DE19911526A1 - Sensorüberwachung und Sensor mit Überwachungsschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Sensors (1), der ein analoges Ausgangssignal auf einer Ausgangsleitung (3) liefert, das einer Auswerteeinheit (2) zugeführt wird, wobei in einer Überwachungsphase ein vorbestimmtes Testsignal auf den Sensorausgang gelegt wird, das in der Auswerteeinheit (2) empfangen und ausgewertet wird, sowie einen entsprechenden Sensor (1). Um ohne separate Zusatzleitung zu jedem beliebigen Zeitpunkt eine Überwachungsphase auslösen zu können, wird vorgeschlagen, zur Initialisierung der Überwachung von der Auswerteeinheit (2) ein Signal mit vorgegebenen Triggerpegel auf die Ausgangsleitung (3) zu legen, welches im Sensor detektiert wird, woraufhin die Testphase eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Sensors, der ein analoges Ausgangssignal auf einer Ausgangsleitung liefert, das einer Auswerteeinheit zugeführt wird, wobei in einer Überwachungsphase ein vorbestimmtes Testsignal auf den Sensorausgang gelegt wird, das in der Auswerteeinheit empfangen und ausgewertet wird, sowie einen entsprechenden Sensor.

Analoge Sensoren wie Drucksensoren werden meist mit drei Leitungen an eine Auswerte- und Steuereinheit angeschlossen, wobei zwei Leitungen zur Spannungsversorgung der Sensorelektronik und eine Leitung zur Ausgabe des elektrischen Sensorsignals dienen. Dieses Sensorsignal wird in der Regel von Schwankungen der Versorgungsspannung beeinflußt, weshalb die Auswerteschaltungen häufig ratiometrisch ausgeführt sind. Die Ausgangsspannung des Sensors wird dann auf die Versorgungsspannung bezogen, indem letztere als Ausgangsspannungshub dem Ausgangssignal überlagert wird. Der in der Auswerteeinheit befindliche Analog/Digital-Wandler zur Weiterverarbeitung oder Anzeige des Ausgangssignals benutzt dieselbe Versorgungsspannung als Referenzspannung. Auf diese Weise gehen Schwankungen der Versorgungsspannung nicht in das Meßergebnis ein und man benötigt keine eng tolerierten Referenzspannungen.

Diese Methode funktioniert nur einwandfrei, wenn die Referenzspannung des Analog/Digital-Wandlers mit dem Ausgangsspannungshub übereinstimmt. In der Praxis ergibt sich jedoch ein Spannungsabfall durch Zuleitungen, Anschlußstellen und elektrische Bauteile aufgrund unvermeidlicher Übergangsimpedanzen, die den Ausgangsspannungshub verändern. Hierdurch ergibt sich ein Meßfehler. Bleiben die Übergangsimpedanzen zeitlich konstant, so läßt sich dieser Meßfehler durch eine anfängliche Eichung eliminieren, bei zeitlich veränderlichen Übergangsimpedanzen (z. B. Temperaturabhängigkeit) wären von Zeit zu Zeit Eichvorgänge notwendig.

Bestehende Sensoren besitzen meist Überwachungsschaltungen zur Überprüfung möglicher Leitungsrisse oder Kurzschlüsse. Aus der DE-28 05 876 A1 ist ein "signal-range-checking"- Verfahren bei einem Wegsensor bekannt, dessen Ausgangssignal abhängig von den möglichen gemessenen Lageverschiebungen eine in einem vorgegebenen Bereich liegende Amplitude aufweist. Ein Schwellwertschalter überwacht ein Überschreiten dieses Amplitudenbereichs und gibt im Fehlerfall eine Fehlermeldung an die Auswerteeinheit.

Weiterhin schlägt die EP-0 635 135 B1 zur Überwachung eines Drehzahlsensors mit mindestens zwei Drehzahlfühlern vor, in einer Testphase von dem als Auswerteeinheit dienenden Mikroprozessor einen Testimpuls über eine eigene Testleitung auf einen der Drehzahlfühler zu legen und dabei den Pegel des anderen Drehzahlfühlers zu überwachen. Ein Kurzschluß wird durch eine Pegeländerung des anderen, überwachten Drehzahlfühlers erkannt.

Weiterhin existieren Testverfahren, in denen ein definierter Betriebszustand hergestellt (z. B. das von einem Drucksensor zu messende Medium wird drucklos gemacht) und dann der Offset des Ausgangssignals überprüft wird. Solche Tests überprüfen jedoch nur den dem definierten Betriebszustand entsprechenden Ausgangssignalbereich und sind zudem nicht bei allen Sensoren anwendbar.

Es sind auch Sensoren bekannt, die nach Anlegen der Betriebsspannung einen Initialisierungstest durchlaufen, wobei z. B. die halbe Versorgungsspannung auf den Sensorausgang gelegt wird, wodurch eine Abhängigkeit des Ausgangssignals von der Versorgungsspannung, insbesondere bei ratiometrischen Sensoren, festgestellt werden kann.

Bei den bekannten Überwachungsverfahren erweist sich als nachteilig, daß sie entweder nur grobe Fehler erkennen können (Kurzschluß, Leitungsriß) oder der überprüfte Betriebsbereich zu gering ist. Es ist erstrebenswert, die Testphase nicht nur mit Anschalten des Sensors, sondern zu jedem beliebigen Zeitpunkt starten zu können, da sich andernfalls die Initialisierungstestzeit des Sensors zu der ohnehin vorhandenen Initialisierungszeit der Auswerteeinheit addiert, was zu unannehmbaren Verzögerungen der Betriebsbereitschaft des Sensors führt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Sensorüberwachung zu realisieren, die zu beliebigen vorgegebenen Zeiten eine Auswertung des Sensorausgangssignals in Abhängigkeit von einem bestimmten Testsignal erlaubt, wobei der apparative Aufwand so gering als möglich gehalten werden soll, sowie einen entsprechenden Sensor anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst; ein entsprechender Sensor ist in Anspruch 4 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird von der Auswerteeinheit zum Einleiten der Überwachungsphase ein Signal mit vorgegebenem Triggerpegel auf die Ausgangsleitung gelegt, welches in der Sensoreinheit detektiert wird. Danach wird das Testsignal an den Sensorausgang gelegt. Die Ausgangsleitung wird somit bidirektional genutzt, wodurch keine separate Testleitung notwendig ist.

Der Triggerpegel sollte außerhalb des Pegelbereichs des Sensorausgangssignals liegen. Da der Strom, den der Sensorausgang liefert, meist begrenzt ist (z. B. bei Signalverstärkung durch einen Operationsverstärker) oder begrenzt werden muß, kann die Ausgangsspannung des Sensors von der Auswerteeinheit auf einen vorgegebenen Wert, etwa Masse oder positive Versorgungsspannung, gezogen werden. Dieser Triggerpegel wird in der Sensoreinheit detektiert. Anschließend wird die Testsequenz am Ausgang des Senors ausgelöst.

Die Testsequenz kann dabei von der Auswerte- und Steuerschaltung zu einem beliebigen Zeitpunkt über einen einfachen Schalter initialisiert werden. Dies erlaubt eine schnellstmögliche Betriebsbereitschaft des Sensors, da der Sensortest zu einem späteren geeigneten Zeitpunkt, insbesondere den Steuergeräte-Nachlauf, ausgeführt werden kann.

Vorteilhaft sind mehrstufige Testsequenzen, in denen mehrere Testsignale wie Teile der Versorgungsspannung auf den Sensorausgang gelegt werden. Hierdurch läßt sich der Ausgangsspannungshub bei ratiometrischen Sensoren in Abhängigkeit von Teilen der Versorgungsspannung feststellen.

Die Realisierung eines erfindungsgemäßen Sensors mit bidirektionalem Ausgang erfordert nur geringen apparativen Zusatzaufwand. Hierzu wird der Sensorausgang mit einem Komparator verbunden, der bei Detektion des die Überwachungsphase einleitenden Triggersignals ein Aktivierungssignal an die Testeinheit abgibt, die dann vorbestimmte Testsignale am Sensorausgang erzeugt. Das Triggersignal wird in der Auswerte- und Steuereinheit durch Ansteuerung beispielsweise eines Transistors auf die Ausgangsleitung durchgeschaltet.

Im folgenden soll anhand der beigefügten Figur ein Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutern.

Die Figur zeigt eine Sensoreinheit, wobei der Sensor 1 mit der Auswerte- und Steuereinheit 2 über drei Leitungen, nämlich zwei Versorgungsspannungsleitungen 11 und eine Ausgangsspannungsleitung 3, verbunden ist. In diesem Beispiel dient der dargestellte ratiometrische Sensor als Raildrucksensor für die Common Rail Kraftstoffeinspritzung. Eine exakte Druckmessung ist hier notwendig, um nicht zuviel oder zuwenig Kraftstoff in die Motorzylinder einzuspritzen. Deshalb muß eine Veränderung des Ausgangsspannungshubs aufgrund von Übergangswiderständen in den Versorgungsleitungen erkannt werden, um für den Analog/Digital-Wandler 4 die richtige Referenzspannung verwenden zu können. Erfindungsgemäß wird hierzu von dem dem Analog/Digital-Wandler 4 nachgeschalteten Prozessor 5 ein Transistorschalter 6 angesteuert, der ein Triggersignal, beispielsweise positive Betriebsspannung, auf die Ausgangsleitung 3 legt. Da der dem Sensorelement 9 nachgeschaltete Operationsverstärker 10 ausgangsstrombegrenzt ist, kann der Komparator 7 dieses Triggersignal erkennen, woraufhin dieser seinerseits die Testeinheit 8 aktiviert.

In dem gezeigten Beispiel werden in der Überwachungsphase zeitlich hintereinander Teile der Versorgungsspannung U_b auf den Sensorausgang gelegt, wozu die Verbindung des Sensorelements 9 vom Sensorausgang unterbrochen wird. Die während der Testphase an den Sensorausgang geschalteten Testsignale können in der Auswerteeinheit 2 danach ausgewertet werden, ob ein Leitungsriß oder Kurzschluß vorliegt, außerdem läßt sich aber der durch die Übergangswiderstände verursachte Spannungsabfall der der Ausgangsspannung überlagerten Versorgungsspannung feststellen.

Die Sensorüberwachung ist zu beliebigen Zeitpunkten möglich und verursacht nur einen geringen Hardware-Zusatzaufwand.

Claims (5)

1. Verfahren zum Überwachen eines Sensors, der ein analoges Ausgangssignal auf einer Ausgangsleitung liefert, das einer Auswerteeinheit zugeführt wird, wobei in einer Überwachungsphase ein vorbestimmtes Testsignal auf den Sensorausgang gelegt wird, das in der Auswerteeinheit empfangen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleiten der Überwachungsphase von der Auswerteeinheit (2) ein Signal eines vorgegebenen Triggerpegels auf die Ausgangsleitung (3) gelegt wird, das im Sensor (1) detektiert wird, woraufhin das Testsignal an den Sensorausgang gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Überwachungsphase mehrere Testsignale, insbesondere Teile der Versorgungsspannung (U_b) des Sensors (1), auf den Sensorausgang gelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erstmalige Überwachungsphase unmittelbar nach der Initialisierung der Auswerteeinheit (2) nach Inbetriebnahme des Sensors (1) ausgelöst wird.

4. Sensor mit einer Auswerteeinheit, wobei der Sensorausgang mit der Auswerteeinheit über eine Ausgangsleitung verbunden ist und der Sensor eine mit dem Sensorausgang verbundene Testeinheit aufweist, die in einer Überwachungsphase ein vorbestimmtes Testsignal auf den Sensorausgang legt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (2) ein ansteuerbarer Schalter (6) vorgesehen ist, der zu einem bestimmten Zeitpunkt auf die Ausgangsleitung (3) ein Signal mit vorbestimmtem Triggerpegel legt, und daß parallel zum Sensorausgang eine Komparatorschaltung (7) angeschlossen ist, die ihrerseits mit der Testeinheit (8) verbunden ist, wobei die Komparatorschaltung (7) nach Detektion des Triggerpegels die Testeinheit (8) aktiviert.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im Sensor befindliche Sensorelement (9) über einen Operationsverstärker (10) mit dem Sensorausgang verbunden ist.