DE102010018904A1 - Sensor device for monitoring component of motor vehicle, aircraft or production machine, has energy converter that is fitted at component to be monitored, where energy converter converts vibrations of component in electronic signal - Google Patents

Sensor device for monitoring component of motor vehicle, aircraft or production machine, has energy converter that is fitted at component to be monitored, where energy converter converts vibrations of component in electronic signal Download PDF

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Abstract

The sensor device (11) has an energy converter (14) that is fitted at a component to be monitored, where the energy converter converts the vibrations of the component in an electronic signal. A switching element or a storage device (15) is provided in the sensor device. The electronic signal encompasses a state change in the switching element or the storage device. The sensor device is formed such that the state change is selected in a wireless manner. A selection device (13) is provided with a Radio frequency identificationantenna (17). An independent claim is also included for a method for monitoring a component in a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Überwachung eines Bauteils in einem Kraftfahrzeug, Flugzeug, Produktionsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, Flugzeug, oder Produktionsmaschine mit einer solchen Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 8 sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Bauteils entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The The invention relates to a sensor device for monitoring a component in a motor vehicle, aircraft, production machine according to the preamble of claim 1. Furthermore the present invention relates to a motor vehicle, aircraft, or production machine with such a sensor device according to claim 8 and a method for monitoring a component accordingly the preamble of claim 9.

In modernen Kraftfahrzeugen/Industriellen Maschinen/Transportsystemen/Kraftwerken wird verstärkt Wert auf die Erhöhung der Sicherheit der Fahrzeuginsassen gelegt. Aus diesem Grund werden die sicherheitsrelevanten Elemente eines Kraftfahrzeugs zunehmend elektronisch überwacht. Dazu kommen verschiedene Sensorsysteme zum Einsatz. Ein Großteil dieser Sensorsysteme arbeitet mit Batterien oder einer kabelgebundenen externen Energieversorgung. Da Batterien aber ein relativ hohes Gewicht aufweisen, vergleichsweise teuer sind und nur eine begrenzte Lebensdauer haben, ist ihre Verwendung nachteilhaft. Die Verwendung einer kabelgebundenen externen Energieversorgung ist ebenfalls nachteilig, da zum einen ein erheblicher Montage- und Installationsaufwand entsteht und zum anderen zusätzliche Kabelkanäle benötigt werden. Außerdem besteht immer die Gefahr eines Leitungsbruchs und somit des Ausfalls des Sensors. An unzugänglichen Stellen ist die Verwendung batteriegestützter Systeme mit hohem Wartungsaufwand verbunden.In modern motor vehicles / industrial machines / transport systems / power plants Increased emphasis is placed on increasing security the vehicle occupants laid. For this reason, the security relevant Elements of a motor vehicle increasingly monitored electronically. In addition, various sensor systems are used. A big part These sensor systems work with batteries or a wired one external energy supply. But batteries are a relatively high one Weight, are relatively expensive and only a limited Lifespan, their use is disadvantageous. The usage a wired external power supply is also disadvantageous, because on the one hand a considerable installation and installation effort arises and on the other hand additional cable channels needed become. In addition, there is always the risk of a line break and thus the failure of the sensor. In inaccessible places is the use of battery-backed systems with high Maintenance costs associated.

DE 29709107 U1 offenbart einen Glasbruchsensor, welcher ein Piezoelement umfasst, welches an einem zu überwachenden Element angebracht ist, wobei das Piezoelement Schwingungen des Elementes in ein elektrisches Signal umwandelt. Ferner wird eine Schalteinrichtung offenbart, die auf das Ausgangssignal des Piezoelementes anspricht bzw. durch das Ausgangssignal betätigt wird. Die Schalteinrichtung ist dabei durch eine Zuleitung mit einer Alarmzentrale verbunden, die kontinuierlich einen Überwachungsstrom über die Schalteinrichtung fließen lässt. DE 29709107 U1 discloses a glass breakage sensor comprising a piezo element mounted on a member to be monitored, the piezo element converting vibrations of the element into an electrical signal. Furthermore, a switching device is disclosed, which responds to the output signal of the piezoelectric element or is actuated by the output signal. The switching device is connected by a supply line with an alarm center, which continuously flows a monitoring current through the switching device.

Auch hier ist demnach eine Kabelverbindung vorhanden, was zu den oben beschriebenen Nachteilen führt.Also Here is therefore a cable connection available, leading to the above described disadvantages.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Sensorvorrichtung zum Überwachen eines Bauteils in einem Kraftfahrzeug, die einfacher aufgebaut und weniger fehleranfällig ist.task The invention therefore provides a sensor device for monitoring a component in a motor vehicle, the simpler and less error prone.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen 8 sowie einem Verfahren zur Überwachung eines Bauteils an einem Kraftfahrzeug entsprechend Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a sensor device according to claim 1, a motor vehicle according to the siblings Claims 8 and a method for monitoring a component on a motor vehicle according to claim 9 solved. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, mittels der Verwendung eines Transponders und eines mittels einer Piezovorrichtung arbeitenden Schaltelementes oder einer Speichervorrichtung, eine energieautarke Sensorvorrichtung zu schaffen. Die benötigte Energie um Zustandsänderungen des zu überwachenden Bauteils zu speichern wird durch die Piezovorrichtung mittels des so genannten „Energy Harvesting” zur Verfügung gestellt. Dabei wandelt die Piezovorrichtung Schwingungen des zu überwachenden Bauteils in ein elektrisches Signal um, welches in einem Schaltelement eine Zustandsänderung herbeiführt, die wiederum durch eine Auslesevorrichtung drahtlos auslesbar ist.Of the essential idea of the invention is, by means of the use a transponder and a working by means of a piezo device Switching element or a storage device, an energy self-sufficient To provide sensor device. The energy needed Changes in the state of the component to be monitored to be stored by the piezo device by means of the so-called "Energy Harvesting "provided. It transforms the piezo device vibrations of the monitored Component in an electrical signal to which in a switching element causes a change of state, which in turn can be read wirelessly by a read-out device.

Vorzugsweise ist das Schaltelement als Speichervorrichtung ausgebildet. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen nichtflüchtigen Speicher, da die Information des Sensors auch erhalten bleiben soll, wenn der Sensor nicht mehr ausgelöst ist. Die Größe der zu speichernden Information und damit auch die Größe des benötigten Speichers können variieren – grundsätzlich ist jedoch das Setzen einer einzelnen Flag, also ein Bit, ausreichend. Eine Signalvorverarbeitung wie z. B. ein Ereigniszähler oder ein Auswerte-Überwachungsalgorithmus bzw. eine Bereichüberwachung ermöglichen eine entsprechende Auswertung, Bewertung und Beurteilung der Signale.Preferably the switching element is designed as a storage device. Prefers this is a non-volatile memory, because the information of the sensor should also be preserved, if the sensor is no longer triggered. The size the information to be stored and thus the size of the required memory can vary - basically however, setting a single flag, one bit, is sufficient. A signal preprocessing such. B. an event counter or an evaluation monitoring algorithm or an area monitoring allow a corresponding evaluation, evaluation and Assessment of the signals.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das zu überwachende Element eine Glasscheibe ist. Die Sensorvorrichtung dient dann als Glasbruchmelder. Das Piezoelement kann dabei die bei einem Glasbruch auftretenden mechanischen Schwingungen in elektrische Energie umwandeln. Obwohl diese Energie naturgemäß relativ gering ist, reicht sie doch aus, um eine Zustandsänderung im Schaltelement vorzunehmen, z. B. ein Flag zu setzen. Dem Fachmann ist klar, dass auch andere Bauteile, wie z. B. eine Fahrwerksaufhängung, Träger oder sonstige Maschinenteile, auf diese Weise überwacht werden können. Denkbar ist auch ein Überwachungsalgorithmus, der z. B. mittels eines Ereigniszählers erst nach mehrmaligem Auftreten eines bestimmten Ereignisses dieses meldet.A Another preferred embodiment provides that the to be monitored element is a glass sheet. The sensor device then serves as a glass breakage detector. The piezoelectric element can be the in a glass breakage occurring mechanical vibrations in electrical Convert energy. Although this energy is relatively relative by nature is small, but it is enough to a change of state make in the switching element, z. For example, set a flag. The expert it is clear that other components, such. B. a suspension suspension, Carrier or other machine parts, monitored in this way can be. Also conceivable is a monitoring algorithm, the z. B. by means of an event counter only after repeated Occurrence of a specific event this reports.

Dadurch ist es Möglich stark beanspruchte Bauteile so zu überwachen dass diese nicht konstruktiv überdimensioniert ausgelegt werden müssen.Thereby It is possible to monitor heavily used components that these are not constructively oversized Need to become.

Vorzugsweise umfasst die Piezovorrichtung eine Piezofolie, z. B. aus hoch polarisiertem Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Elektret-Polymeren. Vorzugsweise erzeugt die Piezofolie proportional zum Einwirken äußerer Kräfte eine elektrische Ladung, welche dazu benutzt werden kann, den Zustand der Schalteinrichtung zu ändern. Vorteilhaft weist die Piezofolie eine hohe Festigkeit und Empfindlichkeit auf, so dass sie flexibel an das zu überwachende Bauteil angepasst werden kann. Weiterhin vorteilhaft ist die Piezofolie entweder als einseitige oder als doppelseitige Piezofolie ausgeführt. Dem Fachmann ist außerdem klar, dass die Piezofolie zum Messen verschiedenster Parameter wie z. B. Kraft, Druck, Dehnung, Beschleunigung oder Schwingungen verwendet werden kann.Preferably, the piezo device comprises a piezo film, z. B. of highly polarized polyvinylidene fluoride (PVDF) or electret polymers. Preferably, the piezo film generates proportional to External forces cause an electrical charge which can be used to change the state of the switching device. Advantageously, the piezo film has a high strength and sensitivity, so that it can be flexibly adapted to the component to be monitored. Further advantageously, the piezo film is designed either as a one-sided or as a double-sided piezo film. The skilled person is also clear that the piezo film for measuring a variety of parameters such. As force, pressure, strain, acceleration or vibration can be used.

Weiterhin vorzugsweise umfasst die Speichervorrichtung einen Feldeffekttransistor, vorzugsweise ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Da sich Feldeffekttransistoren mit äußerst geringer Zeitverzögerung schalten lassen, kann durch ihre Verwendung schnell auf Änderungen des Stromflusses reagiert werden. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass auch jeder andere Halbleiterschalter, wie z. B. Dioden, Thyristoren, Triacs oder bipolare Transistoren verwendet werden können. Vorzugsweise werden extrem energiearme Technologien für die Zustandsspeicherbauelemente eingesetzt.Farther Preferably, the memory device comprises a field effect transistor, preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). As field effect transistors with extremely low Time delay can be switched by their use react quickly to changes in the flow of current. However, it will be apparent to those skilled in the art that any other semiconductor switch, such as As diodes, thyristors, triacs or bipolar transistors can be used. Preferably, extremely low energy Technologies for the state memory devices used.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Speichervorrichtung einen Flash-Speicher (Flash-EEPROM). Dadurch können die gespeicherten Informationen auch ohne ständige Spannungsversorgung lange erhalten bleiben. Erwünscht sind außerdem der geringe Stromverbrauch, die Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen und magnetischen Feldern sowie die Tatsache, dass auch sehr kleine Bauformen möglich sind. Dem Fachmann ist klar, dass sowohl „NAND Flash-Speicher”, als auch „NOR Flash-Speicher” verwendet werden können.In In another preferred embodiment, the memory device comprises a flash memory (flash EEPROM). This allows the stored information even without constant power supply to be preserved for a long time. Desirable are also desirable the low power consumption, the insensitivity to Jarring and magnetic fields as well as the fact that even very small designs are possible. The skilled person is It should be understood that both "NAND flash memory" and "NOR Flash memory "can be used.

Die Sensorvorrichtung umfasst einen Transponder. Als Transponder ist dabei jedes System zu verstehen, welches drahtlos eingehende Signale aufnimmt und automatisch beantwortet. Da der Transponder seine benötigte Energie aus dem Feld eines Lesegerätes bezieht, ermöglicht er es, die Zustandsänderungen des Schaltelementes oder der Speichervorrichtung drahtlos auszulesen.The Sensor device comprises a transponder. As transponder is while understanding each system which wirelessly incoming signals picks up and answers automatically. Because the transponder needed its Energy from the field of a reader refers allows he es, the state changes of the switching element or the memory device to read wirelessly.

Weiterhin vorzugsweise umfasst die Sensorvorrichtung eine Auslesevorrichtung mit einer RFID-Antenne. Unter RFID ist dabei ein System zu verstehen, welches die Möglichkeit bietet Daten lesen und schreiben zu können, ohne mit dem Datenspeicher über ein Kabel verbunden zu sein, wobei die Daten über Funkerkennung übermittelt werden. Von der Auslesevorrichtung muss dabei ein magnetisches beziehungsweise ein elektromagnetisches Feld erzeugt werden, welches durch den Transponder verändert wird. Dieses Feld kann mittels der RFID-Antenne empfangen werden – die durch den Transponder bewirkte Veränderung des Feldes wird durch die Auslesevorrichtung erkannt und entsprechend ausgewertet. Vorzugsweise erhält die Auslesevorrichtung die Zustandsinformationen durch so genanntes Polling (zyklisches Abfragen). Gleichwertig ist aber die Verwendung von Interrupt-Requests (Unterbrechungsanforderungen) oder ein rekursiver Aufbau.Farther Preferably, the sensor device comprises a read-out device with an RFID antenna. Under RFID is a system to understand which offers the possibility to read and write data to be able to without using the data store over Cable to be connected, the data transmitted via radio detection become. From the reading device while a magnetic or an electromagnetic field generated by the transponder is changed. This field can by means of the RFID antenna received - the change caused by the transponder of the field is detected by the readout device and accordingly evaluated. Preferably, the readout device receives the state information by so-called polling (cyclic Interrogate). Equivalent, however, is the use of interrupt requests (interrupt requests) or a recursive structure.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Bauteils in einem Kraftfahrzeug unter Verwendung einer solchen Sensorvorrichtung.After all the invention relates to a motor vehicle with the inventive Sensor device and a method for monitoring a component in a motor vehicle using such a sensor device.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:in the The invention will become more apparent from the drawing explained. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Sensorvorrichtung und 1 a schematic representation of a preferred embodiment of a sensor device and

2 den schematischen Aufbau einer einseitigen Piezofolie mit einem zu überwachenden Bauteil. 2 the schematic structure of a one-sided piezo film with a component to be monitored.

1 zeigt in Form einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer Sensorvorrichtung, deren Bestandteile eine Sensorvorrichtung 11 sowie eine Auslesevorrichtung 13 sind. Die dargestellte Sensorvorrichtung 11 umfasst eine Piezovorrichtung als Energiewandler 14 sowie einen Transponder 16, welcher eine Schaltung 12, ein Speicherelement 15 und eine Antenne 17 umfasst. 1 shows in the form of a schematic representation of a preferred embodiment of a sensor device whose components are a sensor device 11 and a readout device 13 are. The illustrated sensor device 11 includes a piezo device as an energy converter 14 as well as a transponder 16 which is a circuit 12 , a storage element 15 and an antenna 17 includes.

Die Piezovorrichtung wandelt Schwingungen des überwachten Bauteils in ein elektrisches Signal um, welches im Speicherelement 15 eine Zustandsänderung bewirkt. Diese wird durch den Transponder 16 drahtlos an die Auslesevorrichtung 13 übermittelt, welche die Information durch die Antenne 17 empfangen kann.The piezoelectric device converts vibrations of the monitored component into an electrical signal, which is stored in the memory element 15 causes a change of state. This is done by the transponder 16 wirelessly to the readout device 13 which transmits the information through the antenna 17 can receive.

2 zeigt den schematischen Aufbau einer einseitigen Piezofolie mit einem zu überwachenden Bauteil 22. Auf dem überwachten Bauteil 22, z. B. einer Glasscheibe, wird mit Hilfe eines Befestigungsmittels 21, z. B. Klebstoff, die Piezovorrichtung 14, befestigt. Diese ist mit einer Transponderschicht 16 verbunden, welche eine Antenne 17 und ein Speicherelement 15 umfasst. Da die Piezofolie relativ dünn ist, kann sie flexibel an das zu überwachende Bauteil angepasst werden. 2 shows the schematic structure of a one-sided piezo film with a component to be monitored 22 , On the monitored component 22 , z. As a glass, is using a fastener 21 , z. As adhesive, the piezo device 14 , attached. This is with a transponder layer 16 connected, which is an antenna 17 and a memory element 15 includes. Since the piezo film is relatively thin, it can be flexibly adapted to the component to be monitored.

1111
Sensorvorrichtungsensor device
1212
Schaltungcircuit
1313
Auslesevorrichtungreadout device
1414
Piezovorrichtungpiezo
1515
Speichervorrichtungstorage device
1616
Transpondertransponder
1717
Antenneantenna
2121
Befestigungsmittelfastener
2222
überwachtes Bauteilmonitored component

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 29709107 U1 [0003] - DE 29709107 U1 [0003]

Claims (9)

Sensorvorrichtung (11) zur Überwachung eines Bauteils (22), mit einem an dem zu überwachenden Bauteil (22) angebrachten Energiewandler (14), der Schwingungen des zu überwachenden Bauteils (22) in ein elektrisches Signal umwandelt, und einem Schaltelement oder einer Speichervorrichtung (15), wobei das elektrische Signal in dem Schaltelement (12) oder der Speichervorrichtung (15) eine Zustandsänderung herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung derart ausgebildet ist, das die Zustandsänderung drahtlos auslesbar ist.Sensor device ( 11 ) for monitoring a component ( 22 ), with a component to be monitored ( 22 ) attached energy converters ( 14 ), the vibrations of the component to be monitored ( 22 ) is converted into an electrical signal, and a switching element or a memory device ( 15 ), wherein the electrical signal in the switching element ( 12 ) or the storage device ( 15 ) causes a change in state, characterized in that the sensor device is designed such that the state change is wirelessly readable. Sensorvorrichtung (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung eine Ausleseeinrichtung (13) enthält.Sensor device ( 11 ) according to claim 1, characterized in that the sensor device comprises a read-out device ( 13 ) contains. Sensorvorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (14) eine Piezovorrichtung/Piezofolie umfasst.Sensor device ( 11 ) according to one of claims 1 to 2, characterized in that the energy converter ( 14 ) comprises a piezo / Piezofolie. Sensorvorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (15) eine MOSFET-Schaltung umfasst.Sensor device ( 11 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the storage device ( 15 ) comprises a MOSFET circuit. Sensorvorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (15) einen Flash-Speicher umfasst.Sensor device ( 11 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the storage device ( 15 ) comprises a flash memory. Sensorvorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (11) eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle umfasst.Sensor device ( 11 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor device ( 11 ) comprises a wireless communication interface. Sensorvorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (11) eine Auslesevorrichtung (13) aufweist, welche eine RFID-Antenne (17) umfasst.Sensor device ( 11 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sensor device ( 11 ) a readout device ( 13 ) having an RFID antenna ( 17 ). Kraftfahrzeug, Flugzeug oder Produktionsmaschine mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.Motor vehicle, airplane or production machine with a sensor device according to one of the claims 1 to 7. Verfahren zur Überwachung eines Bauteils in einem Kraftfahrzeug unter Verwendung einer Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (12) durch eine Auslesevorrichtung (13) drahtlos ausgelesen wird.Method for monitoring a component in a motor vehicle using a sensor device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the memory device ( 12 ) by a read-out device ( 13 ) is read out wirelessly.
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EP2685220A3 (en) * 2012-07-10 2017-08-02 Stichting IMEC Nederland Self-powered sensor system

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