DE102004039463A1

DE102004039463A1 - Sensor und Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors

Info

Publication number: DE102004039463A1
Application number: DE200410039463
Authority: DE
Inventors: Carsten Heilenkötter; Andreas BÜLTER; Carsten Horst
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2004-08-14
Filing date: 2004-08-14
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Ein Sensor mit einem Sensorelement und einer Kalibrierungseinrichtung wird dahingehend weiterentwickelt, daß der Sensor besonders einfach aufgebaut ist und insbesondere nur eine elektrische Leitung aufweist. Dies wird dadurch möglich, daß der Sensor eine Kalibrierlogik zur Auswertung eines über das Sensorelement empfangenen Kalibriersignals aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen Lichtsensor, mit einem Sensorelement und einer Kalibrierungseinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors mit einem Sensorelement und einer Kalibrierlogik.

Sensoren der eingangs genannten Art sind beispielsweise in automatischen Lichtschaltern im Einsatz. Ein solcher Sensor ist in der EP 0876264 B1 beschrieben. Dieser Sensor ist zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehen und wertet die Umgebungshelligkeit aus, um dann automatisch das Fahrzeuglicht an oder aus zu schalten.

Bei der Herstellung der Sensoren ist es in der Regel erforderlich, diese nach der Herstellung zu kalibrieren, um Produktionsschwankungen auszugleichen und ein definiertes Signal zu erhalten.

Ein solches Kalibrierungsverfahren ist in der WO 2004/021454 A2 beschrieben. Dabei wird der Sensor mit bestimmten Messwellenlängen bestrahlt, das Ergebnis wird mit Sollwerten verglichen und daraus ein Korrekturwert berechnet. Die Ergebnisse dieses Korrekturwertes werden dann in einem Schaltkreis des Sensors gespeichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders einfach aufgebaut ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein solcher Sensor praktikabel einsetzbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Verfahrensmäßig erfolgt die Lösung der Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei einem Sensor, insbesondere einem Lichtsensor, mit einem Sensorelement und einer Kalibrierungseinrichtung ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Sensor eine Kalibrierlogik zur Kalibrierung des Sensors mit einem über das Sensorelement empfangenen Kalibriersignal aufweist. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Ausgestaltung des Sensors möglich, da ein Kalibriervorgang nicht außerhalb des Sensors vorgenommen werden muss und die Übertragung von Daten vom Sensor nach außen sowie entsprechende Datenleitungen entfallen. Unter einem Sensor wird insgesamt ein Bauteil verstanden, das neben einem Sensorelement auch elektrische und/oder elektronische Bauteile, insbesondere integrierte Schaltkreise aufweist.

Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist die Kalibrierlogik auch zur Auswertung des über das Sensorelement empfangenen Kalibriersignals ausgelegt. Damit muß die Auswertung ebenfalls nicht außerhalb des Sensors vorgenommen werden, so daß eine Übertragung der ausgewerteten Daten von außen auf die Kalibrierlogik sowie für eine derartige Übertragung vorgesehene Datenleitungen ebenfalls vorteilhaft entfallen.

Es ist jedoch ebenso denkbar, das Kalibriersignal außerhalb des Sensors auszuwerten, so daß die Kalibrierlogik dann lediglich zur Einstellung des Sensors entsprechend der ausgewerteten Kalibriersignale ausgelegt ist. Das Kalibriersignal besteht beispielsweise aus zwei Meßgrößen, die auf das Sensorelement gegeben werden, wobei die vom Sensorelement dabei nach außen abgegebenen Ausgangssignale dann außerhalb des Sensors ausgewertet werden.

Die Meßsignale können beispielsweise einmal ein Dunkelsignal und einmal ein definiertes Lichtsignal von beispielsweise 100 Watt pro m² sein. Daraus ergibt sich eine lineare Kennlinie und es können dann Korrekturwerte für den als Offset bezeichneten Ausgleich und die Steigung der Kennlinie als Kalibrierdaten ermittelt werden. Diese Kalibrierdaten werden dann über das Sensorelement in den Sensor eingegeben. Zur Steuerung kann beispielsweise vorgesehen sein, daß eine bestimmte Modulation die Kalibrierlogik in ein Programmiermodus versetzt. In diesem Programmiermodus werden dann die Kalibrierdaten eingegeben und die Kalibrierlogik programmiert den programmierbaren Verstärker entsprechend. Nach Abschluß der Kalibrierung kann eine weitere bestimmte Modulation über das Sensorelement eingegeben werden, die bewirkt, daß der Programmiermodus abgeschlossen ist oder eventuell auch so eingestellt sein, daß der Programmiermodus damit endgültig und unwiderruflich abgeschlossen ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Sensor einen programmierbaren Verstärker auf. Dieser programmierbare Verstärker wird mit Hilfe der Kalibrierlogik so programmiert, daß bei Empfang eines Signals die Auswertung unter Berücksichtigung der Kalibrierdaten erfolgt. Der Sensor weist weiterhin bevorzugt einen Vorverstärker auf, der direkt hinter das Sensorelement geschaltet ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Sensor genau eine elektrische Strombahnleitung auf. Zusätzlich ist eine Erdung vorgesehen. Es ist also genau eine aktive Leitung vorgesehen. Dadurch kann der Schaltungsaufwand und die Fehleranfälligkeit deutlich verringert werden. Die elektrische Strombahnleitung ist insbesondere zur Stromversorgung des Sensors ausgelegt. Weiterhin ist die elektrische Strombahnleitung bevorzugt zur Datenausgabe ausgelegt. Dadurch kann die Anzahl der elektrischen Verbindungen zwischen einem Steuergerät und dem Sensor deutlich reduziert werden. Dadurch ist eine Kostenreduzierung möglich. Die Stromversorgungsleitung kann jedoch nicht ohne weiteres zur Dateneingabe im Rahmen einer Kalibrierung verwendet werden. Dies kann erfingungsgemäß jedoch durch Beaufschlagung des Sensorelements mit einem Kalibriersignal und Auswertung mit Hilfe der Kalibrierlogik erfolgen. Das Sensorelement dient daher als zusätzliche Schnittstelle, insbesondere zur Dateneingabe von Kalibrierdaten. Dem Sensor ist dazu bevorzugt eine Einrichtung zur Erzeugung eines Kalibriersignals zugeordnet. Mit einem solchermaßen definierten Kalibriersignal wird das Sensorelement beaufschlagt. Das Sensorelemet ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein optischer Sensor, insbesondere ein Sonnen- oder Lichtsensor. Bevorzugt wird die integrierte Lichtleistung gemessen, so daß der Sensor als Sonnensensor verwendet werden kann. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Sensorelement ein Drucksensor vorgesehen. Ein solcher Drucksensor kann mit Druckmodulationssignalen, z. B. eines Ultraschallsenders, kalibriert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Sensorelement als Temperatursensor ausgebildet. Dieser kann durch Anlegen einer definierten Temperatur kalibriert werden. Die Erfindung kann auch mit Beschleunigungssensoren, Kraftsensoren, Wegsensoren, Winkelsensoren oder Drehzahlsensoren realisiert werden.

Bei dem Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors mit einem Sensorelement und einer Kalibrierlogik wird erfindungsgemäß das Sensorelement mit einem definierten Kalibriersignal beaufschlagt. Die Kalibrierlogik ermittelt innerhalb des Sensors aus der Abweichung des bei Anlegen des Kalibriersignals erwarteten Signals vom tatsächlich gemessenen Signal eine Korrekturgröße und die im Sensor ermittelte Kalibriergröße wird im Sensor bei der weiteren Auswertung von Eingangssignalen zur Anwendung gebracht. Entscheidend ist dabei, daß die Kalibrierung innerhalb des Sensors vorgenommen wird. Bevorzugt wird mit der Kalibriergröße ein im Sensor vorhandener Verstärker programmiert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Sensor mit anliegendem Kalibriersignal, und
2 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Sensors.
In 1 ist der Sensor 10, der ein integriertes Sensorelement aufweist, dargestellt, wobei der Sensor 10 hier als Sonnen- bzw. Lichtsensor ausgebildet ist. Der Sensor 10 ist an eine Versorgung 12 angeschlossen, wobei in der Versorgungsleitung 12 auch eine Einrichtung 11 zur Strommessung vorgesehen ist. Diese Einrichtung 11 zur Strommessung dient auch zum Auslesen von Daten des Sensors. Es ist also lediglich eine einzige Strombahnleitung zur Strommessung 11 und zur Versorgung 12 notwendig. Der zweite in der Zeichnung dargestellte Anschluß verdeutlicht die Erdung des Sensors 10. Hierzu ist keine Stromzuführung notwendig. Weiterhin ist im linken Bereich der Zeichnung ein Modulator 14 mit einem von dem Modulator 14 gesteuerten Kalibnersignalerzeuger 13 dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser Kalibriersignalerzeuger 13 als Strahlungsquelle ausgebildet, die das mit Pfeilen angedeutete Kalibriersignal aussendet.
In 2 ist der Sensor 10 in vergrößerter Darstellung dargestellt, so daß die einzelnen, in dem Sensor 10 angeordneten Komponenten dargestellt werden. Der Sensor 10 weist insbesondere ein Sensorelement 20 auf, das bevorzugt als Licht- oder Sonnensensor ausgebildet ist. Dieser nimmt ein Meßsignal 20 auf. Dieses Meßsignal 20 kann auch das Kalibriersignal sein, das von der Einrichtung zur Erzeugung eines Kalibriersignals 13 (siehe 1) ausgesendet wird. Das im Sensorelement 21 erzeugte Signal wird einem Vorverstärker 22 zugeführt und dann von einem programmierbaren Verstärker 23 verstärkt und als Ausgangssignal 25 abgegeben und kann dann mit Hilfe der Strommessung 11 (siehe 1) ausgelesen werden. Bei Betätigung des Kalibriersignalerzeugers wird das vom Vorverstärker 22 erzeugte Signal von der Kalibrierlogik ausgewertet und es wird eine Abweichung des bei Anlegen des Kalibriersignals erwarteten Signals vom tatsächlich gemessenen Signal ermittelt und auch eine entsprechende Korrekturgröße berechnet. Auf dieser Basis wird dann der programmierbare Verstärker 23 von der Kalibrierlogik 24 entsprechend programmiert. Bei dem programmierbaren Verstärker 23 handelt es bevorzugt um einen einmalig programmierbaren Verstärker. Das zuerst an das Sensorelement 21 anzulegende Signal ist daher das Kalibriersignal, das in der Kalibrierlogik ausgewertet wird und dann den programmierbaren Verstärker 23 entsprechend programmiert, so daß bei allen weiteren am Sensorelement 21 anliegenden Messsignalen 20 der programmierbare Verstärker entsprechend der zu Anfang vorgenommenen Programmierung das anliegende Signal verstärkt.

Claims

Sensor, insbesondere Lichtsensor, mit einem Sensorelement und einer Kalibrierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) eine Kalibrierlogik (24) zur Kalibrierung des Sensors (10) mit einem über das Sensorelement (21) empfangenen Kalibriersignal aufweist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierlogik (24) zur Auswertung des über das Sensorelement (21) empfangenen Kalibriersignals ausgelegt ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierlogik (24) zur Einstellung des Sensors entsprechend der ausgewerteten Kalibriersignale ausgelegt ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) einen programmierbaren Verstärker (23) aufweist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) genau eine elektrische Strombahnleitung aufweist.
Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Strombahnleitung der Stromversorgung dient.
Sensor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Strombahnleitung der Datenausgabe dient.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (10) eine Einrichtung (13) zur Erzeugung eines Kalibriersignals zugeordnet ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (21) ein optischer Sensor ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (21) ein Drucksensor ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (21) ein Temperatursensor ist.
Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors mit einem Sensorelement und einer Kalibrierlogik, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (21) mit einem definierten Kalibriersignal beaufschlagt wird, daß die Kalibrierlogik innerhalb des Sensors aus der Abweichung des bei Anlegen des Kalibriersignal erwarteten Signals vom tatsächlich gemessenen Signal eine Korrekturgröße ermittelt, und daß die ermittelte Kalibriergröße im Sensor bei der weiteren Auswertung von Eingangssignalen zur Anwendung kommt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kalibriergröße ein im Sensor (10) vorhandener Verstärker (23) programmiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriergröße im Sensor ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibriersignal gemessen und als Signal abgegeben wird, außerhalb des Sensors ausgewertet und über das Sensorelement entsprechende Signale zur Kalibrierung des Sensors wieder eingegeben werden.