DE102009046450A1

DE102009046450A1 - Sensor arrangement for use in pressure reservoir of electro-hydraulic brake system in motor vehicle, has modulator to modulate sensor signal of sensor during measuring of periodic test signal independent of sensor signal

Info

Publication number: DE102009046450A1
Application number: DE102009046450A
Authority: DE
Inventors: Timo Knecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-12

Abstract

The arrangement (1) has an evaluation unit (3) to which a sensor signal of a sensor (2) i.e. pressure sensor of brake system, representing a measured variable is supplied. A modulator (9) modulates the sensor signal of the sensor during measuring of a periodic test signal independent of the sensor signal. The sensor includes a signal generator (12) that is attached to the modulator and/or has an amplifier (6) acting on the sensor signal. The modulator is connected to a bridge branch (8) of a measuring bridge (4) of the sensor. An independent claim is also included for a method for operating a sensor arrangement.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor und einer Auswerteeinheit, wobei der Auswerteeinheit ein die Messgröße repräsentierendes Sensorsignal des Sensors zugeführt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung.The invention relates to a sensor arrangement having at least one sensor and an evaluation unit, wherein the evaluation unit is supplied with a sensor signal representing the measured variable of the sensor. The invention further relates to a method for operating a sensor arrangement.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Sensoranordnungen der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der Sensor dient dabei dem Erfassen der Messgröße und dem Ausgeben des Sensorsignals, welches der Messgröße entspricht. Das Sensorsignal wird der Auswerteeinheit zugeführt und in dieser ausgewertet. Um eine derartige Sensoranordnung für sicherheitskritische Anwendungen einsetzen zu können, muss die gesamte Signalkette, von dem Sensor bis zu der Auswerteeinheit überwacht, werden. Dies kann beispielsweise durch einen redundanten Aufbau der Sensoranordnung erreicht werden. Dabei müssen jeweils mindestens zwei Sensoren sowie Auswerteeinheiten vorgesehen werden, die jeweils dieselbe Messgröße aufnehmen und auswerten. In einer nachfolgenden Auswertung werden die in den Auswerteeinheiten vorliegenden Messwerte miteinander verglichen. Tritt hierbei eine Abweichung auf, so kann auf einen Fehler der Sensoranordnung geschlossen werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Einspeisung eines Testimpulses zu Beginn der Signalkette, also im Bereich des Sensors. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass auf das Ausgangssignal des Sensors der Testimpuls in Form eines Spannungssignals addiert wird. Weist der Sensor eine Messbrücke auf, so kann an dieser ein zusätzlicher, genau bekannter Widerstand hinzugeschaltet werden. Somit bekommt das Ausgangssignal des Sensors einen Offset. Dieser durchwandert die gesamte Messkette von Sensor zur Auswerteeinheit. In letzterer kann anschließend auf ein Vorhandensein des Testimpulses geprüft werden. Kann der Testimpuls in der Auswerteeinheit nicht festgestellt werden oder ist er in seiner Dauer und/oder Amplitude verändert, so kann auf einen Fehler der Sensoranordnung geschlossen werden. Während der Testimpuls dem Ausgangssignal des Sensors hinzugefügt wird (womit das Sensorsignal, welches der Auswerteeinheit zugeführt ist, entsteht), kann eine Auswertung des Sensorsignals hinsichtlich der Messgröße nicht durchgeführt werden, weil der Testimpuls, wie bereits vorstehend beschrieben, den Offset des Sensorsignals verändert.Sensor arrangements of the type mentioned above are known from the prior art. The sensor serves to detect the measured variable and the output of the sensor signal, which corresponds to the measured variable. The sensor signal is fed to the evaluation unit and evaluated in this. In order to be able to use such a sensor arrangement for safety-critical applications, the entire signal chain, from the sensor to the evaluation unit, must be monitored. This can be achieved for example by a redundant structure of the sensor arrangement. In each case at least two sensors and evaluation must be provided, each record and evaluate the same measure. In a subsequent evaluation, the measured values present in the evaluation units are compared with one another. If a deviation occurs in this case, it can be concluded that there is a fault in the sensor arrangement. Another possibility is the feeding of a test pulse at the beginning of the signal chain, ie in the range of the sensor. This can be done, for example, such that the test pulse is added to the output signal of the sensor in the form of a voltage signal. If the sensor has a measuring bridge, an additional, precisely known resistor can be connected to it. Thus, the output signal of the sensor gets an offset. This traverses the entire measuring chain from the sensor to the evaluation unit. In the latter, it is then possible to check for the presence of the test pulse. If the test pulse can not be detected in the evaluation unit or if it is changed in its duration and / or amplitude, then an error of the sensor arrangement can be deduced. While the test pulse is added to the output signal of the sensor (with which the sensor signal, which is fed to the evaluation unit), an evaluation of the sensor signal with respect to the measured variable can not be performed because the test pulse, as already described above, changes the offset of the sensor signal.

Wird neben dem Vorhandensein des Testimpulses auch auf dessen Amplitude geprüft, so muss der Sensor im gänzlich unbeaufschlagtem Zustand vorliegen. Ist der Sensor beispielsweise ein Drucksensor, so darf an diesem kein Druck anliegen. Dies bedeutet beispielsweise bei Drucksensoren, wie sie in ESP-Systemen eingesetzt werden, dass nur während Betriebszuständen die Überwachung der Sensoranordnung durchgeführt werden kann, in welchem nicht gebremst wird, der Sensor also nicht mit Druck beaufschlagt ist. Somit kann die Überwachung lediglich durchgeführt werden, wenn die Sensoranordnung nicht zur Bestimmung der Messgröße benötigt wird. Ein solches Überwachungskonzept kann weiterhin nicht eingesetzt werden bei Sensoranordnungen, bei welchen der Sensor dauerhaft beaufschlagt ist, beispielsweise mit Druck. Für den Drucksensor ist dies beispielsweise der Fall, wenn er in einem Druckspeicher zur Bestimmung des in diesem vorliegenden Drucks eingesetzt wird. Ein solcher Druckspeicher wird im Kraftfahrzeugbereich beispielsweise in elektrohydraulischen Bremssystemen oder anderen Systemen, in welchem dauerhaft Druck zur Verfügung gestellt werden muss, eingesetzt. In solchen Systemen ist ein Drucksensor notwendig, um den Füllstand des Druckspeichers zu überwachen und bei Bedarf entsprechend wieder zu befüllen. Eine Sensoranordnung in einem solchen Druckspeicher kann aus den vorgenannten Gründen nicht mittels des Testimpulses überwacht werden.If, in addition to the presence of the test pulse, its amplitude is checked, then the sensor must be in a completely unencumbered state. If the sensor is, for example, a pressure sensor, then no pressure may be applied to it. This means, for example, in pressure sensors, as they are used in ESP systems, that only during operating conditions, the monitoring of the sensor arrangement can be performed in which is not braked, so the sensor is not pressurized. Thus, the monitoring can only be performed if the sensor arrangement is not needed to determine the measured variable. Furthermore, such a monitoring concept can not be used in sensor arrangements in which the sensor is permanently loaded, for example with pressure. For the pressure sensor, this is the case, for example, when it is used in a pressure accumulator for determining the pressure present in this pressure. Such an accumulator is used in the automotive sector, for example in electro-hydraulic brake systems or other systems in which pressure must be permanently provided. In such systems, a pressure sensor is necessary to monitor the level of the pressure accumulator and to refill it as needed. A sensor arrangement in such a pressure accumulator can not be monitored by the test pulse for the aforementioned reasons.

Demgegenüber weist die Sensoranordnung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen den Vorteil auf, dass eine permanente Überwachung der Sensoranordnung möglich ist. Dies wird durch einen Modulator erreicht, mittels welchem das Sensorsignal des Sensors während des Messens mit einem von dem Sensorsignal unabhängigen, periodischen Testsignal moduliert ist. Der Grundgedanke der Erfindung ist somit der Modulator, mittels welchem das periodische Testsignal auf das Sensorsignal aufgebracht wird. Das periodische Testsignal kann dabei permanent, insbesondere während des Messens, auf das Sensorsignal aufmoduliert werden. Bedingt durch die Periodizität des Testsignals bereitet es im Bereich der Auswerteeinheit keine Probleme, das Sensorsignal von dem Testsignal zu trennen und somit zum einen das Sensorsignal zum Bestimmen der Messgröße auszuwerten und zum anderen auf das Vorliegen des Testsignals beziehungsweise dessen Parameter (Frequenz, Amplitude und dergleichen) überwacht werden. Wird dabei festgestellt, dass das Testsignal nicht vorliegt oder dass mindestens einer der Parameter von dem entsprechenden Parameter des aufmodulierten Testsignals abweicht, so kann ein Fehler beziehungsweise ein Fehlerzustand der Sensoranordnung angezeigt werden. Der Modulator umfasst beispielsweise einen Transistor, insbesondere einen NPN-Transistor. Mittels des Transistors, an dessen Basis das Testsignal anliegt, kann ein Anschluss des Sensors auf Masse oder ein beliebiges anderes Potential geschaltet sein. Auf diese Weise wird das Sensorsignal moduliert, wobei das Testsignal aufgebracht wird. Nachfolgend des Modulators liegt das Sensorsignal somit überlagert von dem Testsignal vor.In contrast, the sensor arrangement with the features mentioned in claim 1 has the advantage that a permanent monitoring of the sensor arrangement is possible. This is achieved by a modulator, by means of which the sensor signal of the sensor is modulated during the measurement with a periodic test signal independent of the sensor signal. The basic idea of the invention is thus the modulator, by means of which the periodic test signal is applied to the sensor signal. The periodic test signal can be permanently modulated onto the sensor signal, in particular during the measurement. Due to the periodicity of the test signal, there are no problems in the area of the evaluation unit separating the sensor signal from the test signal and thus evaluating the sensor signal for determining the measured quantity and the presence of the test signal or its parameters (frequency, amplitude and the like) ) be monitored. If it is established that the test signal is not present or that at least one of the parameters deviates from the corresponding parameter of the modulated test signal, an error or a fault state of the sensor arrangement can be displayed. The modulator comprises, for example, a transistor, in particular an NPN transistor. By means of the transistor, at the base of which the test signal is present, one terminal of the sensor can be connected to ground or any other potential. In this way, the sensor signal is modulated, with the test signal being applied. Subsequent to the Modulator is thus the sensor signal superimposed on the test signal.

Eine Weiterbildung der Erfindung liegt vor, dass der Sensor einen an den Modulator angeschlossenen Signalgenerator und/oder einen auf das Sensorsignal wirkenden Verstärker aufweist. Zusätzlich kann der Signalgenerator auch an die Auswerteeinheit angeschlossen sein. Er kann beispielsweise als Oszillator ausgebildet sein, welcher zudem in einer Signalverarbeitungseinheit des Sensors integriert sein kann. Das Testsignal wird mittels des Signalgenerators erzeugt und anschließend mit Hilfe des Modulators auf das Sensorsignal aufgebracht beziehungsweise aufmoduliert. Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor den Verstärker aufweisen. Dieser wirkt auf das Sensorsignal und verstärkt dieses, sodass im Bereich der Auswerteeinheit das Sensorsignal auf einfache Weise ausgewertet werden kann. Auch werden durch die Verstärkung Übertragungsverluste auf einer Übertragungsstrecke zwischen Sensor und Auswerteeinheit verringert. Vorzugsweise ist es vorgesehen, das Modulieren des Sensorssignals vor dem Verstärker vorzunehmen, sodass auch der Verstärker auf seine korrekte Funktionsfähigkeit überprüft werden kann. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der Modulator erst nachfolgend des Verstärkers vorgesehen ist. Auf diese Weise kann beispielsweise die Übertragungsstrecke zwischen Sensor und Auswerteeinheit überwacht werden.A development of the invention is that the sensor has a signal generator connected to the modulator and / or an amplifier acting on the sensor signal. In addition, the signal generator may also be connected to the evaluation unit. It can be designed, for example, as an oscillator, which can also be integrated in a signal processing unit of the sensor. The test signal is generated by means of the signal generator and then applied or modulated onto the sensor signal with the aid of the modulator. Additionally or alternatively, the sensor may include the amplifier. This acts on the sensor signal and amplifies this, so that in the evaluation unit, the sensor signal can be evaluated in a simple manner. Also, the gain reduces transmission losses on a transmission path between the sensor and the evaluation unit. Preferably, it is provided to carry out the modulation of the sensor signal in front of the amplifier, so that the amplifier can be checked for its correct functioning. Alternatively, however, it is also possible that the modulator is provided only after the amplifier. In this way, for example, the transmission path between the sensor and evaluation can be monitored.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Modulator an mindestens einen Brückenzweig einer Messbrücke des Sensors angeschlossen ist. Die Messbrücke ist vorzugsweise eine Wheatstone'sche Messbrücke, weist also mindestens vier Widerstände auf, die zu einem Quadrat zusammengeschaltet sind. In einer Diagonale des Quadrats ist eine Spannungsquelle vorgesehen, in der anderen wird das Sensorsignal abgegriffen. Üblicherweise sind vier Widerstände vorgesehen, wobei drei der Widerstände konstant sind und ein vierter Widerstand, der Messwiderstand, von der Messgröße beeinflusst wird. Der Modulator ist nun an dem Brückenzweig der Messbrücke angeschlossen. Er beeinflusst also unmittelbar das von der Messbrücke ausgegebene Sensorsignal. Auf diese Weise kann die gesamte Signalkette, ausgehend von der Messbrücke des Sensors bis hin zu der Auswerteeinheit überwacht werden.A development of the invention provides that the modulator is connected to at least one bridge branch of a measuring bridge of the sensor. The measuring bridge is preferably a Wheatstone bridge, thus has at least four resistors, which are connected together to form a square. In one diagonal of the square, a voltage source is provided, in the other, the sensor signal is tapped. Usually, four resistors are provided, with three of the resistors being constant and a fourth resistor, the measuring resistor, being influenced by the measurand. The modulator is now connected to the bridge branch of the measuring bridge. It therefore directly influences the sensor signal output by the measuring bridge. In this way, the entire signal chain, starting from the measuring bridge of the sensor up to the evaluation unit, can be monitored.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Signalgenerator das Testsignal in Form einer Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz erzeugt. Der Signalgenerator ist zum Erzeugen des Testsignals vorgesehen. Das Testsignal soll in Form der Wechselspannung vorliegen und die bestimmte Frequenz aufweisen. Vorzugsweise ist die Frequenz dabei konstant, um die Messgenauigkeit der Sensoranordnung nicht zu beeinflussen. Ebenso ist jedoch eine wechselnde Frequenz möglich. Auch die Amplitude des Testsignals kann konstant oder variabel sein. Beispielsweise kann die Frequenz und/oder die Amplitude des Testsignals mit einem bestimmten, festgelegten zeitlichen Verlauf variiert werden. Vorzugsweise liegt die Wechselspannung mit einer vergleichsweise niedrigen Frequenz vor, die jedoch höher ist, als die Frequenz, mit welcher Veränderungen der Messgröße zu erwarten sind. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Amplitude der Wechselspannung beziehungsweise des Testsignals geringer ist als die Amplitude des Sensorsignals, bevor das Testsignal auf dieses aufmoduliert wird. Dem im Wesentlichen statischen beziehungsweise sich nur langsam verändernden Sensorsignal beziehungsweise Ausgangssignal des Sensors wird somit das, insbesondere niederfrequente, Testsignal überlagert.A development of the invention provides that the signal generator generates the test signal in the form of an alternating voltage with a specific frequency. The signal generator is provided for generating the test signal. The test signal should be in the form of the AC voltage and have the specific frequency. Preferably, the frequency is constant in order not to influence the measurement accuracy of the sensor arrangement. Likewise, however, a changing frequency is possible. The amplitude of the test signal can also be constant or variable. For example, the frequency and / or the amplitude of the test signal can be varied with a specific, defined time profile. Preferably, the alternating voltage is present at a comparatively low frequency, which, however, is higher than the frequency with which changes in the measured variable are to be expected. Likewise, it is advantageous if the amplitude of the AC voltage or the test signal is less than the amplitude of the sensor signal before the test signal is modulated onto this. The substantially static or only slowly changing sensor signal or output signal of the sensor is thus superimposed on the, in particular low-frequency, test signal.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit über einen Hochpassfilter und/oder einen Tiefpassfilter verfügt. Es ist also vorgesehen, dass in der Auswerteeinheit das Testsignal wieder von dem Sensorsignal getrennt wird. Dies ist mittels des Hochpassfilters beziehungsweise des Tiefpassfilters vorgesehen. Mittels des Hochpassfilters kann das Testsignal von dem modulierten Sensorsignal getrennt und anschließend ausgewertet werden, während mittels des Tiefpassfilters das ursprüngliche Sensorsignal beziehungsweise Ausgangssignal des Sensors aus dem modulierten Sensorsignal zurückgewonnen werden kann. Werden sowohl Hochpassfilter als auch Tiefpassfilter vorgesehen, so können in der Auswerteeinheit sowohl das Testsignal als auch das ursprüngliche Sensorsignal bestimmt werden.A development of the invention provides that the evaluation unit has a high-pass filter and / or a low-pass filter. It is thus provided that the test signal is again separated from the sensor signal in the evaluation unit. This is provided by means of the high-pass filter or the low-pass filter. By means of the high-pass filter, the test signal can be separated from the modulated sensor signal and then evaluated, while by means of the low-pass filter, the original sensor signal or output signal of the sensor can be recovered from the modulated sensor signal. If both high-pass filter and low-pass filter are provided, then both the test signal and the original sensor signal can be determined in the evaluation unit.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Hochpassfilter und/oder der Tiefpassfilter an einen Analog-Digital-Wandler angeschlossen sind. Zur weiteren Auswertung des Sensorsignals beziehungsweise des Testsignals verfügt die Auswerteeinheit über den Analog-Digital-Wandler. In diesem kann das analog vorliegende Sensorsignal und/oder Testsignal in ein digitales Signal umgewandelt werden. Das digitale Signal kann anschließend einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Auswertung zugeführt werden.A development of the invention provides that the high-pass filter and / or the low-pass filter are connected to an analog-to-digital converter. For further evaluation of the sensor signal or the test signal, the evaluation unit has the analog-to-digital converter. In this, the analog present sensor signal and / or test signal can be converted into a digital signal. The digital signal can then be fed to a control and / or regulating device for evaluation.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sensor ein Drucksensor, insbesondere eines Bremssystems, ist. Die Sensoranordnung ist somit eine Drucksensoranordnung. Wie bereits vorstehend erläutert ist es in sicherheitskritischen Anwendungen notwendig, die Funktionsfähigkeit des Drucksensors zu überwachen, insbesondere während mit diesem die Messgröße gemessen wird. Zu diesem Zweck wird der Drucksensor der Sensoranordnung beziehungsweise Drucksensoranordnung mit dem Modulator versehen, mittels welchem das periodische Testsignal auf das Ausgangssignal des Sensors beziehungsweise das Sensorsignal aufgebracht wird.A development of the invention provides that the sensor is a pressure sensor, in particular a brake system. The sensor arrangement is thus a pressure sensor arrangement. As already explained above, it is necessary in safety-critical applications to monitor the functionality of the pressure sensor, in particular while measuring the measured variable with it. For this purpose, the pressure sensor of the sensor arrangement or pressure sensor arrangement is provided with the modulator, by means of which the periodic test signal is applied to the output signal of the sensor or the sensor signal.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Sensoranordnung mindestens einen Sensor und eine Auswerteeinheit, welcher ein die Messgröße repräsentierendes Sensorsignal des Sensors zugeführt wird, aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass das Sensorsignal des Sensors während eines Messbetriebs mit einem von dem Sensorsignal unabhängigen, periodischen Testsignal moduliert wird.The invention further relates to a method for operating a sensor arrangement, in particular according to the preceding embodiments, wherein the sensor arrangement has at least one sensor and an evaluation unit, to which a sensor signal representing the measured variable of the sensor is supplied. It is provided that the sensor signal of the sensor is modulated during a measuring operation with an independent of the sensor signal, periodic test signal.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Testsignal von der Auswerteeinheit demoduliert wird. Es ist somit vorgesehen, dass die Auswerteeinheit das Testsignal aus dem Sensorsignal abgreift. Vorzugsweise liegen anschließend das Sensorsignal in seiner ursprünglichen Form sowie das Testsignal voneinander getrennt vor. Auf diese Weise kann in der Auswerteeinheit zum einen die Bestimmung der Messgröße erfolgen und zum anderen anhand des Testsignals die Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung beziehungsweise der Übertragungsstrecke von dem Sensor zu der Auswerteeinheit überwacht werden.A development of the invention provides that the test signal is demodulated by the evaluation unit. It is thus provided that the evaluation unit picks up the test signal from the sensor signal. Preferably, then the sensor signal in its original form and the test signal are separated from each other. In this way, the determination of the measured variable can take place in the evaluation unit on the one hand and, on the other hand, the operability of the sensor arrangement or the transmission path from the sensor to the evaluation unit can be monitored on the basis of the test signal.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Fehlerzustand angezeigt wird, wenn das demodulierte Testsignal, insbesondere dessen Amplitude, von dem aufmodulierten Testsignal abweicht. Stellt sich nach dem Demodulieren des Testsignals heraus, dass dieses von dem ursprünglichen Testsignal, insbesondere wie von dem Signalgenerator erzeugt, abweicht, so ist es wahrscheinlich, dass ein Fehler vorliegt. In diesem Fall wird der Fehlerzustand angezeigt. Dabei ist jedoch ein Übersteuerungs- beziehungsweise Clampbereich des Sensors zu beachten. Überschreitet die Messgröße einen maximal von dem Sensor feststellbaren Wert, so kann es vorkommen, dass das Testsignal nicht mehr von dem Sensorsignal getrennt werden kann. In diesem Fall wird ebenfalls der Fehlerzustand angezeigt, obwohl kein Defekt der Sensoranordnung vorliegt. Um dies zu verhindern, kann es vorgesehen sein, zusätzlich die Messgröße beziehungsweise die Amplitude des Sensorsignals auszuwerten.A development of the invention provides that an error state is displayed if the demodulated test signal, in particular its amplitude, deviates from the modulated test signal. If it turns out after demodulating the test signal that this deviates from the original test signal, in particular as generated by the signal generator, then it is likely that there is an error. In this case, the error condition is displayed. However, an override or clamp range of the sensor must be taken into account. If the measured variable exceeds a maximum value that can be detected by the sensor, then it may happen that the test signal can no longer be separated from the sensor signal. In this case, the error condition is also displayed, although there is no defect in the sensor arrangement. To prevent this, it may be provided to additionally evaluate the measured variable or the amplitude of the sensor signal.

Die vorstehend beschriebene Sensoranordnung kann vorteilhaft für ein Bremssystem eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, eingesetzt werden.The sensor arrangement described above can advantageously be used for a brake system of a vehicle, in particular a motor vehicle.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the drawing, without any limitation of the invention. Show it:

1 eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor und einer Auswerteeinheit, 1 a sensor device with a sensor and an evaluation unit,

2a ein Diagramm, in welchem ein Ausgangssignal einer Messbrücke über der Zeit dargestellt ist, sowie ein Diagramm, in welchem ein periodisches Testsignal über der Zeit dargestellt ist, und 2a a diagram in which an output signal of a measuring bridge over time is shown, and a diagram in which a periodic test signal over time is shown, and

2b zwei Diagramme, wobei das Sensorsignal und das Testsignal jeweils über der Zeit dargestellt sind, nachdem das Testsignal in der Auswerteeinheit demoduliert wurde. 2 B two diagrams, wherein the sensor signal and the test signal are respectively shown over time after the test signal has been demodulated in the evaluation unit.

Die 1 zeigt eine Sensoranordnung 1, welche aus mindestens einem Sensor 2 und einer Auswerteeinheit 3 besteht. Der Sensor 2 weist eine Messbrücke 4 auf, deren eine Diagonale an eine Spannungsversorgung 5 und deren andere Diagonale an einen Verstärker 6 angeschlossen sind. In der Verbindungsleitung 7 zwischen einem Brückenzweig 8 der Messbrücke 4 und dem Verstärker 6 ist ein Modulator 9 vorgesehen, mit welchem ein Testsignal auf ein Ausgangssignal der Messbrücke 4 aufmoduliert werden kann. Das Ausgangssignal der Messbrücke 4 liegt dabei an derjenigen Diagonale an, welche mit dem Verstärker 6 verbunden ist. Die Verbindungsleitung 7 zwischen dem Brückenzweig 8 und dem Verstärker 6 ist dabei über einem Widerstand 10 mit dem Modulator 9 verbunden.The 1 shows a sensor arrangement 1 which consists of at least one sensor 2 and an evaluation unit 3 consists. The sensor 2 has a measuring bridge 4 on whose one diagonal to a power supply 5 and its other diagonal to an amplifier 6 are connected. In the connection line 7 between a bridge branch 8th the measuring bridge 4 and the amplifier 6 is a modulator 9 provided with which a test signal to an output signal of the measuring bridge 4 can be modulated. The output signal of the measuring bridge 4 lies on the diagonal, which with the amplifier 6 connected is. The connection line 7 between the bridge branch 8th and the amplifier 6 is over a resistance 10 with the modulator 9 connected.

Der Modulator 9 ist in diesem Fall ein NPN-Transistor, dessen Basis über einen weiteren Widerstand 11 mit einem Signalgenerator 12 verbunden ist. Der Modulator 9 beziehungsweise der Transistor ist kollektorseitig mit der Verbindungsleitung 7 und emitterseitig mit einem Vergleichspotential 13, insbesondere Masse, verbunden. Der Signalgenerator 12 erzeugt ein Testsignal. In Abhängigkeit von dem Testsignal wird die Verbindungsleitung 7 mittels des Modulators 9 mit dem Vergleichspotential 13 verbunden. Auf diese Weise wird das periodische Testsignal auf das Ausgangssignal der Messbrücke 4 beziehungsweise das Sensorsignal des Sensors 2 aufmoduliert. Das Sensorsignal mit dem aufmodulierten Testsignal wird dem Verstärker 6 zugeführt und dort verstärkt. In dem Verstärker 6 kann gleichzeitig eine Offsetkompensation des Sensorsignals durchgeführt werden.The modulator 9 is in this case an NPN transistor whose base is via another resistor 11 with a signal generator 12 connected is. The modulator 9 or the transistor is collector side with the connecting line 7 and emitter side with a comparison potential 13 , in particular mass, connected. The signal generator 12 generates a test signal. Depending on the test signal, the connecting line 7 by means of the modulator 9 with the comparison potential 13 connected. In this way, the periodic test signal is applied to the output signal of the measuring bridge 4 or the sensor signal of the sensor 2 modulated. The sensor signal with the modulated test signal becomes the amplifier 6 fed and reinforced there. In the amplifier 6 At the same time an offset compensation of the sensor signal can be performed.

Das verstärkte Sensorsignal wird anschließend über eine Anschlussleitung 14, welche eine Schnittstelle 15 (beispielsweise eine Steckverbindung) aufweisen kann, der Auswerteeinheit 3 zugeführt. In dieser ist die Anschlussleitung 14 mit einem Hochpasszweig 16 und einem Tiefpasszweig 17 verbunden. In dem Hochpasszweig 16 ist ein Hochpassfilter 18, bestehend aus Kondensator 19 und Widerstand 20, sowie einem Gleichrichter 21, stehend aus Diode 22 und Kondensator 23, vorgesehen. Der Hochpassfilter 18 besteht also aus einem RC-Glied. Der Tiefpasszweig 17 weist einen zweistufigen Tiefpassfilter 24 auf, welcher somit aus einem ersten Widerstand 25, einem ersten Kondensator 26 und einem zweiten Widerstand 27 sowie einem zweiten Kondensator 28 besteht.The amplified sensor signal is then connected via a connecting cable 14 which is an interface 15 (For example, a connector), the evaluation unit 3 fed. In this is the connection cable 14 with a high-pass branch 16 and a low-pass branch 17 connected. In the high-pass branch 16 is a high pass filter 18 consisting of condenser 19 and resistance 20 , as well as a rectifier 21 , standing out of diode 22 and capacitor 23 , intended. The high pass filter 18 consists of an RC element. The low pass branch 17 has a two-stage low-pass filter 24 on, which thus from a first resistance 25 , a first capacitor 26 and a second resistor 27 and a second capacitor 28 consists.

Nachfolgend des Hochpassfilters 18 beziehungsweise des Tiefpassfilters 24 sind sowohl der Hochpasszweig 16 als auch der Tiefpasszweig 17 an einen Analog-Digital-Wandler 29 angeschlossen. In der Auswerteeinheit 3 wird das Testsignal wieder von dem Sensorsignal getrennt. Dazu ist beispielsweise der zweistufige Tiefpassfilter 24 auf eine Grenzfrequenz von 300 Hz ausgelegt. Dies ist üblicherweise ausreichend, weil sich die Messgröße vergleichsweise langsam ändert. Der Hochpassfilter 18 ist dagegen auf eine Grenzfrequenz ausgelegt, die unterhalb der Frequenz des Testsignals liegt. Beispielsweise ist die Grenzfrequenz mit 1 kHz gewählt. Auf diese Weise wird das Testsignal von dem Sensorsignal getrennt, sodass beide Signale dem Analog-Digital-Wandler 29 zugeführt werden können. Optional ist der Gleichrichter 21 in dem Hochpasszweig 16 vorgesehen, mit welchem das von dem Sensorsignal demodulierte Testsignal gleichgerichtet und geglättet wird. Das gleichgerichtete Testsignal kann auf Vorhandensein beziehungsweise hinsichtlich seiner Amplitude überwacht werden. Der Sensor 2 ist beispielsweise ein Drucksensor, kann jedoch auch Teil einer Dehnmessstreifen-Anordnung beziehungsweise eines Kraftsensors, insbesondere auf Dehnmessstreifen-Basis, sein. Ebenso kann der Sensor 2 ein Magnetfeldsensor sein, insbesondere mit Feldplatten in Brückenschaltung.Following the high pass filter 18 or the low-pass filter 24 are both the high-pass branch 16 as well as the low-pass branch 17 to an analog-to-digital converter 29 connected. In the evaluation unit 3 the test signal is again separated from the sensor signal. This is, for example, the two-stage low-pass filter 24 designed for a cutoff frequency of 300 Hz. This is usually sufficient because the measured variable changes comparatively slowly. The high pass filter 18 On the other hand, it is designed for a cutoff frequency below the frequency of the test signal. For example, the cutoff frequency is 1 kHz. In this way, the test signal is separated from the sensor signal, so that both signals to the analog-to-digital converter 29 can be supplied. Optional is the rectifier 21 in the high-pass branch 16 provided with which the signal demodulated by the sensor signal is rectified and smoothed. The rectified test signal can be monitored for presence or amplitude. The sensor 2 For example, it is a pressure sensor, but it may also be part of a strain gauge arrangement or of a force sensor, in particular on a strain gauge base. Likewise, the sensor 2 be a magnetic field sensor, in particular with field plates in bridge circuit.

Die vorstehend erläuterte Sensoranordnung 1 ermöglicht auf einfache Weise eine kontinuierliche Überwachung. Dazu wird dem Sensorsignal beziehungsweise dem Ausgangssignal der Messbrücke 4 das periodische Testsignal, welches von dem Sensorsignal unabhängig ist, aufmoduliert. Das Sensorsignal mit dem aufmodulierten Testsignal wird verstärkt und der Auswerteeinheit 3 zur Verfügung gestellt. In dieser wird das Testsignal von dem Sensorsignal getrennt, sodass sowohl das ursprüngliche Sensorsignal beziehungsweise Ausgangssignal der Messbrücke 4 als auch das ursprüngliche Testsignal vorliegen. Diese können dem Analog-Digital-Wandler 29 zugeführt sein. Nachfolgend des Analog-Digital-Wandlers 29 wird auf das Vorhandensein des Testsignals geprüft. Kann dieses nicht festgestellt werden beziehungsweise liegt dieses nicht mit einer eingestellten Amplitude vor, so wird ein Fehlerzustand angezeigt, womit entsprechende Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden können.The above-explained sensor arrangement 1 enables continuous monitoring in a simple way. For this purpose, the sensor signal or the output signal of the measuring bridge 4 the periodic test signal, which is independent of the sensor signal, modulated. The sensor signal with the modulated test signal is amplified and the evaluation unit 3 made available. In this test signal is separated from the sensor signal, so that both the original sensor signal or output signal of the measuring bridge 4 as well as the original test signal. These can be the analog-to-digital converter 29 be fed. Following the analog-to-digital converter 29 is checked for the presence of the test signal. If this can not be determined or if this is not present with a set amplitude, then an error condition is displayed, with which appropriate precautionary measures can be taken.

Die 2a zeigt in einem oberen Diagramm einen Verlauf des Sensorsignals, wobei die Spannung U über der Zeit t aufgetragen ist. Das Sensorsignal beziehungsweise das Ausgangssignal der Messbrücke 4 entspricht der Messgröße und weist einen im Wesentlichen konstanten Wert von P_in auf. In einem unteren Diagramm wird dagegen das mittels des Signalgenerators 12 erzeugte Testsignal wiedergegeben, wobei eine Ausgangsspannung U_out über der Zeit t aufgetragen ist. Erkennbar ist, dass das Testsignal periodisch ist und eine konstante Amplitude U_TP aufweist. Das Testsignal ist vorteilhafterweise ein niederfrequentes Wechselspannungssignal, besonders bevorzugt ein Sinussignal. Die 2a zeigt also das Sensorsignal sowie das Testsignal, bevor das Testsignal auf das Sensorsignal aufmoduliert wird.The 2a shows in an upper diagram a curve of the sensor signal, wherein the voltage U is plotted against the time t. The sensor signal or the output signal of the measuring bridge 4 corresponds to the measured variable and has a substantially constant value of P _in . In a lower diagram, on the other hand, by means of the signal generator 12 reproduced generated test signal, wherein an output voltage U _out is plotted against the time t. It can be seen that the test signal is periodic and has a constant amplitude U _TP . The test signal is advantageously a low-frequency AC signal, particularly preferably a sine signal. The 2a So shows the sensor signal and the test signal before the test signal is modulated onto the sensor signal.

Die 2b zeigt dagegen in einem ersten, oberen Diagramm die Spannung U über der Zeit t, wie sie nachfolgend des Hochpassfilters 18 und des Gleichrichters 21 an dem Analog-Digital-Wandler 29 anliegt. In dem ersten Diagramm ist also das gleichgerichtete und geglättete Testsignal wiedergegeben. Angedeutet ist hier, dass die vorliegende Spannung konstant U_TP ist, also der ursprünglichen Amplitude des Testsignals entspricht. Wird festgestellt, dass die an dem Analog-Digital-Wandler 29 anliegende Amplitude des Testsignals von der ursprünglichen Amplitude, die mit dem Signalgenerator 12 erzeugt wurde, abweicht, so kann auf eine Fehlfunktion der Sensoranordnung 1 geschlossen werden und der Fehlerzustand angezeigt werden. Das untere Diagramm der 2b zeigt dagegen das von dem Testsignal befreite, also demodulierte Sensorsignal, wie es nachfolgend des zweistufigen Tiefpassfilters 24 an dem Analog-Digital-Wandler 29 anliegt. Auch hier ist die Spannung U über der Zeit t wiedergegeben. Es ist erkennbar, dass die hier vorliegende Spannung ebenfalls wie in dem oberen Diagramm der 2a den Wert P_in zeigt. Das ursprüngliche Sensorsignal wird also durch das Aufmodulieren und Demodulieren des Testsignals nicht beeinträchtigt, vielmehr kann das Messen mittels der Sensoranordnung 1 durchgeführt und gleichzeitig über das Testsignal deren Funktionsfähigkeit sichergestellt werden.The 2 B on the other hand shows in a first, upper diagram the voltage U over the time t, as they follow the high-pass filter 18 and the rectifier 21 on the analog-to-digital converter 29 is applied. The first graph shows the rectified and smoothed test signal. It is indicated here that the present voltage is constant U _TP , ie corresponds to the original amplitude of the test signal. It is determined that the on the analog to digital converter 29 applied amplitude of the test signal from the original amplitude, with the signal generator 12 was generated, it may indicate a malfunction of the sensor assembly 1 be closed and the error condition will be displayed. The lower diagram of the 2 B on the other hand shows the sensor signal freed from the test signal, ie demodulated, as is the case below the two-stage low-pass filter 24 on the analog-to-digital converter 29 is applied. Again, the voltage U over the time t is reproduced. It can be seen that the voltage present here as well as in the upper diagram of 2a shows the value P _in . The original sensor signal is therefore not adversely affected by the modulating and demodulating of the test signal, but rather the measuring by means of the sensor arrangement 1 carried out while the function of the test signal to ensure their functionality.

Claims

Sensor arrangement ( 1 ) with at least one sensor ( 2 ) and an evaluation unit ( 3 ), whereby the evaluation unit ( 3 ) a sensor signal representing the measured variable ( 2 ), characterized by a modulator ( 9 ), by means of which the sensor signal of the sensor ( 2 ) is modulated during measurement with a periodic test signal independent of the sensor signal.

Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor ( 2 ) one to the modulator ( 9 ) connected signal generator ( 12 ) and / or an amplifier acting on the sensor signal ( 6 ) having.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the modulator ( 9 ) to at least one bridge branch ( 8th ) of a measuring bridge ( 4 ) of the sensor ( 2 ) connected.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the signal generator ( 12 ) generates the test signal in the form of an alternating voltage with a certain frequency.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 3 ) via a high-pass filter ( 18 ) and / or a low-pass filter ( 24 ).

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pass filter ( 18 ) and / or the low-pass filter ( 24 ) to an analog-to-digital converter ( 29 ) are connected.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 2 ) is a pressure sensor, in particular a brake system is.

Method for operating a sensor arrangement ( 1 ), in particular according to one or more of the preceding claims, wherein the sensor arrangement ( 1 ) at least one sensor ( 2 ) and an evaluation unit ( 3 ), which represents a sensor signal representing the measured variable ( 2 ), characterized in that the sensor signal of the sensor ( 2 ) is modulated during a measuring operation with a periodic test signal independent of the sensor signal.

A method according to claim 8, characterized in that the test signal from the evaluation unit ( 3 ) is demodulated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an error state is displayed when the demodulated test signal, in particular its amplitude, deviates from the modulated test signal.