurch gekennzeichnet, dass Diagnosemittel zum Überprüfen des Deformationsverhaltens der Membran vorgesehen sind und dass die Diagnosemittel Mittel zum Erzeugen einer definierten auf die Membran wirkenden Kraft umfassen.
  2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosemittel mindestens einen akustischen Geber (2) zum Erzeugen von Testpulsen umfassen.
  3. Sensoranordnung nach Anspruch 2; dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1) in einer Kavität angeordnet ist und dass der akustische Geber (2) so angeordnet ist, dass die Testpulse in die Kavität ausgesandt werden.
  4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lautsprecher oder ein Ultraschallgeber als akustischer Geber (2) dient.
  5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Membran ein piezoelektrisches Schichtsystem zum Erfassen der Membrandeformationen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erzeugen eines definierten auf die Membran wirkenden, sich zeitlich ändernden elektrischen Feldes vorgesehen sind, insbesondere eine entsprechende Kondensatoranordnung.
  6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Membran (3) ein magnetoelektrisches Schichtsystem (4) zum Erfassen der Membrandeformationen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erzeugen eines definierten auf die Membran wirkenden, sich zeitlich ändernden Magnetfeldes vorgesehen sind, insbesondere eine entsprechende Spulenanordnung (5).
  7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (6) mindestens zwei unabhängig voneinander deformierbare Teilmembranen (7, 8) umfasst und dass mit Hilfe mindestens einer der Teilmembranen (7, 8) Testpulse generierbar sind, durch die eine definierte Deformation der anderen Teilmembran (8, 7) erzeugt wird.
  8. Verwendung einer Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 im Kfz-Bereich, insbesondere zur Erkennung von Aufprallsituationen, im Rahmen der Motorsteuerung, als Reifendrucksensoren und zur geregelten Entfaltung von Airbags.
  9. Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren mit einer Membran, insbesondere mit einer Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte auf die Membran wirkende Kraft erzeugt wird, die einem definierten Soll-Signal des funktionsfähigen Sensors entspricht, und dass das durch die definierte Kraft verursachte Ist-Signal des Sensors ausgewertet wird, wobei das Ist-Signal mit dem Soll-Signal verglichen wird.
  10. Verfahren zur Funktionsprüfung von Drucksensoren im Kfz-Bereich nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsprüfung automatisch nach jedem Neustart des Fahrzeugs durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsprüfung während des Fahrzeugbetriebs automatisch wiederholt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Sensor in einer Kavität angeordnet ist und die definierte Deformation der Membran durch einen akustischen Geber verursacht wird, der Testpulse in die Kavität aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass der Testpuls so gewählt wird, dass eine akustische Eigenmode der Kavität angeregt wird.
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