DE102013201408B4

DE102013201408B4 - Sensoranordnung und Verfahren zum Erfassen eines Messwertes

Info

Publication number: DE102013201408B4
Application number: DE201310201408
Authority: DE
Inventors: Edwin Eberlein; Axel Haas; Stephan Hanel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: DE102013201408A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensoranordnung, die neben dem von dem Sensor ausgegebenen Spannungswert auch die Versorgungsspannung des Sensors bei der weiteren Auswertung berücksichtigt. Somit können insbesondere bei räumlich ausgedehnten Systemen Spannungsabfälle zwischen Auswerteeinheit und Sensor berücksichtigt und kompensiert werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit auch bei räumlich ausgedehnten Systemen eine kostengünstige und präzise Messwerterfassung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Messsignals und ein Verfahren zum Erfassen eines Messsignals.
Stand der Technik
Es ist bekannt, Messsignale, wie beispielsweise eine elektrische Spannung, eine Temperatur oder einen Druck mittels eines geeigneten Sensors zu erfassen. Zur Weiterverarbeitung kann der Sensor daraufhin ein zu dem erfassten Messsignal proportionales Spannungssignal ausgeben, welches von einer entsprechenden Auswerteeinheit empfangen und weiterverarbeitet wird. Beispielsweise kann diese Auswerteeinheit das analoge Spannungssignal in ein digitales Signal konvertieren. Dieses digitale Signal kann daraufhin von einem digitalen Prozessor weiterverarbeitet werden.
DE 103 36 055 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung mit einer Mehrdrahtleitung Signalausgabe. Ein Sensor wird von einem Spannungsmodul mit Energie versorgt und gibt basierend einen zu einer erfassten Messgröße korrespondierenden Strom aus. Dieser Strom wird durch einen Spannungsteiler in eine Spannung überführt und ausgewertet.
DE 28 37 377 C3 betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Fernübertragung von Messgrößen. Eine Messanordnung wird dabei über eine Zweidrahtleitung in einer ersten Messphase mit Energie versorgt. In einer weiteren Messphase überträgt die Messanordnung ein zu einem erfassten Messwert korrespondierendes Signal an ein Auswertegerät.
DE 199 05 071 A1 offenbart einen Messumformer und ein Verfahren zur Diagnose der Versorgung eines Messumformers. Ein Messumformer wird dabei über eine Zweidrahtleitung von einem Speisegerät mit Energie versorgt. Eine von dem Messumformer erfasste Messgröße wird mittels eines frequenzmodulierten Signals von dem Messumformer über die Zweidrahtleitung zu dem Speisegerät übertragen.
DE 36 15 452 A1 betrifft eine Anordnung zur Signalübertragung in einer Messanordnung. Ein Messumformer mit einem Sensor ist dabei über eine Zweidrahtleitung mit einem Auswertegerät verbunden. Die Messwerte des Messumformers werden mittels eines impulsförmig getasteten Gleichstroms von dem Messumformer an das Auswertegerät übertragen.
DE 100 44 264 B4 offenbart eine Einrichtung zur Detektion einer Sensorstörung für ein Fahrzeug. Ein Doppelsensor umfasst hierbei einen Hauptsensor und einen Untersensor. Die Messgrößen der beiden Sensoren werden von einer Störungsdetektionsvorrichtung überwacht.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer solchen Sensoranordnung. Eine Spannungsversorgung 10 stellt hierbei für die Auswerteeinheit 11 und den Sensor 12 die erforderliche Versorgungsspannung bereit. Hierzu sind Spannungsversorgung 10, Auswerteeinheit 11 und Sensor 12 einerseits mit einem Bezugspotential GND als negative Referenzspannung verbunden. Weiterhin sind Spannungsversorgung 10, Auswerteeinheit 11 und Sensor 12 über eine weitere Leitung mit einer positiven Versorgungsspannung Vdd als positive Referenzspannung verbunden. Der Sensor 12 erfasst dabei ein Messsignal und gibt daraufhin eine zu dem Messsignal korrespondierende Messspannung V_Mess aus. Diese Messspannung V_Mess wird der Auswerteeinheit 11 zugeführt. Die Auswerteeinheit 11 erfasst die Messspannung V_Mess, wandelt die analoge Spannung in ein digitales Signal um und stellt dieses digitale Signal für eine Weiterverarbeitung bereit. Die Auswerteeinheit 11 und der Sensor 12 können dabei voneinander räumlich beabstandet angeordnet sein. Die Verbindung und Spannungsversorgung zwischen Auswerteeinheit 11 und Sensor 12 erfolgt dabei über geeignete Leitungen 13, 14 und 15. Bei großem Abstand zwischen Auswerteeinheit 11 und Sensor 12 sind dabei auch entsprechend lange Leitungen 13, 14, 15 erforderlich. Insbesondere bei großen Leitungslängen und geringen Leiterquerschnitten kann über die Verbindungsleitungen 13 und 14 für die Versorgungsspannung ein signifikanter Spannungsabfall auftreten. In diesem Fall liegt am Sensor 12 nicht mehr die volle Versorgungsspannung Vdd an. Ebenso kann bei einem Spannungsabfall auf der Masseleitung 13 auch das Bezugspotential GND abweichen. Somit wird der Sensor 12 nur mit dem Massepotential GND_Sensor und der Versorgungsspannung Vdd_Sensor betrieben. Dies kann dazu führen, dass das zu dem Messsignal korrespondierende Spannungssignal, welches durch den Sensor erzeugt wird, aufgrund der Spannungsabfälle auf den Versorgungsleitungen 13 und 14 beeinträchtigt wird. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Vorrichtungen, wie beispielsweise einer Geschwindigkeitsmessung in einem Kraftfahrzeug, kann dies jedoch zu inakzeptablen Abweichungen führen.
Zur Erhöhung der Messsicherheit können mehrere Sensoren 12 parallel betrieben werden. Durch Auswertung mehrerer parallel erfasster Messsignale und die damit gewonnene Redundanz ist es ebenfalls möglich, die Messsicherheit zu erhöhen. Eine solche Sensoranordnung mit mehreren zueinander parallel geschalteten Sensorelementen ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2011 075 679 A1 beschrieben.
Alternativ kann zur Erhöhung der Messsicherheit die Auswerteeinheit 11 unmittelbar mit dem Sensor 12 gekoppelt werden, so dass beide Elemente mit einer gleichen Spannung betrieben werden. In diesem Fall muss jedoch das durch die Auswerteeinheit erzeugt Digitalsignal störungsfrei zu einer weiterverarbeitenden Einheit übertragen werden. Dies stellt ebenfalls eine große Herausforderung dar.
Sicherheitsrelevante Steuervorgänge, wie beispielsweise das Beschleunigen oder das Abbremsen eines Kraftfahrzeugs erfordern eine sehr genaue und zuverlässige Kenntnis von relevanten Messwerten innerhalb des Kraftfahrzeuges. Eine solche präzise und zuverlässige Erfassung von Messsignalen erfordert jedoch einen hohen Aufwand.
Es besteht daher ein Bedarf nach einer Sensoranordnung für eine zuverlässige Auswertung entfernt angeordneter Sensoren. Ferner besteht ein Bedarf nach einer effizienten und kostengünstigen Auswertung von entfernt angeordneten Sensoren.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Sensoranordnung mit einem Sensor, der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal zu erfassen und ein zu dem erfassten Messsignal korrespondierendes Spannungssignal auszugeben; einer Spannungsversorgung, die dazu ausgelegt ist, an dem Sensor eine Versorgungsspannung bereitzustellen; und einer Auswerteeinheit, die dazu ausgelegt ist, das von dem Sensor ausgegebene Spannungssignal und ein zu der am Sensor bereitgestellten Versorgungsspannung proportionales Spannungssignal zu erfassen und Messwerte basierend auf den erfassten Spannungssignalen zu bestimmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Messsignals mit den Schritten des Bereitstellens eines Sensors, der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal zu erfassen und ein zu dem erfassten Messsignal korrespondierendes Spannungssignal auszugeben; des Bereitstellens einer Versorgungsspannung an dem Sensor; des Erfassens des von dem Sensor ausgegebenen Spannungssignals, das zu dem erfassten Messignal korrespondiert; des Erfassens mindestens eines zu der Versorgungsspannung des Sensors proportionalen Spannungssignals; und des Bestimmens eines Messwertes basierend auf den erfassten Spannungssignalen.
Es ist eine Idee der vorliegenden Erfindung, durch die Auswerteeinheit nicht nur die vom Sensor ausgegebene Messspannung auszuwerten, sondern darüber hinaus auch in der Auswerteeinheit die Versorgungsspannung des Sensors zu berücksichtigen. Für die Bestimmung des Messwertes, der zu der vom Sensor ausgegebenen Spannung korrespondiert, werden in der Auswerteeinheit auch zusätzlich die Spannungsverhältnisse am Sensor erfasst.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass selbst bei größeren Spannungsabweichungen zwischen Auswerteeinheit und Sensor noch eine sehr präzise Bestimmung des Messwertes möglich ist. Spannungsabfälle entlang den Leitungen für die Versorgungsspannung können auf diese Weise berücksichtigt und kompensiert werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass selbst Störsignale, die sich in die Leitungen der Versorgungsspannung einkoppeln durch die Auswerteeinheit erfasst ausgewertet und berücksichtigt werden können. Somit kann die Störanfälligkeit des Systems weiter reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung somit wesentlich robuster gegen Spannungsabfälle und die Einkopplung von Störsignalen wird und für die Verbindung zwischen Auswerteeinheit und Sensoranordnung auch ungeschirmte und preiswertere Verbindungsleitungen verwendet werden können. Somit können kostengünstige und relativ dünne Verbindungsleitungen verwendet werden, die darüber hinaus auch weniger Bauraum erfordern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Spannungsversorgung dazu ausgelegt, an dem Sensor eine positive und eine negative Versorgungsspannung bereitzustellen, und die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, die positive und die negative Versorgungsspannung des Sensors zu erfassen. Durch die gleichzeitige Erfassung des Spannungsabfalles sowohl auf der Seite des Bezugspotentials als auch auf der Seite der Betriebsspannung kann eine besonders präzise und somit zuverlässige Kompensation der Spannungsabfälle über den Verbindungsleitungen ermöglicht werden. Somit wird die Genauigkeit des ausgewerteten Messsignals weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die erfassten Versorgungsspannungen des Sensors über Spannungsteiler an der Auswerteeinheit bereitgestellt. Vorzugsweise ist der Spannungsteiler ein ohmscher Spannungsteiler. Durch die Verwendung eines Spannungsteilers werden die von der Auswerteeinheit zu erfassenden Spannungsniveaus abgesenkt, so dass die Auswerteeinheit auch in der Lage ist, Spannungen des Sensors korrekt zu detektieren, die oberhalb der oberen Referenzspannung der Auswerteeinheit und/oder unterhalb der unteren Referenzspanung der Auswerteeinheit liegen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Auswerteeinheit und der Sensor über eine gemeinsame Spannungsversorgung mit Spannung versorgt. Somit kann eine einfache und effiziente Spannungsversorgung aller Komponenten der Sensoranordnung erfolgen. Spannungsabfälle aufgrund langer Verbindungen zwischen Auswerteeinheit und Sensor können durch die erfindungsgemäße Erfassung und Kompensation berücksichtigt und ausgeglichen werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung der vorliegenden Erfindung eine weitere Spannungsversorgung, die dazu ausgelegt ist, an der Auswerteeinheit eine Versorgungsspannung bereitzustellen. Durch die getrennte Spannungsversorgung von Auswerteeinheit und Sensor entfallen somit die erforderlichen Verbindungsleitungen für eine Spannungsversorgung zwischen Auswerteeinheit und Sensor. Spannungsschwankungen in den Versorgungsspannungen können durch die erfindungsgemäße Erfassung der Versorgungsspannung in der Auswerteeinheit detektiert und ausgeglichen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung ferner mindestens einen weiteren Sensor, der dazu ausgelegt ist, ein weiteres Messsignal zu erfassen und ein zu dem erfassten weiteren Messsignal korrespondierendes Spannungssignal auszugeben; wobei die Spannungsversorgung dazu ausgelegt ist, an dem Sensor und an dem mindestens einen weiteren Sensor eine Versorgungsspannung parallel bereitzustellen; und wobei die Auswerteeinheit ferner dazu ausgelegt ist, das von dem weiteren Sensor ausgegebene Spannungssignal zu erfassen, und Messwerte basierend auf den erfassten Spannungssignalen zu bestimmen. Somit können auch mehrere entfernte Sensoren parallel von einer Spannungsversorgung betrieben werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Erfassen eines Messsignals gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Schritt zum Überprüfen einer Gültigkeit des bestimmten Messwerts. Somit kann basierend auf den erfassten Spannungssignalen besonders einfach ein Fehler in der Messwerterfassung detektiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Messwert als ungültig klassifiziert, wenn das zu der Spannungsversorgung des Sensors proportionale Spannungssignal außerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt. Übersteigt oder unterschreitet die Versorgungsspannung des Sensors vorgegebene Grenzwerte, so kann davon ausgegangen werden, dass der Sensor nicht mehr korrekt arbeitet und somit der bestimmte Messwert als unzuverlässig verworfen werden muss.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der bestimmte Messwert als ungültig klassifiziert, wenn das vom Sensor ausgegebene Spannungssignal außerhalb des Wertebereichs der erfassten Spannungsversorgung des Sensors liegt. Wird ein Spannungswert des Sensors detektiert, der die Versorgungsspannung des Sensors überschreitet oder das Bezugspotential des Sensors unterschreitet, so kann davon ausgegangen werden, dass dieser erfasste Spannungswert mit Störungen beaufschlagt ist und somit keinen gültigen Messwert liefert.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung mit räumlich entferntem Sensor;
2: eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3: eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4: eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5: eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Erfassung eines Messsignals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsversorgung 20 stellt dabei die Versorgungsspannungen für die Auswerteeinheit 30 und den Sensor 40 bereit. Bei der Spannungsversorgung 20 handelt es sich vorzugsweise um eine Gleichspannungsquelle, die an einem Anschluss ein Bezugspotential GND bereitstellt und am anderen Anschluss eine Versorgungsspannung Vdd. Der Anschluss des Bezugspotentials GND der Spannungsquelle 20 ist mit dem entsprechenden Anschluss der Auswerteeinheit 30 verbunden. Dieser Spannungswert stellt die negative Referenzspannung für die Auswerteeinheit 30 dar. Der Anschluss der Versorgungsspannung Vdd ist mit dem entsprechenden Anschluss der Auswerteeinheit 30 verbunden. Die Versorgungsspannung Vdd stellt dabei die positive Referenzspannung für die Auswerteeinheit 30 dar. Weiterhin ist über entsprechende Leitungen 51, 55 auch der Sensor 40 mit dem Bezugspotential GND und der Versorgungsspannung Vdd verbunden. Bei einer räumlichen Entfernung des Sensors 40 von der Auswerteeinheit 30 und der Spannungsversorgung 20 sind entsprechend große Leitungslängen zwischen Sensor 40 und Auswerteeinheit 30 und Spannungsversorgung 20 erforderlich. Weiterhin wird von dem Anschluss der Versorgungsspannung an dem Sensor über die Leitung 52 die Versorgungsspannung Vdd_Sensor an der Auswerteeinheit bereitgestellt. In gleicher Weise wird der Anschluss des Bezugspotentials GND_Sensor über die Leitung 54 ebenfalls der Auswerteeinheit 30 zugeführt. Über eine weitere Leitung 53 wird ein vom Sensor 40 ausgegebenes Spannungssignal V_Mess der Auswerteeinheit 30 zugeführt.
Als Sensor 40 im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle Arten von Sensoren denkbar, die einen beliebigen Parameter erfassen und basierend auf diesem erfassten Parameter ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellen. Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung solche Sensoren, die als Ausgangssignal einen von dem zu überwachenden Parameter abhängiges Spannungssignal liefern. Das Spannungssignal schwankt dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von dem zu detektierenden Parameter zwischen dem Bezugspotential am Sensor GND_Sensor und der Versorgungsspannung Vdd_Sensor.
Als vom Sensor zu detektierende Parameter sind beispielsweise ein Stromwert, ein Spannungswert, eine Temperatur, ein Druck, eine Beschleunigung, ein Drehmoment oder eine Geschwindigkeit möglich. Weitere Parameter, die von einem Sensor in ein geeignetes elektrisches Spannungssignal umgewandelt werden können, sind jedoch ebenso möglich.
Aufgrund der großen Leitungslängen der Leitungen 51 und 55 für die Versorgungsspannung und das Bezugspotential und der damit verbundenen Impedanzen in den Leitungen 51, 55 kommt es zwischen der Auswerteeinheit 30 und der unmittelbar daran angeschlossenen Spannungsversorgung 20 auf der einen Seite und dem Sensor 40 auf der anderen Seite zu einem Spannungsabfall in den Leitungen 51, 55. Daher wird an den Anschlüssen für die Spannungsversorgung am Sensor 40 eine geringere Spannung anliegen, als an der Auswerteeinheit 30. Der Sensor 40 generiert nun in Abhängigkeit von dem zu überwachenden Parameter einen Spannungswert, der auf der am Sensor anliegenden Eingangsspannung basiert. Dieser Spannungswert wird über die Leitung 53 der Auswerteeinheit 30 zugeführt. Gleichzeitig wird der Auswerteeinheit 30 auch über die Leitung 52 die positive Versorgungsspannung Vdd_Sensor am Sensor 40 und über die Leitung 54 das Bezugspotential GND_Sensor am Sensor 40 zugeführt.
Die Auswerteeinheit 30 erfasst daraufhin das über die Leitung 53 bereitgestellte Spannungssignal, das von dem Sensor 40 in Abhängigkeit von dem erfassten Parameter erzeugt wurde. Dieses Spannungssignal wird von einem Analog-Digital-Konverter (A/D-Konverter) 32 in ein digitales Signal konvertiert. In gleicher Weise erfasst die Auswerteeinheit 30 auch das Bezugspotential GND_Sensor, das über die Leitung 54 an die Auswerteeinheit 30 geleitet wurde. Dieser Spannungswert wird einem weiteren A/D-Konverter 33 zugeführt und ebenfalls in ein digitales Signal umgewandelt. Ebenso wird die Versorgungsspannung Vdd_Sensor des Sensors 40, über die Leitung 52 an die Auswerteeinheit 30 geleitet und einem weiteren A/D-Konverter 31 zugeführt, der dieses Signal in einen Digitalwert konvertiert. Somit sind in der Auswerteeinheit 30 neben dem zu dem vom Sensor generierten Spannungswert auch Bezugspotential und Versorgungsspannung bekannt. Basierend auf diesen drei Werten kann die Auswerteeinheit 30 nun eine präzise Ermittlung des Messwertes durchführen, da sowohl unterer als auch oberer Referenzwert in Bezug auf das vom Sensor bereitgestellte Spannungssignal bekannt sind. Die Spannungsabfälle auf den Leitungen 51 und 55 können somit kompensiert werden.
Da die A/D-Konverter 31, 32 und 33 einen sehr hochohmigen Eingang besitzen, sind die Ströme in den Leitungen 52, 53 und 54 zwischen den A/D-Konvertern und dem Sensor sehr gering. Somit wird auf diesen Leitungen kein signifikanter Spannungsabfall auftreten.
Die Auswerteeinheit 30 kann weiterhin auch eine Plausibilitätskontrolle für den erfassten Messwert durchführen. Liegt beispielsweise der von dem Sensor ausgegebene Spannungswert oberhalb der Versorgungsspannung Vdd_Sensor des Sensors 40, oder unterschreitet der Spannungswert, der vom Sensor ausgegeben wird, das Bezugspotential GND_Sensor am Sensor 40, so kann darauf geschlossen werden, dass die erfassten Messwerte ungültig sind. In diesem Fall kann die Auswerteeinheit 30 den Fehler erkennen und den ermittelten Messwert unmittelbar verwerfen.
Ebenso kann die Auswerteeinheit 30 auch die am Sensor 40 anliegenden Spannungen GND_Sensor und Vdd_Sensor überwachen und bei signifikanten Unregelmäßigkeiten, beispielsweise einer starken Spannungsabweichung nach oben oder unten ebenso auf einen Fehler schließen und die in diesem Zusammenhang erfassten Messwerte verwerfen.
In einer Ausführungsform können auch mehrere Sensoren von einer Spannungsversorgung 20 parallel betrieben werden (nicht dargestellt). Hierzu wird mindestens ein weiterer Sensor parallel zu dem Sensor 40 an die Spannungsversorgung 20 angeschlossen. Dieser weitere Sensor liefert dann ebenfalls ein zu einem weiteren erfassten Messwert proportionales zusätzliches Spanungssignal, das der Auswerteeinheit 30 zusätzlich zugeführt wird. Die Auswertung der Messwerte des oder der weiteren Sensoren erfolgt dabei analog zu der Erfassung des Messwertes von dem Sensor 40.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Sensoranordnung unterscheidet sich von der Sensoranordnung in 2 darin, dass nun der Sensor 40 mit einer separaten Spannungsversorgung 60 versorgt wird. Somit können die Verbindungsleitungen für eine Spannungsversorgung zwischen Auswerteeinheit 30 und Sensor 40 entfallen. Auch in diesem Fall werden die Versorgungsspannung und das Bezugspotential am Sensor 40 über die entsprechenden Leitungen 52 und 54 an die Auswerteeinheit 30 weitergegeben. Somit sind in der Auswerteeinheit 30 sowohl Bezugspotential als auch Versorgungsspannung des Sensors bekannt. Daher kann das vom Sensor ausgegebene und über die Leitung 53 an die Auswerteeinheit 30 gesendete Spannungssignal einem korrekten Messwert zugeordnet werden. Dies ist auch dann der Fall, wenn die von der Spannungsquelle 60 am Sensor 40 bereitgestellte Versorgungsspannung von der Versorgungsspannung an der Auswerteeinheit 30 abweicht.
Ferner kann die Auswerteeinheit 30 in diesem Fall auch unmittelbar eine Fehlfunktion der Spannungsquelle 60, die den Sensor 40 versorgt, erkennen. Tritt in der Spannungsquelle 60 eine unzulässige Spannungsschwankung auf, oder fällt die Spannungsquelle 60 gar komplett aus, so kann die Auswerteeinheit 30 diese Fehlfunktion erkennen und daraufhin die ermittelten Messwerte unmittelbar verwerfen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Sensoranordnung unterscheidet sich von der Sensoranordnung in 3 darin, dass die Versorgungsspannung und das Bezugspotential des Sensors über Spannungsteiler an die Auswerteeinheit 30 gegeben werden. Ein erster Spannungsteiler umfasst dabei einen Widerstand 71 zwischen dem Anschluss der Auswerteeinheit 30 an die positive Versorgungsspannung Vdd und dem Eingang für die Erfassung des Bezugspotentials am Senor. Ein weiterer Widerstand 72 des ersten Spannungsteilers ist zwischen dem Anschluss des Bezugspotentials am Sensor 40 und dem Eingang für die Erfassung des Bezugspotentials des Sensors 40 an der Auswerteeinheit 30 angeordnet. Ein zweiter Spannungsteiler umfasst einen Widerstand 73 zwischen dem Anschluss der Auswerteeinheit 30 am Bezugspotential und dem Eingang der Auswerteeinheit 30 für die Erfassung der Versorgungsspannung des Sensors. Ein weiterer Widerstand 74 des zweiten Spannungsteilers ist zwischen dem Anschluss des Sensors 40 für die Versorgungsspannung auf der einen Seite und dem Eingang der Auswerteeinheit 30 für die Erfassung der Versorgungsspannung am Sensor 40 angeordnet. Durch diese Spannungsteiler ist die Auswerteeinheit 30 in der Lage, auch Versorgungsspannungen am Sensor 40 zu detektieren, die oberhalb der Versorgungsspannung der Auswerteeinheit 30 und unterhalb des Bezugspotentials an der Auswerteeinheit 30 liegen. Somit ist es einerseits möglich, den Sensor 40 gegebenenfalls mit einer höheren Spannung zu betreiben. Andererseits können auf diese Weise auch Störspannungen auf der Versorgung des Sensors 40 detektiert werden, die außerhalb der Betriebsspannung für die Auswerteeinheit 30 liegen. Werden solche Störspannungen detektiert, so kann bei Bedarf auch ein solcher Messwert als ungültig gekennzeichnet und verworfen werden.
Durch die Auswertung von Störimpulsen auf den Verbindungsleitungen zwischen Auswerteeinheit 30 und Sensor 40 können fehlerhafte Messwerte unmittelbar erkannt und verworfen werden. Somit ist es möglich, die Verbindungsleitung zwischen Auswerteeinheit 30 und Sensor 40 einfacher auszugestalten. Insbesondere kann gegebenenfalls auf eine aufwändige Abschirmung verzichtet werden, wodurch preiswertere Verbindungsleitungen möglich sind. Ebenso kann durch die Auswertung des Spannungsabfalls zwischen Auswerteeinheit 30 und Sensor 40 auch eine Verbindungsleitung mit einem geringeren Leitungsquerschnitt verwendet werden, die zwar zu einem höheren Spannungsabfall führt, jedoch dieser Spannungsabfall nachträglich durch die Auswerteeinheit 30 kompensiert werden kann. Somit sind weitere Einsparungen in der Verbindungsleitung möglich. Diese Einsparungen führen nicht nur zu einer deutlichen Kostenreduktion, sondern ermöglichen insbesondere auch dünnere Leitungen, die weniger Bauraum erfordern und somit weniger störend verbaut werden können. Ganz besonders beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug können solch reduzierte Verbindungsleitungen sehr vorteilhaft sein.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 100 zur Erfassung eines Messsignals. In einem ersten Schritt 110 wird ein Sensor bereitgestellt, der dazu ausgelegt, ein Signal zu erfassen und daraufhin ein zu dem erfassten Messsignal korrespondierendes Spannungssignal auszugeben. Das Messsignal kann dabei linear exponentiell, logarithmisch oder in irgendeiner anderen Weise zu dem ausgegebenen Spannungssignal korrespondieren. In einem weiteren Schritt 120 wird eine Versorgungsspannung an dem Sensor 30 bereitgestellt. Diese Spannung kann beispielsweise, wie zuvor beschrieben, entweder über eine speziell für den Sensor ausgelegte Spannungsversorgung 60 erfolgen, oder alternativ über eine Verbindungsleitung 51, 55 zu einer Spannungsquelle 20, die auch weitere Komponenten mit Spannung versorgt.
Im Schritt 130 wird das von dem Sensor ausgegebene Spannungssignal erfasst, das zu einem von dem Sensor erfassten Messsignal korrespondiert. Ferner wird in Schritt 140 mindestens eine zu der Versorgungsspannung proportionale Spannung des Sensors 40 erfasst. Hierzu kann entweder eine Versorgungsspannung des Sensors 40 unmittelbar ausgewertet werden, oder es wird über einen zuvor beschriebenen Spannungsteiler ein vermindertes Spannungssignal ausgewertet. Schließlich wird in Schritt 150 ein Messwert bestimmt, dem die erfassten Spannungssignalen, insbesondere das von dem Sensor ausgegebenen zum Messsignal proportionalen Spannungssignal und die erfasste Versorgungsspannung des Sensors zugrunde liegen.
In einem weiteren Schritt 160 kann die Gültigkeit des zuvor bestimmten Messwertes überprüft werden. Der Messwert kann dabei als ungültig klassifiziert werden, wenn das zu der Versorgungsspannung des Sensors proportionale Spannungssignal außerhalb eines vorbestimmten Wertebereiches liegt. Wird bei der Überwachung der Versorgungsspannung des Sensors erkannt, dass der Sensor mit einer zu niedrigen Spannung betrieben wird oder gegebenenfalls auch mit einer zu hohen Spannung, so ist davon auszugehen, dass der Sensor keine korrekten Messwerte liefert und somit auch der ausgegebene Spannungswert ungültig ist.
Ferner kann der erfasste Messwert auch dann als ungültig klassifiziert werden, wenn das von dem Sensor ausgegebene Spannungssignal außerhalb des Wertebereichs der Versorgungsspannung liegt. Das heißt, ist das Spannungssignal, das von dem Sensor 40 ausgegeben wird, größer als die Versorgungsspannung des Senors oder kleiner als das Bezugspotential des Sensors, so wird auch in diesem Fall der Messwert als ungültig erachtet und verworfen.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Sensoranordnung, die neben dem von dem Sensor 40 ausgegebenen Spannungswert auch die Versorgungsspannung des Sensors 40 bei der weiteren Auswertung berücksichtigt. Somit können insbesondere bei räumlich ausgedehnten Systemen Spannungsabfälle zwischen Auswerteeinheit 30 und Sensor 40 berücksichtigt und kompensiert werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit auch bei räumlich ausgedehnten Systemen eine kostengünstige und präzise Messwerterfassung.

Claims

Sensoranordnung, mit einem Sensor (40), der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal zu erfassen und ein zu dem erfassten Messsignal korrespondierendes Spannungssignal auszugeben; einer Spannungsversorgung (60), die dazu ausgelegt ist, an dem Sensor (40) eine Versorgungsspannung bereitzustellen; und einer Auswerteeinheit (30), die dazu ausgelegt ist, das von dem Sensor (40) ausgegebene Spannungssignal und ein zu der am Sensor (40) bereitgestellten Versorgungsspannung proportionales Spannungssignal zu erfassen, und Messwerte basierend auf den erfassten Spannungssignalen zu bestimmen.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Spannungsversorgung (60) dazu ausgelegt ist, an dem Sensor (40) eine positive und eine negative Versorgungsspannung bereitzustellen, und die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, die positive und die negative Versorgungsspannung des Sensors (40) zu erfassen.
Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Versorgungsspannung des Sensors (40) über Spannungsteiler (71, 72, 73, 74) an der Auswerteeinheit (30) bereitgestellt wird.
Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (30) und der Sensor (40) über eine gemeinsame Spannungsversorgung mit Spannung versorgt werden.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine weitere Spannungsversorgung (20), die dazu ausgelegt ist, an der Auswerteeinheit eine Versorgungsspannung bereitzustellen.
Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens einen weiteren Sensor, der dazu ausgelegt ist, ein weiteres Messsignal zu erfassen und ein zu dem erfassten weiteren Messsignal korrespondierendes Spannungssignal auszugeben; wobei die Spannungsversorgung (60) dazu ausgelegt ist, an dem Sensor (40) und an dem mindestens einen weiteren Sensor eine Versorgungsspannung parallel bereitzustellen; und wobei die Auswerteeinheit (30) ferner dazu ausgelegt ist, das von dem weiteren Sensor ausgegebene Spannungssignal zu erfassen, und Messwerte basierend auf den erfassten Spannungssignalen zu bestimmen.
Kraftfahrzeug mit einer Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Verfahren (100) zum Erfassen eines Messsignals mit den Schritten Bereitstellen (110) eines Sensors (40), der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal zu erfassen und ein zu dem erfassten Messsignal korrespondierendes Spannungssignal auszugeben; Bereitstellen (120) einer Versorgungsspannung an dem Sensor (40); Erfassen (130) des von dem Sensor (40) ausgegebenen Spannungssignals, das zu dem erfassten Messsignal korrespondiert; Erfassen (140) mindestens eines zu der Versorgungsspannung des Sensors (40) proportionalen Spannungssignals; Bestimmen (150) eines Messwertes basierend auf den erfassten Spannungssignalen.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend einen Schritt (160) zum Überprüfen einer Gültigkeit des bestimmten Messwerts.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Messwert als ungültig klassifiziert wird, wenn das zu der Spannungsversorgung des Sensors (40) proportionale Spannungssignal außerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erfasste Spannungswert, der zu dem Messsignal korrespondiert, außerhalb des Wertebereichs der Versorgungsspannung liegt.