DE112015002633T5

DE112015002633T5 - Erfassungskette mindestens einer physikalischen Größe, inbesondere für ein kritisches On-Board-Avioniksystem, und zugeordnetes Erfassungsverfahren

Info

Publication number: DE112015002633T5
Application number: DE112015002633.9T
Authority: DE
Inventors: Romain Martin; Guillaume Terrasson; Olivier Guerineau; Renaud Briand; Marc Gatti
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2017-03-23
Also published as: CA2951071C; US20170199055A1; CA2951071A1; FR3021738B1; WO2015185637A1; FR3021738A1; US10317244B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungskette (10) mindestens einer physikalischen Größe, insbesondere für ein kritisches On-Board-Avioniksystem, umfassend: – einen Sensor (12), der ermöglicht, die physikalische Größe zu messen, – einen Erfassungspfad (14), der ein analoges Signal empfängt, das der von dem Sensor (12) gemessenen physikalischen Größe entspricht und dieses analoge Signal in ein entsprechendes digitales Signal umwandelt, wobei mindestens einige dieser Umwandlungen mit Präzisionsverlusten durchführbar sind, – Selbsttestmittel (20), die erlauben, die Integrität des Erfassungspfads (14) zu überprüfen und ein Selbsttestergebnis zu erzeugen. Die Kette weist ferner Analysemittel (20) des Selbsttestergebnisses auf, um einen Betriebsmodus des Erfassungspfads (10) zu bestimmen und um die Funktion von Korrekturmitteln (22) des von dem Erfassungspfad (14) bereitgestellten Signals zu aktivieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungskette mindestens einer physikalischen Größe insbesonderefür ein kritisches On-Board-Avioniksystem.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine derartige Erfassungskette des Typs, aufweisend

– mindestens einen Sensor, der ermöglicht, die physikalische Größe zu messen,
– mindestens einen Erfassungspfad, der ein analoges Signal empfängt, das der von dem Sensor gemessenen physikalischen Größe entspricht und dieses analoge Signal in ein entsprechendes digitales Signal umwandelt, wobei mindestens einige dieser Umwandlungen mit Präzisionsverlusten durchführbar sind,
– Selbsttestmittel, die erlauben, die Integrität des Erfassungspfads zu prüfen und mindestens ein Selbsttestergebnis zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein dieser Erfassungskette zugeordnetes Erfassungsverfahren.
Eine derartige Erfassungskette weist beispielsweise einen Sensor auf, der ermöglicht, mindestens ein physikalischen Größe wie beispielsweise die Position, die Geschwindigkeit, die Umgebungstemperatur, den Druck oder die Feuchtigkeit zu messen. Die gemessene physikalische Größe wird an die Erfassungskette beispielsweise in Form eines elektrischen Widerstands oder allgemeiner in Form eines analogen Signals übertragen.
Die Erfassungskette ermöglicht dann, dieses analoge Signal in ein digitales Signal umzuwandeln, das danach von geeigneten digitalen Verarbeitungsmitteln verarbeitet und eventuell an einen Bediener übermittelt werden kann.
Somit sind die Erfassungsketten in vielen Bereichen einsetzbar.
Dies ist insbesondere der Fall bei On-Board-Avioniksystemen, die beispielsweise erlauben, die Temperatur außerhalb des Fluggeräts mit Hilfe eines geeigneten Sensors zu messen.
Die Funktion derartiger Erfassungsketten muss demzufolge ein bestimmtes Kritizitäts- bzw. Sicherheitsniveau erfüllen, das im Allgemeinen von den Luftfahrtnormen in Abhängigkeit von der Wichtigkeit der bereitgestellten physikalischen Größe und/oder von ihrem Einfluss auf das Lenken des Fluggeräts vorgegeben wird.
So bestimmen beispielsweise die Luftfahrtnormen ARP 4754A, ED-12C und DO-178C für Kritizitätsniveaus (von A bis E) oder DAL (in Englisch „Design Assurance Level“) für Avioniksysteme. Das Niveau DAL A ist dabei das höchste Kritizitätsniveau und wird Avioniksystemen zugewiesen, bei einen eine Funktionsstörung ein katastrophales Ereignis im aeronautischen Sinn des Begriffs (Verlust von Menschenleben) hervorrufen kann.
Das Niveau DAL A wird beispielsweise verschiedenen Erfassungsketten zugewiesen, die in Avioniksystemen des Niveaus DAL A verwendbar sind. Dies führt zu vielen Anforderungen in Bezug auf die Funktionssicherheit dieser Ketten. Es ist demzufolge nicht schwer zu verstehen, dass die Entwicklungs-, Produktions- und Betriebskosten dieser Ketten mit Zunahme der Anzahl dieser Anforderungen immer stärker steigen.
Um diese Kosten bei Beibehaltung des allgemeinen Kritizitätsniveaus DAL A des Avioniksystems zu senken, ist bekannt, mehrere redundante Erfassungsketten niedrigeren Kritizitätsniveaus, beispielsweise des Niveaus DAL B, zu verwenden. Danach können verschiedene Votierungssysteme von dem Avioniksystem angewendet werden, um den Mehrheitswert aus allen von diesen redundanten Erfassungsketten bereitgestellten Werten auszuwählen.
Im Übrigen ist, um der Alterung dieser Ketten vorzubeugen, ihr Kritizitätsniveau für die Produktion oft überdimensioniert, was ermöglicht, ihre einwandfreie Funktion über den gesamten Betriebszeitraum trotz einer eventuellen Alterung aufrecht zu erhalten.
Allerdings wird man feststellen, dass diese Erfassungsketten einige Nachteile mit sich bringen wie beispielsweise Stromverbrauch, Platzbedarf, Komplexität, Gewicht und Kostenhöhe.
Ferner weisen die vorhandenen Erfassungsketten oft begrenzte Fehlerdetektionskapazitäten ihrer Funktion auf und stellen nur plötzliche Störungen im Sinne einer reinen Panne fest.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Erfassungskette vorzuschlagen, die diesen Nachteilen abhilft und höhere Fehlerdetektionskapazitäten ihrer Funktion aufweist.
Zu diesem Zweck hat die vorliegende Erfindung eine Erfassungskette des vorgenannten Typs zum Gegenstand, die ferner Analysemittel des Selbsttestergebnisses aufweist, um einen normalen, eingeschränkten oder gestörten Betriebsmodus des Erfassungspfads zu bestimmen und um die Funktion von Korrekturmitteln des von dem Weg bereitgestellten digitalen Signals zu aktivieren, wenn sich dieser im eingeschränkten Betriebsmodus befindet.
Gemäß anderen vorteilhaften Aspekten der Erfindung umfasst die Erfassungskette eines oder mehrere der folgenden Merkmale, die allein oder gemäß allen technisch möglichen Kombinationen herangezogen werden:

– im normalen Betriebsmodus sind die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads einem ersten vorbestimmten Wertebereich zugeordnet,
– im eingeschränkten Betriebsmodus sind die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads einem zweiten vorbestimmten Wertebereich zugeordnet, wobei jeder Wert des zweiten Bereichs größer ist als jeder Wert des ersten Bereichs und kleiner als jeder Wert eines dritten vorbestimmten Wertebereichs,
– im gestörten Betriebsmodus sind die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads dem dritten Wertebereich zugeordnet,
– die Selbsttestmittel weisen eine Recheneinheit auf, die eingerichtet ist, dynamisch ein Modell der inversen Funktion des Erfassungspfads durchzuführen, wobei das Modell der inversen Funktion von einer Vielzahl von Parametern bestimmt ist und den Korrekturmitteln ermöglicht, das vom Erfassungspfad bereitgestellte digitale Signal zu korrigieren, wenn sich dieser im eingeschränkten Betriebsmodus befindet,
– sie ist eingerichtet, mindestens ein digitales Ausgangssignal, das dem von dem Erfassungspfad bereitgestellten digitalen Signal entspricht, ein von den Analysemitteln erzeugtes Zustandssignal, das den aktuellen Betriebsmodus des Erfassungspfads angibt, und ein digitales Signal mit Kompensation, erzeugt von den Korrekturmitteln und entsprechend dem vom Erfassungspfad bereitgestellten digitalen Signal und korrigiert von diesen Korrekturmitteln, bereitzustellen,
– die Selbsttestmittel weisen ferner eine Speichereinheit auf, die eingerichtet ist, eine Datenbank zu speichern, die die Parameter des Modells der inversen Funktion aufweist,
– die Parameter des Modells der inversen Funktion werden dynamisch berechnet,
– das Modell der inversen Funktion ermöglicht ferner, für ein digitales Referenzsignal ein analoges Referenzsignal zu berechnen, um es in den Erfassungspfad einzuspeisen,
– die Selbsttestmittel weisen eine Speichereinheit auf, die eingerichtet ist, eine Datenbank zu speichern, die digitale Referenzsignale und analoge Referenzsignale aufweist, wobei jedes digitale Referenzsignal einem analogen Referenzsignal zugeordnet ist, das in den Erfassungspfad einspeisbar ist,
– die Selbsttestmittel weisen ferner eine Vergleichseinheit eines von dem Erfassungspfad bereitgestellten digitalen Testsignals, das dem in den Erfassungspfad eingespeisten analogen Referenzsignal entspricht, mit dem digitalen Referenzsignal auf,
– sie weist ferner Lernmittel auf, die eingerichtet sind, die Parameter des Modells der inversen Funktion im eingeschränkten Betriebsmodus des Erfassungspfads zu kalibrieren,
– die Korrekturmittel sind eingerichtet, das bereitgestellte digitale Signal mit Hilfe der Parameter des Modells der inversen Funktion, die von den Lernmitteln kalibriert sind, zu korrigieren,
– die Selbsttestmittel, die Analysemittel, die Korrekturmittel und die Lernmittel sind mindestens zum Teil in einem einzigen Bauteil integriert, und
– das einzige Bauteil befindet sich in der Nähe des Sensors.

Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls ein Erfassungsverfahren mindestens einer physikalischen Größe zum Gegenstand, das von der beschriebenen Erfassungskette umgesetzt wird, umfassend eine Erfassungsphase, die die folgenden Schritte aufweist:

– das Messen einer physikalischen Größe durch den Sensor,
– das Einspeisen eines analogen Signals, welches der gemessenen physikalischen Größe entspricht, in den Erfassungspfad,
– das Umwandeln des analogen Signals in ein digitales Signal durch den Erfassungspfad,
– das Bereitstellen des digitalen Signals.

Gemäß anderen vorteilhaften Aspekten der Erfindung umfasst das Erfassungsverfahren eines oder mehrere der folgenden Merkmale, die allein oder gemäß allen technisch möglichen Kombinationen herangezogen werden:

– es umfasst ferner eine Selbsttestphase, welche die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines digitalen Referenzsignals; Umwandeln des digitalen Referenzsignals in ein analoges Referenzsignal durch das Modell der inversen Funktion; Einspeisen dieses analogen Referenzsignals in den Erfassungspfad; Umwandeln dieses analogen Referenzsignals in ein digitales Testsignals durch den Erfassungspfad; Vergleichen des digitalen Testsignals mit dem digitalen Referenzsignal durch die Vergleichseinheit und Bestimmen eines Betriebsmodus des Erfassungspfads aus den Betriebsmodi normal, eingeschränkt oder gestört,
– es umfasst ferner eine Lernphase, welche die folgenden Schritte aufweist: Anwenden der Selbsttestphase auf ein minimales digitales Referenzsignal und auf ein maximales digitales Referenzsignal, um die Präzisionsverluste bei jedem dieser digitalen Referenzsignale zu bestimmen und Kalibrieren eines neuen Parametersets des Modells der inversen Funktion des Erfassungspfads durch die Lernmittel,
– es umfasst ferner eine Kompensationsphase, welche die folgenden Schritte aufweist: Umwandeln des von dem Erfassungspfad bereitgestellten digitalen Signals in ein analoges Signal mit Kompensation durch das Modell der inversen Funktion, kalibriert mit dem neuen Parameterset, und Umwandeln des analogen Signals mit Kompensation in ein digitales Signal mit Kompensation durch die Korrekturmittel.

Diese Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung deutlich, die nur als nicht beschränkendes Beispiel dient und sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, von denen:
die 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Erfassungskette ist,
die 2 ein Organigramm einer Erfassungsphase einer physikalischen Größe ist, umgesetzt in einem erfindungsgemäßen Erfassungsverfahren,
die 3 ein Organigramm einer Selbsttestphase ist, umgesetzt im Verfahren der 2,
die 4 ein Organigramm einer Lernphase ist, umgesetzt im Verfahren der 2,
die 5 ein Organigramm einer Kompensationsphase ist, umgesetzt im Verfahren der 2, und
die 6 ein Schema ist, das die verschiedenen Betriebsmodi der Kette von 1 in Abhängigkeit von ihrer Alterung veranschaulicht.
Auf der 1 ist eine Erfassungskette mindestens einer erfindungsgemäßen physikalischen Größe dargestellt. Auf dieser 1 ist die Erfassungskette mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Diese Erfassungskette 10 ist beispielsweise in On-Board-Avioniksystemen in einem Fluggerät verwendbar. Die Erfassungskette 10 entspricht damit einem bestimmten Kritizitätsniveau, beispielsweise dem Kritizitätsniveau DAL A.
Selbstverständlich ist die Erfassungskette 10 in vielen anderen technischen Bereichen verwendbar, zu denen zum Beispiel der Automobil-, Eisenbahn-, Raumfahrtbereich gehört.
Die Kette 10 weist beispielsweise einen Sensor auf, der ermöglicht, die physikalische Größe zu messen und eingerichtet ist, ein dieser physikalischen Größe entsprechendes analoges Signal SA zu senden. Dieser Sensor ist auf der 1 mit dem allgemeinen Bezugszeichen 12 bezeichnet.
Die gemessene physikalische Größe ist beispielsweise die Temperatur außerhalb des Fluggeräts oder die Position eines Ruders. Somit entspricht in diesem Fall das analoge Signal SA beispielsweise einem von dem Sensor 12 gesendeten Widerstandswert.
Die Kette 10 weist ferner einen mit dem Sensor 12 verbundenen Erfassungspfad auf, der eingerichtet ist, das von dem Sensor 12 gesendete analoge Signal SA zu empfangen, um es in ein digitales Signal SN umzuwandeln. Der Erfassungspfad ist auf der 1 mit dem allgemeinen Bezugszeichen 14 bezeichnet.
Somit wird dieses digitale Signal SN beispielsweise einem On-Board-Rechner bereitgestellt, der mit dem Erfassungspfad 14 verbunden ist und ermöglicht, dieses Signal entsprechend zu verarbeiten. Dieser Rechner ist also auf der 1 mit dem allgemeinen Bezugszeichen 16 bezeichnet.
Wie nach dem Stand der Technik an sich bekannt ist, können die Umwandlungen des analogen Signals SA in ein digitales Signal SN mit eventuellen Präzisionsverlusten erfolgen.
Die Kette 10 weist ferner Selbsttestmittel, um die Integrität des Erfassungspfads 14 zu überprüfen, Analysemittel von Ergebnissen dieser Überprüfung, Korrekturmittel des von dem Erfassungspfad 14 bereitgestellten digitalen Signals und Kalibriermittel der Selbsttestmittel auf.
Auf der 1 sind diese Mittel jeweils mit den allgemeinen Bezugszeichen 18, 20, 22 und 24 bezeichnet.
Ferner sind diese Mittel 18, 20, 22 und 24 mindestens zum Teil in ein einziges Bauteil integriert, das auf der 1 mit dem allgemeinen Bezugszeichen 26 bezeichnet ist.
Das einzige Bauteil 26 befindet sich beispielsweise in unmittelbarer Nähe des Sensors 12.
Die Selbsttestmittel 18 erlauben, die Integrität des Erfassungspfads 14 zu überprüfen, indem sie dort ein analoges Referenzsignal SA_R einspeisen und durch Vergleichen eines digitalen Testsignals SN_T, das von dem Erfassungspfad 14 bereitgestellt wurde und diesem analogen Referenzsignal SA_R, entspricht, mit dem Ausgangssignal.
Dafür weisen die Selbsttestmittel 18 eine Speichereinheit, eine Recheneinheit und eine Vergleichseinheit auf, die auf der 1 mit den jeweiligen allgemeinen Bezugszeichen 30, 32 und 34 bezeichnet sind.
Die Recheneinheit 32 ist eingerichtet, ein Modell der inversen Funktion des Erfassungspfads 14 dynamisch auszuführen, was ermöglicht, die Funktion des Erfassungspfads 14 zu modellieren, um seine Integrität zu überprüfen.
Das Modell der inversen Funktion ist von einer Vielzahl von Parametern definiert, die von einer Datenbank ausgegeben werden die zu diesem Zweck vorgesehen ist und in der Speichereinheit 30 gespeichert ist.
Diese Parameter werden von der Recheneinheit 30 dynamisch berechnet und beschreiben mindestens zum Teil die Funktion des Erfassungspfads 14.
Somit ermöglicht das Modell der inversen Funktion, ausgehend von einem digitalen Referenzsignal SN_R, ein analoges Referenzsignal SA_R zu berechnen, um dieses analoge Signal in den Erfassungspfad 14 einzuspeisen.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante wird das Paar digitales Referenzsignal SN_R und analoges Referenzsignal SA_R beispielsweise von einer Datenbank ausgegeben, die in der Speichereinheit 30 gespeichert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante entspricht das digitale Referenzsignal SN_R einem digitalen Signal SN, das zuvor vom Erfassungspfad 14 erfasst wurde.
Die Vergleichseinheit 34 ermöglicht damit den Vergleich des vom Erfassungspfad 14 bereitgestellten digitalen Testsignals SN_T mit dem ursprünglichen digitalen Referenzsignal SN_R dieses Testsignals.
Die Vergleichseinheit 34 ermöglicht ferner, ein Ergebnis dieses Vergleichs zu erzeugen und es den Analysemitteln 20 bereitzustellen.
Dieses Vergleichsergebnis entspricht beispielsweise Präzisionsverlusten zwischen dem digitalen Testsignal SN_T und dem ursprünglichen digitalen Referenzsignal SN_R dieses Testsignals.
In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs erlauben die Analysemittel 20, aus einem normalen, eingeschränkten oder gestörten Betriebsmodus einen Betriebsmodus des Erfassungspfads 14 zu bestimmen.
Somit sind im normalen Betriebsmodus die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads 14 einem ersten vorbestimmten Wertebereich [V₁, V₂] zugeordnet.
In diesem Betriebsmodus haben die Präzisionsverluste im Erfassungspfad 14 keinen Einfluss auf die Funktion der Kette 10.
Im eingeschränkten Betriebsmodus sind die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads 14 einem zweiten vorbestimmten Wertebereich ]V₂, V₃] zugeordnet.
Jeder Wert des zweiten Bereichs ]V₂, V₃] ist größer als jeder Wert des ersten Bereichs [V₁, V₂] und kleiner als jeder Wert eines dritten vorbestimmten Wertebereichs ]V₃, V₄].
Somit haben in diesem Betriebsmodus die Präzisionsverluste im Erfassungspfad 14 Einfluss auf die Funktion der Kette 10, werden aber toleriert.
Schließlich sind im gestörten Betriebsmodus die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads 14 dem dritten Wertebereich ]V₃, V₄] zugeordnet.
Das bedeutet, dass im Störungsmodus die Präzisionsverluste im Erfassungspfad 14 nicht toleriert werden und die Erfassungskette 10 insgesamt als gestört erkannt wird.
Die Analysemittel 20 sind im Übrigen eingerichtet, ein Zustandssignal SE an den Rechner 16 zu schicken, das den aktuellen Betriebsmodus des Erfassungspfads 14 angibt.
Wenn der Erfassungspfad 14 im eingeschränkten oder gestörten Betriebsmodus ist, ermöglicht das Modell der inversen Funktion den Korrekturmitteln 22, das vom Erfassungspfad 14 bereitgestellte digitale Signal SN zu korrigieren.
Ferner sind im eingeschränkten oder gestörten Betriebsmodus die Lernmittel 24 eingerichtet, die Parameter des Modells der inversen Funktion durch Minimieren der Präzisionsverluste zwischen den digitalen Testsignalen SN_T und den digitalen Referenzsignalen SN_R, die diesen Testsignalen entsprechen, zu korrigieren.
Somit sind die Korrekturmittel 22 eingerichtet, ein digitales Signal mit Kompensation SN_C, das einem analogen Signal mit Kompensation SA_C entspricht, berechnet auf der Basis des vom Erfassungspfad 14 bereitgestellten und mit Hilfe des Modells der neu kalibrierten inversen Funktion korrigierten digitalen Signals SN, zu erzeugen. Dieses digitale Signal mit Kompensation SN_C wird beispielsweise dem Rechner 16 bereitgestellt.
Dadurch können diese Parameter insbesondere an die Alterung des Erfassungspfads 14 angepasst werden.
Man versteht also, dass die Analysemittel 20 in Abhängigkeit von Ergebnissen dieser Kalibrierung den eingeschränkten Betriebsmodus in den normalen Betriebsmodus normal oder den gestörten Betriebsmodus in den eingeschränkten Betriebsmodus wechseln können.
Es ist darüber hinaus klar, dass die Korrekturmittel 22 das bereitgestellte digitale Signal mit Hilfe der Parameter des Modells der inversen Funktion, die von den Lernmittel 24 kalibriert sind, korrigieren können.
Nachfolgend wird ein Erfassungsverfahren 50 mindestens einer physikalischen Größe, umgesetzt von der Erfassungskette 10, unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Dieses Verfahren 50 umfasst eine Erfassungsphase P₁, eine Selbsttestphase P₂, eine Lernphase P₃ und eine Kompensationsphase P₄.
Ein Organigramm der Erfassungsphase P₁ des Verfahrens 50 ist auf der 2 dargestellt.
Somit misst gemäß diesem Organigramm bei einem Startschritt 51 der Phase P₁ der Sensor 12 die physikalische Größe und erzeugt ein analoges Signal SA, das dem gemessenen Wert entspricht.
Bei einem folgenden Schritt 53 speist der Sensor 12 das erzeugte analoge Signal SA in den Erfassungspfad 14 ein.
Bei einem nächsten Schritt 55 wandelt der Erfassungspfad 14 dieses analoge Signal SA in ein digitales Signal SN um.
Schließlich, bei einem abschließenden Schritt 57, stellt der Erfassungspfad 14 das umgewandelte digitale Signal SN dem Rechner 16 zu Verfügung.
Ein Organigramm der Selbsttestphase P₂ des Verfahrens 50 ist auf der 3 dargestellt.
Somit ermitteln die Selbsttestmittel 18 gemäß diesem Organigramm bei einem Startschritt 61 der Phase P₂ ein digitales Referenzsignal SN_R, wie zuvor ausgeführt.
Bei einem folgenden Schritt 63 wandeln die Selbsttestmittel 18 dieses digitale Referenzsignal SN_R in ein analoges Referenzsignal SA_R durch Anwendung des Modells der inversen Funktion um.
Bei einem folgenden Schritt 65 speisen die Selbsttestmittel 18 dieses analoge Referenzsignal SA_R in den Erfassungspfad 14 ein.
Bei einem nächsten Schritt 67 wandelt der Erfassungspfad 14 dieses analoge Referenzsignal SA_R in ein digitales Testsignal SN_T um und stellt dieses Testsignal den Selbsttestmitteln 18 zur Verfügung.
Bei einem folgenden Schritt 69 vergleichen die Selbsttestmittel 18 und insbesondere die Vergleichseinheit 34 das digitale Testsignal SN_T mit dem entsprechenden digitalen Referenzsignal SN_R und übermitteln den Analysemitteln das Ergebnis dieses Vergleichs 20. Dieses Ergebnis entspricht beispielsweise Präzisionsverlusten zwischen den zwei Signalen.
Bei einem folgenden Schritt 71 bestimmen die Analysemittel 20 aus einem normalen, eingeschränkten oder gestörten Betriebsmodus einen Betriebsmodus des Erfassungspfads 14.
Schließlich, bei einem abschließenden Schritt 73, senden die Analysemittel 20 ein Zustandssignal SE, das den aktuellen Betriebsmodus des Erfassungspfads 10 in Richtung des Rechners 16 angibt.
Die Lernphase P₃ des Verfahrens 50 ist nach der Selbsttestphase P₂ startbar.
Ein Organigramm der Lernphase P₃ des Verfahrens 50 ist auf der 4 dargestellt.
Somit ermitteln die Lernmittel 24 gemäß diesem Organigramm bei einem Startschritt 81 der Phase P₃ ein minimales digitales Referenzsignal SN_R min und ein maximales digitales Referenzsignale SN_R max.
Bei einem nächsten Schritt 83 wird eine Selbsttestsequenz gestartet, welche die Schritte 63 bis 69 der Selbsttestphase P₂ übernimmt, um die Präzisionsverluste für jedes digitale Referenzsignal SN_R min und SN_R max zu bestimmen.
Bei einem abschließenden Schritt 85 kalibrieren die Lernmittel 24 die Parameter des Modells der inversen Funktion des Erfassungspfads 14, um die Präzisionsverluste zu minimieren.
Die Kompensationsphase P₄ des Verfahrens 50 ist nach der Lernphase P₃ startbar.
Ein Organigramm der Kompensationsphase P₄ des Verfahrens 50 ist auf der 5 dargestellt.
Somit wandeln gemäß diesem Organigramm bei einem Startschritt 91 der Phase P₄ die Korrekturmittel 22 das von dem Erfassungspfad 14 bereitgestellte digitale Signal SN in ein analoges Signal mit Kompensation SA_C durch das mit den neuen Parametern kalibrierte Modell der inversen Funktion um.
Bei einem nächsten Schritt 93 wandeln die Korrekturmittel 22 durch Anwendung eines Modells der normalen Funktion der Erfassungskette mit den ursprünglichen Parametern das analoge Signal mit Kompensation SA_C in ein digitales Signal mit Kompensation SN_C um.
Schließlich, bei einem abschließenden Schritt 95, stellen die Korrekturmittel 22 das digitale Signal mit Kompensation SN_C dem Rechner 16 zur Verfügung.
Ein Schema, das die Präzisionsverluste im Erfassungspfad 14 in Abhängigkeit von der Alterung der Erfassungskette 10 veranschaulicht, ist auf 6 dargestellt.
So sind, wie auf dieser 6 veranschaulicht, die Präzisionsverluste zuerst minimal und der Erfassungspfad 14 ist im normalen Betriebsmodus.
In diesem Betriebsmodus folgt die Selbsttestphase P₂ der Erfassungsphase P₁, um die Präzisionsverluste zu beurteilen.
Wenn diese Verluste den Grenzwert V₂ überschreiten, aktivieren die Analysemittel 20 den eingeschränkten Betriebsmodus.
In diesem Betriebsmodus werden jeweils die Lernphase P₃ und die Kompensationsphase P₄ gestartet, um die Parameter des Modells der inversen Funktion des Erfassungspfads 14 zu kalibrieren und um das bereitgestellte digitale Signal zu kalibrieren.
Wenn sich nach der Lernphase P₃ die Präzisionsverluste unterhalb des Grenzwerts V₂ befinden, aktivieren die Analysemittel 20 den normalen Betriebsmodus. Anderenfalls arbeitet der Erfassungspfad 14 im eingeschränkten Betriebsmodus weiter.
Wenn die Präzisionsverluste den Grenzwert V₃ überschreiten, aktivieren die Analysemittel 20 den gestörten Betriebsmodus und die Lernphase P₃ und die Kompensationsphase P₄ werden erneut gestartet.
Wenn sich nach der Lernphase P₃ die Präzisionsverluste unterhalb des Grenzwerts V₃ befinden, aktivieren die Analysemittel 20 den eingeschränkten Betriebsmodus. Anderenfalls arbeitet der Erfassungspfad 14 im gestörten Betriebsmodus weiter und demzufolge wird die gesamte Kette 10 vom Rechner 16 als gestört erkannt.
Selbstverständlich sind auch andere Modi und Ausführungsbeispiele der Erfassungskette und des zugeordneten Verfahrens vorstellbar.
Damit wird begreiflich, dass die vorliegende Erfindung einige Vorteile aufweist.
Die erfindungsgemäße Erfassungskette berücksichtigt die Alterung des Erfassungspfads und passt daran ihre Selbsttestmittel an.
Damit kann diese Erfassungskette in Abhängigkeit von ihrem tatsächlichen Kritizitätsniveau zu Beginn ihrer Lebensdauer modelliert werden, ohne dass sie überdimensioniert werden muss.
Damit ist die erfindungsgemäße Erfassungskette platzsparender, einfacher und kompakter im Betrieb im Vergleich zu Erfassungsketten nach dem Stand der Technik.
Darüber hinaus stellt die erfindungsgemäße Erfassungskette ihre eigenen Funktionsfehler effizient fest.

Claims

Erfassungskette (10) mindestens einer physikalischen Größe insbesondere für ein kritisches On-Board-Avioniksystem des Typs, umfassend: – mindestens einen Sensor (12), der ermöglicht, die physikalische Größe zu messen, – mindestens einen Erfassungspfad (14), der ein analoges Signal (SA) empfängt, das der von dem Sensor (12) gemessenen physikalischen Größe entspricht und dieses analoge Signal (SA) in ein entsprechendes digitales Signal (SN) umwandelt, wobei mindestens einige dieser Umwandlungen mit Präzisionsverlusten durchführbar sind, – Selbsttestmittel (20), die erlauben, die Integrität des Erfassungspfads (14) zu überprüfen und mindestens ein Selbsttestergebnis zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Analysemittel (20) des Selbsttestergebnisses aufweist, um einen normalen, eingeschränkten oder gestörten Betriebsmodus des Erfassungspfads (10) zu bestimmen und um die Funktion von Korrekturmitteln (22) des von dem Erfassungspfad (14) bereitgestellten digitalen Signals zu aktivieren, wen sich dieser im eingeschränkten Betriebsmodus befindet.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im normalen Betriebsmodus die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads (14) einem ersten vorbestimmten Wertebereich ([V₁, V₂]) zugeordnet sind.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im gestörten Betriebsmodus die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads (14) einem zweiten vorbestimmten Wertebereich (]V₂, V₃]) zugeordnet sind, wobei jeder Wert des zweiten Bereichs (]V₂, V₃]) größer als jeder Wert des ersten Bereichs ([V₁, V₂]) und kleiner als jeder Wert eines dritten vorbestimmten Wertebereichs (]V₃, V₄]) ist.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im gestörten Betriebsmodus die Präzisionsverlustwerte des Erfassungspfads (14) dem dritten Wertebereich (]V₃, V₄]) zugeordnet sind.
Erfassungskette (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttestmittel (18) eine Recheneinheit (32) aufweisen, die eingerichtet ist, dynamisch ein Modell der inversen Funktion des Erfassungspfads (14) durchzuführen, wobei das Modell der inversen Funktion von einer Vielzahl von Parametern bestimmt ist und den Korrekturmitteln (22) ermöglicht, das vom Erfassungspfad (14) bereitgestellte digitale Signal (SN) zu korrigieren, wenn sich dieser im eingeschränkten Betriebsmodus befindet.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist, mindestens bereitzustellen: – ein digitales Ausgangssignal, das dem vom Erfassungspfad (14) bereitgestellten digitalen Signal (SN) entspricht, – ein von den Analysemitteln (20) erzeugtes Zustandssignal (SE), das den aktuellen Betriebsmodus des Erfassungspfads (14) anzeigt, und – ein digitales Signal mit Kompensation (SN_C), erzeugt von den Korrekturmitteln (22) und entsprechend dem digitalen Signal, das von Erfassungspfad (14) bereitgestellt und von diesen Korrekturmitteln (22) korrigiert wurde.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttestmittel (18) ferner eine Speichereinheit (30) aufweist, die eingerichtet ist, eine Datenbank zu speichern, die die Parameter des Modells der inversen Funktion aufweist.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Modells der inversen Funktion dynamisch berechnet werden.
Erfassungskette (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell der inversen Funktion ferner ermöglicht, für ein digitales Referenzsignal (SN_R) ein analoges Referenzsignal (SA_R) zu berechnen, um es in den Erfassungspfad (14) einzuspeisen.
Erfassungskette (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttestmittel (18) eine Speichereinheit (30) aufweisen, die eingerichtet ist, eine Datenbank zu speichern, die digitale Referenzsignale (SN_R) und analoge Referenzsignale (SA_R) aufweist, wobei jedes digitale Referenzsignal (SN_R) einem analogen Referenzsignal (SA_R) zugeordnet ist, das in den Erfassungspfad (14) einspeisbar ist.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttestmittel (18) ferner eine Vergleichseinheit (34) eines von dem Erfassungspfad (14) bereitgestellten digitalen Testsignals (SN_T), das dem in den Erfassungspfad (14) eingespeisten analogen Referenzsignal (SA_R) entspricht, mit dem digitalen Referenzsignal (SN_R) aufweisen.
Erfassungskette (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Lernmittel (24) aufweist, die eingerichtet sind, die Parameter des Modells der inversen Funktion im eingeschränkten Betriebsmodus des Erfassungspfads (14) zu kalibrieren.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmittel (22) eingerichtet sind, das bereitgestellte digitale Signal (SN) mit Hilfe der Parameter des Modells der inversen Funktion, die von den Lernmitteln (24) kalibriert sind, zu korrigieren.
Erfassungskette (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttestmittel (18), die Analysemittel (20), die Korrekturmittel (22) und die Lernmittel (24) mindestens zum Teil in einem einzigen Bauteil (26) integriert sind.
Erfassungskette (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich das einzige Bauteil (26) in der Nähe des Sensors (12) befindet.
Erfassungsverfahren (50) mindestens einer physikalischen Größe, umgesetzt von der Erfassungskette (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Erfassungsphase (P₁) umfasst, welche die folgenden Schritt aufweist: – das Messen (51) einer physikalischen Größe durch den Sensor (12), – das Einspeisen (53) eines analogen Signals (SA), welches der gemessenen physikalischen Größe entspricht, in den Erfassungspfad (14), – das Umwandeln (55) des analogen Signals in ein digitales Signal (SN) durch den Erfassungspfad (14), – das Bereitstellen (57) des digitalen Signals (SN).
Verfahren (50) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Selbsttestphase (P₂) umfasst, welche die folgenden Schritte aufweist: – das Ermitteln (61) eines digitalen Referenzsignals (SN_R), – das Umwandeln (63) des digitalen Referenzsignals (SN_R) in ein analoges Referenzsignal (SA_R) durch das Modell der inversen Funktion, – das Einspeisen (65) dieses analogen Referenzsignals (SA_R) in den Erfassungspfad (14), – das Umwandeln (67) dieses analogen Referenzsignals (SA_R) in ein digitales Testsignal (SN_T) durch den Erfassungspfad (14), – das Vergleichen (69) des digitalen Testsignals (SN_T) mit dem digitalen Referenzsignal (SN_R) durch die Vergleichseinheit (34), – das Bestimmen (71) eines Betriebsmodus des Erfassungspfads (14) aus einem normalen, eingeschränkten oder gestörten Betriebsmodus.
Verfahren (50) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Lernphase (P₃) umfasst, welche die folgenden Schritte aufweist: – das Anwenden (81) der Selbsttestphase (P₂) auf ein minimales digitales Referenzsignal (SN_R min) und auf ein maximales digitales Referenzsignal (SN_R max), um die Präzisionsverluste für jedes dieser digitalen Referenzsignale zu bestimmen, – das Kalibrieren (85) eines neuen Parametersets des Modells der inversen Funktion des Erfassungspfads (14) durch die Lernmittel (24).
Verfahren (50) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Kompensationsphase (P₄) umfasst, welche die folgenden Schritte aufweist: – das Umwandeln (91) des vom Erfassungspfad (14) bereitgestellten digitalen Signals (SN) in ein analoges Signal mit Kompensation (SA_C) durch das mit dem neuen Parameterset kalibrierte Modell der inversen Funktion, – das Umwandeln (93) des analogen Signals mit Kompensation (SA_C) in ein digitales Signal mit Kompensation (SN_C) durch die Korrekturmittel (22).