DE202007015532U1

DE202007015532U1 - Neigungssensor

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Publication number: DE202007015532U1
Application number: DE200720015532
Authority: DE
Original assignee: Hartmann Codier GmbH and Co KG
Current assignee: Hartmann Codier GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2017-11-09

Abstract

Neigungssensor (1, 1a, 1b) mit mehreren fest zueinander angeordneten Beschleunigungssensoren (2a, 2b) und einer mit diesen verbundenen Auswerteeinheit (3), die dazu ausgebildet ist, aus von den Beschleunigungssensoren (2a, 2b) zugeführten Beschleunigungssignalen (a_x, a_y, a_z; a_x', a_y', a_z') einen Neigungswert (N) zu berechnen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Neigungssensor.
Ein solcher Neigungssensor wird beispielsweise bei einen Kran oder einem sonstigen Baugerät eingesetzt und misst in der Regel die Neigung des Geräts bzw. eines Gerätebestandteils, an dem er befestigt ist, bezüglich der Senkrechten. Derartige Neigungssensoren werden dabei häufig für Prüfzwecke eingesetzt, die die Betriebssicherheit oder zumindest die ordnungsgemäße Funktion des Geräts betreffen. Beispielsweise wird die Steuerung eines Krans blockiert, wenn sich aus einem Neigungsausgabesignal eines dem Kran zugeordneten Neigungssensors ergibt, dass der Kran schief steht. In einer ähnlichen Anwendung eines Neigungssensors bei einem Baufahrzeug kann beispielsweise das Baufahrzeug nur dann bewegt werden, wenn die mit dem Neigungssensor versehene Ladefläche waagrecht steht.
Ein weiterer Anwendungsfall eines solchen Neigungssensors ist beispielsweise eine Präzisionswaage, wie sie von der Verkehrspolizei verwendet wird. Mit einer solchen Präzisionswaage wird z. B. das zulässige Gesamtgewicht eines LKW's oder Anhängers überprüft. Um Fehlmessungen zu vermeiden, darf eine solche Waage nur dann in Betrieb genommen werden, wenn ihre Waagschale waagrecht ausgerichtet ist, wobei die Ausrichtung der Waage mittels eines Neigungssensors festgestellt wird.
Bei einem herkömmlichen Neigungssensor ist ein teilweise flüssigkeitsgefülltes Testvolumen vorgesehen. Die Arbeitsweise eines solchen Sensors beruht darauf, dass die in diesem Testvolumen enthaltene Flüssigkeit – insbesondere Quecksilber – stets einen zur wirkenden Beschleunigung senkrechten Flüssigkeitsspiegel ausbildet. Die Stellung des Flüssigkeitsspiegels zu der Wand des Testvolumens wurde dabei insbesondere durch eine Leitfähigkeitsmessung bestimmt.
In jüngerer Zeit werden alternativ hierzu auch Neigungssensoren entwickelt, die auf Basis einer Beschleunigungsmessung arbeiten. Mit einem solchen Sensor wird die Richtung des auf den Sensor wirkenden Beschleunigungsvektors – der in der Regel zumindest im Wesentlichen durch die senkrecht wirkende Erdbeschleunigung bestimmt ist – relativ zu einem internen Koordinatensystem bestimmt. Hieraus wird die Neigung des Neigungssensors gegenüber der Senkrechten abgeleitet. Als Beschleunigungssensor wird insbesondere ein so genannter MEMS-Sensor, d. h. ein mikroelektromechanischer Beschleunigungssensor auf Siliziumbasis, verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auf Basis einer Beschleunigungsmessung arbeitenden Neigungssensor zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach umfasst der Neigungssensor mehrere, insbesondere zwei in einer festen räumlichen Beziehung zueinander angeordnete Beschleunigungssensoren sowie eine Auswerteeinheit, insbesondere in Form eines Mikrocontrollers. Die Auswerteeinheit ist hierbei signalübertragungstechnisch mit den Beschleunigungssensoren verbunden, so dass im Betrieb des Neigungssensors ein von jedem Beschleunigungssensor erzeugtes Beschleunigungssignal der Auswerteeinheit als Eingangsgröße zugeführt ist. Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, aus den Beschleunigungssignalen einen Neigungswert zu berechnen.
Der Beschleunigungssensor verfügt mit anderen Worten über mehrere zueinander redundante Beschleunigungssensoren. Diese Beschleunigungssensoren sind insbesondere hinsichtlich der jeweils internen Koordinatensysteme parallel zueinander angeordnet. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, dass die Beschleunigungssensoren gegeneinander um einen festen, bekannten Winkelversatz verkippt sind. Die Auswerteeinheit berücksichtigt in jedem Fall die Beschleunigungssignale aller Beschleunigungssensoren bei der Neigungswertermittlung. Durch den redundanten Einsatz der Beschleunigungssensoren wird zum einen ermöglicht, die Präzision der Neigungserkennung wesentlich zu verbessern. Zudem kann hierdurch ein Fehler eines Beschleunigungssensors leichter erkannt werden, was insbesondere für sicherheitsrelevante Einsatzgebiete des Neigungssensors von besonderer Wichtigkeit ist.
Die Auswerteeinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die von den Beschleunigungssensoren zugeführten Beschleunigungssignale statistisch auszuwerten und den Neigungswert anhand dieser statistischen Auswertung zu ermitteln. Insbesondere ermittelt die Auswerteeinheit den Neigungswert durch Mittelwertbildung über die von den einzelnen Beschleunigungssensoren zugeführten Beschleunigungssignale. Äquivalenterweise kann jedoch auch zunächst aus den einzelnen Beschleunigungssignalen jeweils ein (einem bestimmten Beschleunigungssensor zugeordneter) Einzelneigungswert ermittelt werden, wobei diese Einzelneigungswerte anschließend gemittelt werden.
Optional gibt der Neigungssensor zusätzlich zu dem gemittelten Neigungswert einen Fehler desselben, insbesondere in Form der so genannten Standardabweichung oder des so genannten Standardfehlers an.
Zusätzlich oder alternativ hierzu ist in zweckmäßiger Ausbildung des Neigungssensors vorgesehen, dass die Auswerteeinheit die von den einzelnen Beschleunigungssensoren zugeführten Beschleunigungssignale oder daraus jeweils abgeleitete Einzelneigungswerte auf abnormale Abweichungen hin untersucht. Die Auswerteeinheit gibt hierbei im Falle einer solchen abnormalen Abweichung, insbesondere dann wenn die Beschleunigungssignale zweier Beschleunigungssensoren bzw. die daraus jeweils abgeleiteten Einzelneigungswerte um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert abweichen, ein Fehlersignal aus.
In bevorzugter Ausbildung des Neigungssensors weist die Auswerteeinheit zur Ausgabe eines aus dem ermittelten Neigungswert abgeleiteten Neigungsausgabesignals mindestens einen Analogausgang sowie mindestens einen Digitalausgang auf. Die Auswerteeinheit ist dabei derart eingerichtet, dass durch entsprechende Programmierung oder Konfigurierung wahlweise festlegbar ist, ob die Auswerteeinheit das Neigungsausgabesignal in analoger Form über den Analogausgang oder in digitaler Form über den Digitalausgang ausgibt. Optional ist des Weiteren auch einstellbar, dass die Auswerteeinheit das Neigungsausgabesignal gleichzeitig sowohl in analoger als auch in digitaler Form ausgibt. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist die Auswerteeinheit bevorzugt derart programmierbar oder konfigurierbar, dass sie das (analoge bzw. digitale) Neigungsausgabesignal wahlweise als Spannungssignal oder als Stromsignal ausgibt. Im Falle eines Spannungssignals wird die in dem Signal kodierte Information durch eine bestimmte Einstellung oder zeitliche Abfolge von elektrischen Spannungswerten übermittelt. Im Falle eines Stromsignals wird diese übermittelte Information durch bestimmte Einstellung bzw. zeitliche Abfolge von definierten elektrischen Stromwerten übermittelt.
Als Programmierung wird in diesem Sinne die Erstellung oder Änderung und Installation eines in der Auswerteeinheit softwaretechnisch implementierten Programmcodes verstanden. Als Konfigurierung wird im Gegensatz hierzu die Konditionierung eines bestehenden Programmes ohne Änderung des Programmcodes und ohne das Erfordernis einer Neuinstallation verstanden. Durch Konfigurierung ist die Funktionalität der Auswerteinheit besonders einfach, insbesondere auch ohne detaillierte Kenntnis des Soft- und Hardwareaufbaus der Auswerteeinheit beeinflussbar. Eine Konfigurierungsmöglichkeit der Auswerteeinheit ist daher insbesondere dann bevorzugt vorgesehen, wenn die Funktionalität des Neigungssensors kundenseitig änderbar sein soll. Die Konfigurierung wird insbesondere durch Festlegung bestimmter Programmparameter in einer Konfigurationsdatei oder Vorgabe bestimmter Schaltsignale vorgenommen.
Als digitales Signal wird in diesem Sinne ein elektrisches Signal bezeichnet, das zwischen zwei definierten Spannungs- oder Stromwerten wechselt. Als analoges Signal wird dagegen ein elektrisches Signal bezeichnet, dessen Spannungs- oder Stromwert kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich in einer Vielzahl kleiner Schritte variierbar ist.
Die Ausgabeeinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, über einen Digitalausgang als digitales Neigungsausgabesignal ein Neigungsschwellwertsignal auszugeben. Hierunter wird ein Signal verstanden, das einen ersten Signalzustand aufweist, wenn der ermittelte Neigungswert einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, und das einen zweiten Signalzustand aufweist, wenn der ermittelte Neigungswert den Schwellwert überschreitet. Optional können auch mehrere solcher Schwellwerte definiert sein, bei deren Überschreitung der Signalzustand jeweils wechselt. In einer bevorzugten Weiterbildung des Neigungssensors ist vorgesehen, dass die Ausgabeeinheit mehrere Digitalausgänge aufweist, über die als digitales Neigungsausgabesignal ein jeweils unterschiedliches, d. h. bei unterschiedlichen Schwellwerten und/oder in unterschiedlicher Weise schaltendes Neigungsschwellwertsignal ausgebbar ist.
Bei jedem Beschleunigungssensor handelt es sich bevorzugt um einen Drei-Achsen-Beschleunigungssensor, insbesondere um einen MEMS-Beschleunigungssensor auf Siliziumbasis.
Um nicht oder nicht lediglich die absolute Neigung eines Gegenstandes gegenüber der Senkrechten, sondern (gegebenenfalls auch) eine Neigungsdifferenz zwischen verschiedenen Teilen angeben zu können, ist in einer weiteren Variante des Neigungssensors die Auswerteeinheit mit einem Eingang versehen, über welchen ein Referenzneigungswert zuführbar ist. Die Auswerteeinheit ist hierbei dazu ausgebildet, aus dem Neigungswert und dem Referenzneigungswert eine Neigungsdifferenz abzuleiten, und ein entsprechendes Neigungsdifferenzausgangssignal auszugeben.
Dieser Neigungssensor wird bevorzugt in Kombination mit einem weiteren Neigungssensor der vorstehend beschriebenen Art eingesetzt, wobei die beiden Neigungssensoren verkippbar, insbesondere an zueinander verkippbaren Teilen eines Geräts, angeordnet sind. Einer dieser Neigungssensoren dient hierbei als „Mastersensor" und ist zur Ermittlung der Neigungsdifferenz zwischen Neigungssensoren sowie zur Ausgabe des entsprechenden Neigungsdifferenzausgangssignals ausgebildet. Der andere Neigungssensor wird von diesem Mastersensor gesteuert und dient zur Ermittlung des Referenzneigungswertes für den Mastersensor.
Durch die vorstehend beschriebene Neigungssensortechnik wird insbesondere mit einfachen Mitteln eine hochpräzise Neigungsmessung ermöglicht. Zudem ist der beschriebene Neigungssensor äußerst flexibel einsetzbar, und somit ohne nennenswerten Aufwand an die jeweiligen Anforderungen für unterschiedlichste Einsatzzwecke anpassbar. Der beschriebene Neigungssensor ist des Weiteren äußerst kompakt realisierbar.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in schematischer perspektivischer Ansicht einen Neigungssensor, umfassend zwei Beschleunigungssensoren sowie eine Auswerteeinheit mit einem Analogausgang und vier Digitalausgängen zur Ausgabe eines Neigungsausgabesignals,
2 in einem Diagramm einer Signalspannung bzw. eines Signalstroms die Charakteristik eines analogen Neigungsausgabesignals, aufgetragen gegen einen von der Auswerteeinheit ermittelten Neigungswert,
3 in Darstellung gemäß 2 die Charakteristik eines digitalen Neigungsausgabesignals,
4 und 5 in jeweils vier übereinander angeordneten Diagrammen gemäß 2 Sonderformen von digitalen Neigungsausgabesignalen, und
6 in Darstellung gemäß 1 ein Neigungssensorsystem zur Ermittlung eines Differenzwinkels mit zwei datenübertragungstechnisch miteinander gekoppelten, verschwenkbar zueinander angeordneten Neigungssensoren gemäß 1.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in 1 dargestellte Neigungssensor 1 umfasst zwei MEMS-Beschleunigungssensoren 2a und 2b sowie eine Auswerteeinheit in Form eines Mikrocontrollers. Die Beschleunigungssenoren 2a, 2b sowie der Mikrocontroller 3 sind auf einer gemeinsamen Platine 4 montiert.
Jeder Beschleunigungssensor 2a, 2b ist dazu ausgebildet, die auf ihn wirkende Beschleunigung, dreidimensional aufgelöst nach durch ein internes Koordinatensystem 5a bzw. 5b vorgegebenen Richtungen x, y, z bzw. x', y', z', zu erfassen. Durch die Montage der beiden Beschleunigungssensoren 2a, 2b auf der gemeinsamen Platine 4 ist hierbei sichergestellt, dass die internen Koordinatensystem 5a, 5b zueinander in einer festen räumlichen Beziehung stehen. Insbesondere sind die Beschleunigungssensoren 2a und 2b derart montiert, dass ihre internen Koordinatensystem 5a und 5b parallel zueinander orientiert sind.
Jeder Beschleunigungssensor 2a, 2b ist über Datenleitungen 6 zur Zuführung jeweils eines vektoriellen von Beschleunigungssignals a_x, a_y, a_z und a_x', a_y', a_z' mit der Auswerteeinheit 3 verbunden. Jeder Beschleunigungssensor 2a, 2b ist zudem über eine Steuerleitung 7 mit der Auswerteeinheit 3 verbunden, über welche von der Auswerteeinheit 3 aus ein Selbsttest des jeweiligen Beschleunigungssensors 2a, 2b gestartet werden kann.
In der Auswerteeinheit 3 ist eine Auswertelogik in Form einer Software implementiert, die dazu ausgebildet ist, aus den Beschleunigungssignalen a_x, a_y, a_z und a_x', a_y', a_z' einen Neigungswert N zu berechnen, der die Neigung der Platine 4 im umgebenden Raum angibt. Die Auswerteeinheit 3 ist weiterhin dazu ausgebildet, aus dem ermittelten Neigungswert ein elektrisches Neigungsausgabesignal O abzuleiten.
Zur Ausgabe des Neigungsausgabesignals O verfügt die Auswerteeinheit 3 über zwei analoge Ausgänge 8a, 8b sowie über vier digitale Ausgänge 9a, 9b, 9c, 9d.
Die Auswerteeinheit 3 verfügt über zwei weitere Ein-/Ausgänge (nachfolgend Ports 10a, 10b), die eine serielle Schnittstelle bilden, über welche die Auswerteeinheit 3 programmiert bzw. konfiguriert werden kann. Über zwei weitere Ports 11a, 11b kann der Neigungssensor 1 auf nachfolgend näher beschriebene Weise mit einem weiteren Neigungssensor gekoppelt werden.
Vor Betriebsaufnahme des Neigungssensors 1 startet die Auswerteeinheit 3 zunächst über die Steuerleitungen 7 den Selbsttest der Beschleunigungssensoren 2a, 2b. Wird der Selbsttest von beiden Beschleunigungssensoren erfolgreich durchgeführt, so nimmt die Auswerteeinheit 3 den Betrieb auf. Ansonsten erzeugt die die Auswerteeinheit 3 ein Fehlersignal F.
Im Betrieb des Neigungssensors 1 vergleicht die Auswerteeinheit zunächst komponentenweise die von den Beschleunigungssensoren 2a, 2b zugelieferten Beschleunigungssignale a_x, a_y, a_z und a_x', a_y', a_z'. Stellt die Auswerteinheit 3 dabei eine Abweichung in mindestens einer Komponente der Beschleunigungssignale a_x, a_y, a_z und a_x', a_y', a_z', fest, die hinsichtlich Zeitdauer und Größe der Abweichung einen hinterlegten Toleranzbereich überschreitet, so erzeugt die Auswerteeinheit wiederum das Fehlersignal F.
Ansonsten bildet die Auswerteeinheit 3 aus den von den Beschleunigungssensoren 2a, 2b zugeführten Beschleunigungssignalen a_x, a_y, a_z und a_x', a_y', a_z' einen gemittelten Beschleunigungsvektor. Anschließend bestimmt die Auswerteeinheit 3 die Stellung dieses Beschleunigungsvektors in einem vorgegebenen Koordinatensystem 12 mit Koordinaten-Richtungen x'', y'', x''.
Die Orientierung dieses Koordinatensystems 12 bezüglich der Koordinatensysteme 5a, 5b der Beschleunigungssensoren 2a, 2b kann durch Programmierung der Auswerteeinheit 3 frei gewählt werden. Standardmäßig ist das Koordinatensystem 12 aber parallel zu den Koordinatensystemen 5a, 5b definiert. Die Koordinatenrichtung z'' gibt hierbei eine Sollrichtung für die Senkrechte vor, während der von der Auswerteeinheit 3 aus den Beschleunigungssignalen a_x, a_y, a_z und a_x', a_y', a_z' der Beschleunigungssensoren 2a, 2b bestimmte gemittelte Beschleunigungsvektor aufgrund des dominierenden Einflusses der Erdbeschleunigung eine Ist-Richtung für die Senkrecht vorgibt.
In einer einfachen Ausführung des Neigungssensors wird als Neigungswert N von der Auswerteeinheit 3 der einfache, eindimensionale Winkel zwischen der Koordinatenrichtung z'' und dem gemittelten Beschleunigungsvektor bestimmt. In einer verfeinerten Ausführung des Neigungssensors 1 wird als Neigungswert N der zweidimensionale Winkel des gemittelten Beschleunigungsvektors zu der z''/x''-Ebene bzw. zu der z''/y''-Ebene des Koordinatensystems 12 bestimmt.
Durch entsprechende Programmierung der Auswerteeinheit 3 kann weiterhin eingestellt werden, ob die Auswerteeinheit 3 das Neigungsausgabesignal O in analoger oder digitaler Form ausgeben soll. Durch Programmierung der Auswerteeinheit 3 kann weiterhin eingestellt werden, ob das (analoge oder digitale) Neigungsausgabesignal O als Spannungssignal oder als Stromsignal ausgegeben werden soll.
Im Falle eines auf einen dimensionalen Neigungswert N beruhenden analogen Neigungsausgabesignals O wird über einen der analogen Ausgänge 8a, 8b ein elektrisches Signal ausgegeben, dessen Signalspannung U_S (im Falle eines Spannungssignals) oder dessen Signalstrom I_S (im Falle eines Stromsignals) in einer vorgegebenen und durch Programmierung der Auswerteeinheit 3 wählbaren funktionalen Abhängigkeit von dem Neigungswert N steht. Diese funktionale Abhängigkeit ist insbesondere – wie in 2 exemplarisch dargestellt – als lineare Abhängigkeit gewählt.
Im Falle eines auf einem zweidimensionalen Neigungswinkel N beruhenden analogen Neigungsausgabesignals O wird über beide analogen Ausgänge 8a, 8b je ein Teilsignal ausgegeben, wobei das über den Ausgang 8a ausgegebene Teilsignal in einer funktionalen, insbesondere linearen Abhängigkeit zu dem Winkel des gemittelten Beschleunigungsvektors zu der z''/x''-Ebene des Koordinatensystems 12 steht, während das über den Ausgang 8b ausgegebene Teilsignal in einer funktionalen, insbesondere linearen Abhängigkeit zu dem Winkel des gemittelten Beschleunigungsvektors zu der z''/x''-Ebene des Koordinatensystems 12 steht.
Als digitales Neigungsausgabesignal O wird über eine oder mehrere der digitalen Ausgänge 9a, 9b, 9c ein elektrisches Signal ausgegeben, das in vorgegebener Weise zwischen zwei Signalzuständen der Signalspannung U_S oder des Signalstroms I_S wechselt, wenn der (ein- oder zweidimensionale) Neigungswert N einen oder mehrere hinterlegte Schwellwerte N_i (i = 1, 2, 3, ...) überschreitet. Die Anzahl und Größe dieser Schwellwerte N_i sowie das Schaltverhalten des digitalen Neigungsausgabesignals O bei Überschreiten dieser Schwellwerte N_i kann wiederum durch Programmierung der Auswerteeinheit 3 beliebig festgelegt werden. In dem in 3 dargestellten Beispiel einer Schaltcharakteristik eines solchen digitalen Neigungsausgabesignals O wird das Neigungsausgabesignal O reversibel von einem Null-Zustand in einen Eins-Zustand geschaltet, wenn der Neigungswert N den ersten Schwellwert N₁ überschreitet, und von dem Ein-Zustand reversibel in den Null-Zustand zurückgeschaltet, wenn der Neigungswert N den zweiten Schwellwert N₂ überschreitet.
Grundsätzlich kann auch der vierte digitale Ausgang 9d zur Ausgabe des Neigungsausgabesignals O verwendet werden. Dieser Ausgang 9d wird aber bevorzugt als Fehlerkanal verwendet, über den gegebenenfalls das Fehlersignal F ausgegeben wird.
Besondere Formen von digitalen Neigungsausgabesignalen O sind in den 4 und 5 dargestellt. In beiden Fällen werden die digitalen Ausgänge 9a, 9b, 9c zur Ausgabe des Neigungsausgabesignals O verwendet. Die über die digitalen Ausgänge 9a, 9b, 9c ausgegebenen Signale sind hier beispielhaft als Spannungssignale kodiert.
Im Falle des Beispiels gemäß 4 sind die über die Ausgänge 9a, 9b, 9c ausgegebenen Teilsignale des Neigungsausgabesignals O derart aufeinander abgestimmt, dass jedes Teilsignal bei einem unterschiedlichen Schwellwert N₁, N₂, N₃ von dem Null-Zustand auf den Eins-Zustand schaltet. Bei dem Beispiel gemäß 5 sind die über die Ausgänge 9a, 9b, 9c ausgegebenen Teilsignale des Neigungsausgabesignals O derart aufeinander abgestimmt, dass sie nach Art eines Bit-Folgemusters (000, 001, 010, 011, 100, ...) schalten, wenn der Neigungswert N sukzessive eine Folge von äquidistant angeordneten Schwellwerten N₁ bis N₅ überschreitet.
6 zeigt ein Neigungssensorsystem 13, das aus zwei Neigungssensoren 1a, 1b der vorstehend beschriebenen Art gebildet ist. Die Neigungssensoren 1a, 1b sind (in nicht explizit dargestellter Weise)) zueinander verkippbar angeordnet, insbesondere an verschiedenen gegeneinander bewegbaren Teilen eines Geräts fixiert. Die Neigungssensoren 1a, 1b sind zudem über Datenleitungen 14 datenflusstechnisch miteinander gekoppelt, indem der Port 11a des Neigungssensors 1a mit dem Port 11b des Neigungssensors 1b und der Port 11a des Neigungssensors 1b mit dem Port 11b des Neigungssensors 1a verbunden sind. Beispielsweise dient hierbei der jeweilige Port 11a zum Senden, und der jeweilige Port 11b zum Empfangen von Daten an den bzw. von dem jeweils anderen Neigungssensor 1a bzw. 1b. Die beiden Neigungssensoren 1a und 1b kommunizieren hierbei über ein vorgegebenes Datenübermittlungsprotokoll.
Das Neigungssensorsystem 13 dient dazu, zusätzlich oder alternativ zu dem die absolute Neigung des Neigungssensors 1a im umgebenden Raum anzeigenden Neigungswert N einen Neigungsdifferenzwert D zu bestimmen, der die Neigungsdifferenz zwischen dem Neigungssensor 1a und dem Neigungssensor 1b wiedergibt. Die Berechnung des Neigungsdifferenzwertes D erfolgt hierbei durch die Auswerteeinheit 3 des Neigungssensors 1a, der insofern im Rahmen des Neigungssensorsystems 13 als Mastersensor wirkt. Der Neigungsdifferenzwert D wird aus dem für die Neigung des Neigungssensors 1a im Raum charakteristischen Neigungswert N und einem für die Neigung des Neigungssensors 1b im Raum charakteristischen Referenzneigungswert R bestimmt. Der Referenzneigungswert R wird durch den Neigungssensor 1b bestimmt und über die Datenleitung 14 an den Neigungssensor 1a übermittelt.
Durch Programmierung der Auswerteeinheit 3 des Neigungssensors 1a kann wiederum festgelegt werden, ob als Neigungsdifferenzwert D die eindimensionale Winkeldifferenz zwischen der Neigung des Neigungssensors 1a und 1b oder eine zweidimensionale Winkeldifferenz, die den Neigungsunterschied der Neigungs sensoren 1a und 1b im Koordinatensystem 12 des Neigungssensors 1a beschreibt, bestimmt werden soll.
Die Auswerteeinheit des Neigungssensors 1a gibt den ermittelten Neigungsdifferenzwert D in Form eines Neigungsdifferenzausgabesignals O' aus. Dabei kann wiederum durch entsprechende Programmierung der Auswerteeinheit 3 des Neigungssensors 1a festgelegt werden, ob das Neigungsdifferenzausgabesignal O' als digitales oder analoges Signal, sowie in jedem dieser Fälle als Spannungssignal oder als Stromsignal ausgegeben werden soll. Die Auswerteeinheit 3 kann weiterhin derart programmiert werden, dass zusätzlich zu dem Neigungsdifferenzausgabesignal O' auch das den Neigungswert N und/oder den Referenzneigungswert R wiedergebende Neigungsausgabesignal O ausgegeben werden.

1: Neigungssensor
1a, b: Neigungssensor
2a, b: Beschleunigungssensor
3: Auswerteeinheit
4: Platine
5a, b: Koordinatensystem
6: Datenleitung
7: Steuerleitung
8a, b: (analoge) Ausgänge
9a–d: (digitale) Ausgänge
10a, b: Ports
11a, b: Ports
12: Koordinatensystem
13: Neigungssensorsystem
14: Datenleitung
x, y, z: Richtung
x', y', z': Richtung
x'', y'', z'': Richtung
a_x, a_y, a_z: Beschleunigungssignal
a_x', a_y', a_z': Beschleunigungssignal
N: Neigungswert
O: Neigungsausgabesignal
O': Neigungsdifferenzausgangssignal
U_S: Signalsperrung
I_S: Signalstrom
N₁–N₅: Schwellwert
F: Fehlersignal
D: Neigungsdifferenzwert
R: Referenzneigungswert

Claims

Neigungssensor (1, 1a, 1b) mit mehreren fest zueinander angeordneten Beschleunigungssensoren (2a, 2b) und einer mit diesen verbundenen Auswerteeinheit (3), die dazu ausgebildet ist, aus von den Beschleunigungssensoren (2a, 2b) zugeführten Beschleunigungssignalen (a_x, a_y, a_z; a_x', a_y', a_z') einen Neigungswert (N) zu berechnen.
Neigungssensor (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit (3) dazu ausgebildet ist, den Neigungswert (N) anhand einer statistischen Auswertung aller Beschleunigungssignale (a_x, a_y, a_z; a_x', a_y', a_z') zu ermitteln.
Neigungssensor (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinheit (3) dazu ausgebildet ist, ein Fehlersignal (F) auszugeben, wenn die Beschleunigungssignale (a_x, a_y, a_z; a_x', a_y', a_z') zweier Beschleunigungssensoren (2a, 2b) oder daraus jeweils abgeleitete Einzelneigungswerte um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert abweichen.
Neigungssensor (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auswerteeinheit (3) mindestens einen Analogausgang (8a, 8b) und mindestens einen Digitalausgang (9a–9d) aufweist, und wobei mittels der Auswerteeinheit (3) aus dem Neigungswert (N) wahlweise ein analoges Neigungsausgabesignal (O) und/oder ein digitales Neigungsausgabesignal (O) ableitbar und über den entsprechenden Ausgang (8a, 8b; 9a–9d) ausgebbar ist.
Neigungssensor (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausgabeeinheit (3) mehrere Digitalausgänge (9a–9d) aufweist, über die als digitales Neigungsausgabesignal (O) ein jeweils unterschiedliches Neigungsschwellwertsignal ausgebbar ist.
Neigungssensor (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auswerteeinheit (3) dazu ausgebildet ist, ein aus dem Neigungswert (N) abgeleitetes Neigungsausgabesignal (O) wahlweise als Spannungssignal oder als Stromsignal auszugeben.
Neigungssensor (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Auswerteeinheit (3) über einen Eingang (11b) ein Referenzneigungswert (R) zuführbar ist, und wobei die Auswerteeinheit (3) dazu ausgebildet ist, aus dem Neigungswert (N) und dem Referenzneigungswert (R) ein Neigungsdifferenzausgangssignal (O') abzuleiten und auszugeben.
Neigungssensor (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeder Beschleunigungssensoren (2a, 2b) ein 3-Achsen-Beschleunigungssensor ist.
Neigungssensorsystem (13) mit einem ersten Neigungssensor (1a) nach Anspruch 7 oder 8, sowie mit einem gegenüber dem ersten Neigungssensor (1b) verkippbar angeordneten zweiten Neigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite Neigungssensor (1b) zur Zuführung des Referenzneigungswerts (R) mit dem ersten Neigungssensor (1a) verbunden ist.