DE102008020549A1

DE102008020549A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102008020549A1
Application number: DE102008020549A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Jöckel; Sebastian PÄTZOLD; Ralf Spengler; Niki Speier
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Sensoranordnung, umfassend zumindest ein Sensorelement (1), welchem zumindest eine Thermoquelleneinheit (2) zugeordnet ist, wobei die Sensoranordnung eine Reglereinheit (3) aufweist, welche die Thermoquelleneinheit (2) ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur thermischen Regelung einer Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 9 sowie die Verwendung der Sensoranordnung in Kraftfahrzeugen.
In Druckschrift DE 103 09 714 A1 wird ein Sensor zur Aufprallerkennung beschrieben, der beheizbar ausgebildet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Sensoranordnung vorzuschlagen, welche die thermische Beeinflussung mindestens eines Sensorelements durch mindestens eine Thermoquelleneinheit in relativ präziser Weise ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 9.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, zumindest ein Sensorelement einer Sensoranordnung mittels einer Thermoquelleneinheit, die von einer Reglereinheit angesteuert wird, thermisch zu beeinflussen bzw. die Temperatur des Sensorelements zu regeln. Die Sensoranordnung ermöglicht also, anders ausgedrückt, eine selbstständige Erhöhung der eigenen Messgenauigkeit. Es ergibt sich entsprechend der Vorteil, dass das Sensorelement im Betrieb nur einem eingeschränkten, durch die Regelung im Wesentlichen definierbaren, Temperaturbereich ausgesetzt ist. Hierdurch kann möglicher Kalibrieraufwand der Sensoranordnung sowie möglicher Korrekturaufwand bezüglich der Signalauswertung des Sensorelementausgangssignals verringert werden, wodurch die anfallenden Kosten für die Sensoranordnung relativ gering werden. Durch eine relativ einfache Signalauswertung bzw. Signalverarbeitung wird insbesondere eine bezüglich des „Timings” relativ kurzfristige Verfügbarkeit des Sensorelementausgangssignals bzw. eines daraus gebildeten Messsignals ermöglicht.
Die Thermoquelleneinheit umfasst bevorzugt eine Heiz- und/oder Kühleinheit, welche insbesondere regelbar ausgebildet ist/sind. Besonders bevorzugt umfasst die Thermoquelleneinheit eine Heizung bzw. ein Heizelement, die ganz besonders bevorzugt als elektro-thermisches Wandlerelement, wie beispielsweise ein elektrischer Leistungswiderstand oder ein Transistor, ausgebildet ist. Solch eine Heizung ist relativ kompakt und kostengünstig bereitzustellen und einfach integrierbar.
Die Sensoranordnung umfasst zweckmäßigerweise mindestens ein Temperatursensorelement, welches an die Reglereinheit angeschlossen ist. Insbesondere erfasst das Temperatursensorelement im Wesentlichen die Temperatur des Sensorelements in direkter oder indirekter Weise.
Es ist bevorzugt, dass die Reglereinheit mittels des Tempe ratursensorelements als Messglied und mittels der Thermoquelleneinheit als Stellglied eine definierte Temperatur, insbesondere eine im Wesentlichen konstante Temperatur, wodurch die Temperaturabhängigkeit der Messungen relativ gering gehalten wird und/oder im Wesentlichen vernachlässigbar ist, oder eine definierte Mindest- oder Höchsttemperatur des zumindest einen Sensorelements und/oder der Sensoranordnung bzw. zumindest Teilen der Sensoranordnung einstellt.
Die Thermoquelleneinheit ist vorzugsweise dem Sensorelement sowie weiteren Bauelemente der Sensoranordnung, wie einer Signalverarbeitungsschaltung, zugeordnet. Dadurch werden besonders bevorzugt im Wesentlichen die Bauelemente der Sensoranordnung durch die Thermoquelleneinheit thermisch beeinflusst, die ein relativ stark temperaturabhängiges Betriebsverhalten aufweisen. Die Sensoranordnung weist hierzu ganz besonders bevorzugt eine Temperaturverteilungseinheit auf, welche definierte Bauelemente der Sensoranordnung gezielt thermisch beeinflusst bzw. deren Temperatur regelt. Diesen Bauelementen ist deshalb zweckmäßigerweise jeweils oder gemeinsam ein Temperatursensorelement zugeordnet.
Die Sensoranordnung weist zweckmäßigerweise ein Sensorgehäuse auf, in welchem zumindest das Sensorelement angeordnet ist. Dabei sind die Thermoquelleneinheit sowie das Temperatursensorelement jeweils in dem Sensorgehäuse angeordnet und/oder mit dem Sensorgehäuse thermisch leitfähig gekoppelt. Insbesondere ist das wenigstens eine Sensorelement ebenfalls mit dem Sensorgehäuse thermisch leitfähig gekoppelt.
Das Sensorelement, das Temperatursensorelement, die Thermoquelleneinheit sowie die Reglereinheit sind bevorzugt auf einem gemeinsamen Chip und/oder in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet bzw. angeordnet. Insbesondere ist dieses Gehäuse als Sensorgehäuse thermisch isoliert ausgebildet. Solch eine Ausbildungsform der Sensoranordnung ist zusätzlich relativ kompakt und relativ kostengünstig herstellbar.
Es ist zweckmäßig, dass das mindestens eine Sensorelement als mikromechanisches Sensorelement, insbesondere als Drehratensensorelement oder Beschleunigungssensorelement, ausgebildet ist. Es hat sich herausgestellt, dass bei der Verwendung solcher Sensorelemente eine Temperaturbeeinflussung bzw. -Regelung besonders erstrebenswert ist, weil diese Sensorelemente relativ häufig in sicherheitskritischen Systemen eingesetzt werden, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen, und entsprechend relativ hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit und den einsetzbaren Temperaturbereich bzw. den geforderten Betriebstemperaturbereich aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Sensoranordnung mehrere mikromechanische Sensorelemente auf.
Alternativ vorzugsweise in das mindestens eine Sensorelement als magnetoresistives oder auf dem Hall-Prinzip beruhendes Sensorelement ausgebildet. Insbesondere ist die Sensoranordnung als Raddrehzahlsensor ausgebildet.
Die Reglereinheit ist bevorzugt analog oder alternativ vorzugsweise digital oder teils analog, teils digital ausgebil det.
Die Sensoranordnung ist zweckmäßigerweise als Sensor ausgebildet, welcher durch die Temperaturregelung relativ präzise misst bzw. die Messgröße relativ präzise erfasst und dabei relativ kostengünstig ist. Insbesondere ist dieser Sensor als integrierter, besonders bevorzugt aktiver, gehäuster Sensor ausgebildet.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung der Sensoranordnung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeugregelungssystem.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist bevorzugt zur Verwendung in sicherheitskritischen Systemen vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist zweckmäßigerweise zur Verwendung im Kraftfahrzeugbereich oder einem anderen Bereich vorgesehen, welcher relativ hohe Anforderungen hinsichtlich der Präzision, Robustheit und Verfügbarkeit an Sensoranordnungen stellt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren. Entsprechend ergeben sich ebenfalls weitere zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens.
Es zeigen in schematischer Darstellung
1 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung, die beispielhaft einen bereits verbauten Sensor umfassen kann,
2 eine beispielhafte Sensoranordnung mit einem Temperatursensorelement,
3 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Sensorelement, die Signalverarbeitungsschaltung sowie das Temperatursensorelement auf einem gemeinsamen Chip angeordnet sind, und
4 eine beispielhafte Sensoranordnung, welche als integrierter, gehäuster Sensor ausgebildet ist, bei welchem der Temperaturregelkreis sowie das Sensorelement und die Signalverarbeitungsschaltung auf einem gemeinsamen, als ASIC ausgebildetem, Chip integriert sind.
In 1 ist eine beispielhafte Sensoranordnung dargestellt, bei welcher ein Sensorelement 1 in einem Sensorgehäuse 5 angeordnet ist. Zusätzlich weist die Sensoranordnung eine Signalverarbeitungsschaltung 8 auf, welche ebenfalls in Sensorgehäuse 5 angeordnet ist und gemeinsam mit Sensorelement 1 einen Sensor 9 bildet. Signalverarbeitungsschaltung 8 des Sensors 9 erzeugt beispielgemäß ein internes Temperatursignal T_ist, welches einer Reglereinheit 3 zugeführt wird. Reglereinheit 3 erhält zusätzlich als Eingangssignal eine Temperaturvorgabe, beispielgemäß eine einzuregelnde Mindesttemperatur T_soll. Dabei steuert Reglereinheit 3 eine Thermo quelleneinheit 2 an, welche das Stellglied des thermischen Regelkreises der Sensoranordnung bildet und beispielhaft als Widerstands-Heizelement ausgebildet ist und thermisch leitend mit Sensorgehäuse 5 verbunden ist.
2 zeigt ausgehend vom Ausführungsbeispiel aus 1 eine beispielhafte Sensoranordnung, die ein zusätzliches Temperatursensorelement 4 aufweist, welches thermisch leitfähig mit Sensorgehäuse 5 verbunden ist und das Temperatursignal T_ist erzeugt.
Das in 3 veranschaulichte Ausführungsbeispiel umfasst ein Sensorelement 1, eine Signalverarbeitungsschaltung 8 sowie ein Diodenelement 6, welches als Temperatursensorelement ausgebildet ist, auf einem gemeinsamen, als ASIC ausgebildetem, Chip 7, der in einem Sensorgehäuse 5 angeordnet ist. Dieser gehäuste Chip 7 bildet Sensor 9, an welchem, als Heizelement bzw. Heizung ausgebildetes, Thermoquellenelement 2 thermisch leitend angebunden ist. Diodenelement 6 liefert das Temperatursignal T_ist an Reglereinheit 3, wobei Reglereinheit 3 Thermoquelleneinheit 2 so ansteuert, dass die Temperatur des Sensorelements 1 oder die Temperatur im Inneren des Sensors 9 beispielgemäß immer einen definierten Mindesttemperaturwert T_soll aufweist.
4 zeigt eine beispielhafte Sensoranordnung, die als integrierter Sensor 9 ausgebildet ist. Dieser umfasst einen als ASIC ausgebildeten Chip 7, auf welchem Sensorelement 1, Signalverarbeitungsschaltung 8, Temperatursensorelement 4, Thermoquelleneinheit 2 sowie Reglereinheit 3 gemeinsam ange ordnet sind. Auf Chip 7 ist somit der anhand der anderen Figuren veranschaulichte Temperaturregelkreis integriert. Chip 7 ist dabei in Sensorgehäuse 5 angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10309714 A1 [0002]

Claims

Sensoranordnung, umfassend zumindest ein Sensorelement (1), welchem zumindest eine Thermoquelleneinheit (2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung eine Reglereinheit (3) aufweist, welche die Thermoquelleneinheit (2) ansteuert.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoquelleneinheit (2) eine Heizung umfasst, welche insbesondere als elektro-thermisches Wandlerelement ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens ein Temperatursensorelement (4) umfasst, welches an die Reglereinheit (3) angeschlossen ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperatursensorelement (4) im Wesentlichen die Temperatur (T_ist) des Sensorelements (1) direkt oder indirekt erfasst.
Sensoranordnung nach 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglereinheit (3) mittels des Temperatursensorelements (4) als Messglied und mittels der Thermoquelleneinheit (2) als Stellglied eine definierte Temperatur (T_soll), insbesondere eine im Wesentlichen konstante Temperatur, oder eine definierte Mindest- oder Höchsttemperatur des zumindest einen Sensorelements (1) und/oder der Sensoranordnung einstellt.
Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Sensorgehäuse (5) aufweist, in welchem zumindest das Sensorelement (1) angeordnet ist, und dass die Thermoquelleneinheit (2) sowie das Temperatursensorelement (4) jeweils in dem Sensorgehäuse (5) angeordnet sind oder mit dem Sensorgehäuse (5) thermisch gekoppelt sind.
Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1), das Temperatursensorelement (4), die Thermoquelleneinheit (2) sowie die Reglereinheit (3) auf einem gemeinsamen Chip (7) ausgebildet sind.
Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensorelement (1) als mikromechanisches Sensorelement, insbesondere als Drehratensensorelement oder Beschleunigungssensorelement, ausgebildet ist.
Verfahren zur thermischen Regelung einer Sensoranordnung, insbesondere einer Sensoranordnung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Sensorelement (1) von einer Thermoquelleneinheit (2) thermisch direkt oder indirekt beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoquelleneinheit (2) von einer Reglereinheit (3) angesteuert wird.
Verwendung der Sensoranordnung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 in Kraftfahrzeugen, insbesondere in einem Kraftfahrzeugregelungssystem.