EP0415943A1 - Sensor zur erfassung eines bewegungsparameters, z.b. crashsensor eines kfz - Google Patents

Sensor zur erfassung eines bewegungsparameters, z.b. crashsensor eines kfz

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Publication number
EP0415943A1
EP0415943A1 EP19890904000 EP89904000A EP0415943A1 EP 0415943 A1 EP0415943 A1 EP 0415943A1 EP 19890904000 EP19890904000 EP 19890904000 EP 89904000 A EP89904000 A EP 89904000A EP 0415943 A1 EP0415943 A1 EP 0415943A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
electromagnet
test
seismic mass
movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19890904000
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19883818134 external-priority patent/DE3818134A1/de
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0415943A1 publication Critical patent/EP0415943A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
    • H01H35/148—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch making use of a rolamite sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/052—Controlling, signalling or testing correct functioning of a switch

Definitions

  • Sensor for detecting a movement parameter e.g. B. crash sensor of a motor vehicle
  • the invention relates to a special type of sensors, namely deceleration or acceleration sensors which can be tested in a certain way and which contain an electromagnet and a body which has ferromagnetic material for test purposes.
  • electromagnet you can test the functionality of the testable sensor at any time, even later, e.g. even after years of testing.
  • the principle of this testable sensor type has been known for decades, and another such testable sensor has also become known recently, compare US Pat. Nos. 3,120,622, 3,295,355, 3,664,175 and 3,877,314, furthermore EP-A-251 048 and the recently published DE-Cl-37 26 145 (November 24, 1988).
  • All sensors of this type solve the general task of checking the reliability of the sensor as often as desired and thus of being able to detect defects in the sensor early, generally in good time, even if the sensor is to be detected during operation
  • a non-testable sensor from Technar is already commercially available, which is suitable as a crash sensor for a motor vehicle and essentially corresponds to the FIG. 5 and 6 corresponds to this document.
  • This known sensor which is accommodated in a housing with a cover D and with a base plate G, contains two components as the actual sensor element, namely a seismic mass M and a switch with a contact C.
  • the seismic mass M is there by a movable roller M is formed, which on a holder H by a band spring F, which tries to stretch, in its rest position, cf. the stop Q is held; one end of this band spring F is fixed to the holder H by means of a support T.
  • the roller M In the event of a crash, the roller M is thrown in the direction X into a more or less predetermined second, different position up to the stop P, the roller M actuating the electrical contact C by this spinning, which in turn then emits the sensor signal S.
  • strain gauges are known that contain a piezoresistive conductor.
  • the special object of the invention is to provide in a particularly clever, simple manner a low-effort, long-term stable, particularly reliable, and yet very compact, robust sensor, which can also be reliably used later, if possible (even as long as possible, throughout the life of the sensor Object, for example during the entire life of the vehicle) can be tested as often as required for its functionality, especially for its responsiveness.
  • claim 1 compare its preamble, is based on US 3,295,355, FIG. 1.
  • the invention is more compact, robust, reliable in the long term, and can also be produced from particularly small components, the seismic mass being able to be stabilized reliably in a particularly simple manner in its rest position in the long term.
  • the same object of the invention is achieved by the subject matter of patent claim 5, which, compared to the preamble thereof, is based on US Pat. No. 3,120,622, in particular FIG. 4.
  • this variant of the invention avoids a piezo-ceramic or a piezo-crystal that tends to break, both of which are also insulators instead of conductors and therefore have too high a voltage / current ratio (high output-side internal resistance) and are therefore very susceptible to interference from inductive and capacitive interference Are interference voltages from external sources of interference.
  • the invention uses a piezoresistive sensor element with low internal resistance, which is more reliable with regard to interference voltages and mechanical robustness.
  • the sensor according to the invention was initially developed as a crash sensor of a motor vehicle. It turned out, however, that the invention is also of importance for all other sensors which are intended to detect with high reliability a movement parameter of any objects occurring in an accident.
  • the invention is therefore also for testing automotive sensors, and also for testing sensors for linear and rotating movements of other objects such as rail vehicles, airplanes, machine tools and. Robots, doors, locks and many other objects are suitable.
  • To simulate delays For example, to simulate its behavior in a crash case and still achieve a particularly high reliability of the sensor as long as the sensor is in operation.
  • the sensitivity of the sensor for different types of movement e.g. to test for different linear directions of movement and / or for revolutions around different axes of rotation of the objects
  • FIG. 2 shows an example of an acceleration sensor / deceleration sensor with a semiconductor membrane, the holder and the power lines for forwarding the generated electrical sensor signal not being shown here for reasons of clarity,
  • FIG. 3 shows an object, namely a motor vehicle, in which the sensor is mounted
  • FIG. 4 shows an example of a sensor according to the invention which contains a switch or contact actuated by a roller-shaped seismic mass
  • FIG. 5 shows an oblique view of the opened example shown in FIG. 4, but omitting the electromagnet to be attached according to the invention
  • FIG. 6 shows a detail of the examples shown in FIGS. 4 and 5, in which a band spring comprises the roller-shaped seismic
  • FIG. 8 schematically shows the principle according to which the seismic mass shown in FIGS. 4 and 6 is generated by the magnetic field of the
  • Electromagnet is moved from the rest position into another position lying between the poles of the electromagnet, and, FIG. 9 is an oblique view to explain an example of the position of the electromagnet in the example shown in FIGS. 4 and 5.
  • the sensor is used in each case to record a movement parameter, that is to say, for example, to record the acceleration, deflection and / or rotation of an object tes 0, for example a vehicle 0, cf. 3.
  • a crash sensor for detecting a strong jerky acceleration and / or deceleration of a motor vehicle 0, parts of the sensor, for example its seismic mass M or K, being thrown in the direction X in FIG. 3 in the event of a crash become - cf. thus also the direction X and the direction X 'of the movement of a seismic mass M or K in FIG. 1, 2, 4 to 6 and 8, 9, which can also often be used in such a crash trap.
  • the sensor in each case has a holder H, via which it can be fastened to the object 0, cf. 1 and 4 to 6 and 9 (in FIGS. 2, 7 and 8, the holder H is not shown for the sake of clarity), the holder H holding the actual sensor element W or M / K / C, which in turn holds one corresponding movement X or X 'an electrical
  • the actual sensor element W or M / K / C which emits an electrical sensor signal S with a corresponding movement X or X ', can in the invention itself - within the scope of the scope defined by claims 1, 5 and 14 - in Principle can be constructed arbitrarily, so also largely known sensors, - but according to the invention at least one electromagnet E and at least one ferromagnetic body K is additionally attached.
  • Advantageous variants of the invention are defined in the subclaims.
  • FIG. 1 it is assumed by way of example that it is a piezoresistive meander line which can be produced using layer technology or else as a compact line or by means of strain gauges.
  • the bracket H with which the other sensor components ge hold or which carries the other sensor components directly or indirectly, has been omitted - it is assumed by way of example that it is a silicon frame Z / a silicon holder Z with a thin piezoresistive silicon membrane W, with a seismic oscillating mass M in the middle of the membrane -
  • silicon - for example made of silicon - to increase the vibration amplitude of the membrane W when it moves accordingly, for example in the direction X or 'X', that is to increase the sensitivity of this sensor.
  • the actual sensor element like the Technar sensor, consists of an electrical switch with a contact C, which is activated by a seismic mass M with a corresponding movement X - i.e. in the event of a crash - is actuated and then emits the sensor signal S.
  • the sensor therefore contains at least one single electromagnet E, which can be mechanically attached, for example, directly to the holder H, cf. in particular FIG 1, 2, 4, 8, 9 and which is stronger and defined with test current pulses I and can be excited by means of a correspondingly generated voltage U.
  • test current pulses I generate in the electromagnet E in each case certain magnetic fields, which can be defined with regard to strength and time, and which act on the ferromagnetic body K in such a way that the test current pulse I simulates a corresponding movement of the object 0, even when the holder H or an object attached to it 0 remains motionless.
  • the test current pulse I namely causes the body K to move in the magnetic field and thus triggers a corresponding movement and / or deformation of the sensor element W or M / K / C and thus the emission of a test sensor signal S.
  • the invention makes it possible to generate a sensor signal S by means of the test current pulse I of defined strength and defined course for test purposes, that is, to simulate a specific movement of the object 0, even when the sensor H / E / K / W or H / E / M / K / C itself has not yet been attached to object 0, but if this sensor is still being tested, for example in the course of its manufacture, during the final inspection.
  • this sensor can be tested at any time, even several times in succession from time to time, e.g. to monitor whether it still works properly with sufficient sensitivity by checking whether the sensor emits the sensor signal S, more precisely: test sensor signal S, or not.
  • the time course and the maximum amplitude of the relevant movement of the body K in the magnetic field do not only depend on the time course and on the strength of the test current pulse I and thus on the time course and the strength of the associated voltage U at the inputs of the electromagnet E. .
  • the course and the maximum amplitude of the relevant movement supply of the body K also depends on other constructive measures, for example on the shape and size and open magnetic properties of the body K, on the shape and the intensity of the magnetic field generated and thus also on the structure of the electromagnet E and on the distance of the electromagnet E. to the body K, but also from the spring constant of resilient parts of the sensor, such as from the spring constant of the bending beam B in FIG.
  • the course and the maximum amplitude of the relevant movement of the body K also depend on the preloads of such springs.
  • the invention thus allows the sensitivity of the respective sensor type to be adjusted or selected according to the respective requirement by appropriate dimensioning of the spring constant and / or the spring preload.
  • the invention in principle allows the structure of the sensor to be varied - e.g. a sensor based on the bending beam principle according to FIG. 1 with the piezo line W attached to the bending beam B, e.g. Strain gauges W, or a semiconductor motion sensor according to FIG. 2 with a piezoresistive membrane W as the actual sensor element W, which can emit an electrical sensor signal S when there is a corresponding movement, cf. also the sensor example shown in FIGS. 4 to 9 with seismic mass M and contact C.
  • a basic concept of the invention is based here on using at least one single electromagnet E and at least one single ferromagnetic body K to simulate corresponding movements of the sensor H / E / K / W or of the object 0, in principle repeatable at any time in order to check the sensitivity and thus the reliability of the sensor and in order to be able to detect defects in the sensor at an early stage, that is to say - generally in good time - if necessary, the sensor repair or exchange.
  • several electromagnets E which can be excited separately by test current pulses I, can be attached, the test current pulses I, depending on which one of the electromagnets E is energized, different types of movement - e.g. can simulate different linear directions of movement, ie also linear directions perpendicular to one another, and / or different axes of torsional movements - of the sensor or of the object 0.
  • different types of movement e.g. can simulate different linear directions of movement, ie also linear directions perpendicular to one another, and / or different axes of torsional movements - of the sensor or of the object 0.
  • the sensitivity of the sensor for the different types of movement can be tested individually, one after the other, or also simultaneously superimposed on one another, using the various electromagnets E of the sensor.
  • electromagnets E are attached per sensor, then one can mechanically equip or connect his sensor element W or M / K / C with a single ferromagnetic body K instead of several ferromagnetic bodies, which in turn is arranged in such a way that that it is moved in different ways by the different electromagnets E, for example by one electromagnet in the X direction and by the other electromagnet perpendicular to it, cf. 1 and 2, if two separate electromagnets E are attached in these two examples, in which one accelerates the body K in the X direction, the other in the other direction. For example, by means of several such testable sensors, which are located at different locations on the object 0, cf. FIG.
  • test current pulses I supplied to the electromagnet E simulate different types of movement of the sensor or the object 0 because the body is typical in each case Movements that are only assigned to the relevant electromagnet E triggers. In this way, it is possible, with particularly little effort and with a particularly simple construction of the sensor, to test the sensitivity of the sensor for the associated different types of movement at any time.
  • this sensor can contain the body K and the electromagnet E or the electromagnet E even uninterrupted throughout the entire duration of its connection to the object 0.
  • the sensitivity of the sensor for the relevant movement parameters of object 0 can in principle be measured during the entire life of object 0, at least continuously from time to time during the entire connection of this sensor to object 0, using test current impulse I are tested - whereby by attaching a single electromagnet E, generally only a single movement parameter is detected, whereby by attaching several electromagnets E per sensor, very different movement parameters are also detected, if necessary separately from one another and / or simultaneously superimposed on top of one another can be.
  • the test current pulse I should be a corresponding one Abrupt linear movement X or X 'of the sensor can simulate.
  • This can be, for example, the test of a crash sensor for a motor vehicle 0, cf. 3, or, for example, a sensor for a corresponding other object 0, which represents, for example, an arm of a robot or a handling device, regardless of whether these objects 0 are controlled more or less automatically or by hand.
  • Such a sensor can serve, for example, as a trigger in an ignition device of an airbag and / or a belt tensioner in a motor vehicle 0, with the behavior of the electromagnet E and body K even when the motor vehicle 0 is stationary of the sensor in the case of extreme accelerations or decelerations, which means that the sensor can also be tested for a crash even when the vehicle 0 is stationary.
  • test sensor signal S triggered by the test current pulse I does not really ignite the squib of the airbag and thus inflate the airbag, for which purpose the electrical one during the test of the sensor Transmission of the test sensor signal S to the squib of the airbag can be interrupted by means of one or more switches.
  • test current pulse I can be repeated from time to time and that the test sensor signal S generated by the test current pulses I is used for repeated checks of the functionality of the sensor H / E / K / W or H / E / M / K / C can serve.
  • Such a repeated testing of the sensor from time to time makes it possible to guarantee a particularly high reliability of the sensor, because damage to the sensor is recognized in good time, and in principle this reliability of the sensor can be checked continuously during the entire life of the sensor.
  • test sensor signal S is fed via an A / D converter to a permanent memory, i.e. to a PROM of some kind - e.g. an EEPROM - in the PROM at least that for a single one, e.g. the first-time / original test test signal S is digitized accordingly.
  • a PROM of some kind e.g. an EEPROM - in the PROM at least that for a single one, e.g. the first-time / original test test signal S is digitized accordingly.
  • a PROM of some kind - e.g. an EEPROM - in the PROM at least that for a single one, e.g. the first-time / original test test signal S is digitized accordingly.
  • a PROM of some kind e.g. an EEPROM - in the PROM at least that for a single one, e.g. the first-time / original test test signal S is digitized accordingly.
  • the long-term behavior of the sensor can even be monitored very precisely, e.g. in routine checks in workshops, if in the PROM - instead of only storing the last test sensor signal S in each case - at least some of the test sensor signals S emitted in previous tests are also stored instead of deleted.
  • a particularly simple and compact design of the sensor can be achieved above all by selecting one of the many possible non-testable sensor types which has a simple, compact design from the start. It was found that sensor elements which are made of a piezoresistive conductor or which have a contact or switch controlled by the seismic mass, e.g. according to the dimensioning in FIGS. 4 to 9.
  • the measurement of accelerations and / or decelerations is particularly simple. if its sensor element W, cf. 1, is attached to a bending beam B or if this sensor element W itself represents such a bending beam B, the free end of the bending beam B being directly or indirectly, i.e., for example via at least one spring and / or e.g. at least one lever - is connected to the ferromagnetic body K.
  • Such a sensor can be made particularly sensitive by appropriately selecting the spring constant for bending the bending beam B.
  • the sensor element W can also, cf. 2, are formed by a semiconductor membrane W, the resistance of which when the membrane W is knocked out is a measure of the relevant movement of the sensor or the object 0.
  • the type of movement measured by such a semiconductor sensor element W represents normally represents an acceleration or deceleration.
  • the body K can - likewise directly or indirectly - be attached to a particularly oscillatable point of the semiconductor membrane W, that is to say, for example, according to FIG. 2, approximately in the middle of the membrane W.
  • Such a semiconductor membrane sensor element W is particularly compact.
  • the seismic mass can be amplified on a well-vibratable element to amplify the deflections of the membrane W. Attach the membrane W, cf. the seismic mass M in the middle of the membrane W in FIG. 2. Such a seismic mass M can, for example, also be attached to a point of the bending beam B in FIG.
  • FIGURES 4 to 9 relate to an example of the invention, which represents a further development of the previously known sensor from Technar.
  • This example shown in these FIGURES, also demonstrates that the measures according to the invention can also be applied to a known sensor, the sensor element of which here contains a seismic mass, which is thrown into a more or less predetermined other position during the movement to be detected and through this spinning an electrical contact, cf. C, touches or moves an electrical switch and thus actuates this switch, in which case this switch preferably emits a binary sensor signal S or a signal pulse S.
  • FIG. 4 additionally shows an ohmic resistor R which is inserted into the current profile of the sensor signal S and represents a protective resistor R which limits the current of the sensor signal S.
  • This current of the sensor signal S flows in the exemplary embodiment shown via the resistor R, via the electrically conductive support T and via an electrically conductive band spring F - cf. 6 and in particular around the seismic mass M to the point at which the spring F contacts the contact C, and along the resilient extension of this contact C / C 'to the external connection of the two-pole sensor signal connection, cf. S.
  • FIG. 4 does not show how special rails inside the cover D prevent the mass M from being thrown upwards against the cover D, so that the mass M only runs more or less along the path in FIG an arrow marked path from ⁇ er rest position, cf. Q, in the other position, cf. P, is moved.
  • the known sensor from the Technar company was thus further developed according to the invention above all by attaching an electromagnet E and a ferromagnetic body K movable by its magnetic field, which is intended to trigger a test sensor signal S under the influence of the magnetic field.
  • the seismic mass M or a section thereof could be made of ferromagnetic material, for example by A ferromagnetic core K was coaxially mounted in this, in the rest of the drum-shaped seismic mass M consisting of, for example, ceramic or plastic, cf. the core K in FIGS. 4 to 6 as well as 8 and 9.
  • an electromagnet E was attached to the sensor, see FIGS.
  • the test current pulse I generates the test sensor signal S by spinning the seismic mass M in the direction X by means of the contact C, if a test current pulse I is supplied to the electromagnet E and if a test sensor signal S is thereby at the corresponding signal output of the sensor is given, the reliability of the sensor is given. If, on the other hand, the test current pulse I does not trigger a test sensor signal S, a defect in the sensor is detected, at least if the test current pulse I in itself was sufficiently strong to trigger the test sensor signal S in a properly functioning sensor.
  • a separate additional ferromagnetic body can also be attached, initially separately from the mass M, this body then then indirectly, for example again via a spring or a lever, according to the invention can act on the relevant seismic mass M. Then the magnetic field of the electromagnet E acts only indirectly on the seismic mass M via this body K in order to generate a test sensor signal S. In this way, a small magnetic field, despite the relatively small spatial expansion of this magnetic field, can still have a strong effect on a seismic mass M if this mass M is far from the small magnetic field in its rest position.
  • the seismic mass M can be held in its rest position, for example by means of the band spring F shown in FIGS.
  • the minimum deceleration / minimum acceleration at which the sensor in question emits a sensor signal S depends on the size of the spring preload in question - with lower decelerations / accelerations, the mass M in question remains in its rest position and then does not trigger a sensor signal S.
  • the relevant band spring F itself attached to the seismic mass M can itself form the ferromagnetic body K, the rest of the sensor, apart from the electromagnet E itself, no longer having to contain any further ferromagnetic bodies. Even then, the sensor in question can be tested as often as required according to the invention because the band spring F, which then forms the ferromagnetic body K by itself, is influenced by the magnetic field of the electromagnet E in such a way that it moves, e.g. rolls up, and thus moves the seismic body M into its other position and thus generates the test sensor signal S.
  • the contact C is fitted in a hole V in the band spring F, cf. 7 with FIG. 4, 5 and 9 in particular.
  • the bandfeer F can then be connected to an electrical potential if it is electrically conductive, for example made of metal;
  • the band spring F can be given such a shape that when the seismic mass M is moved as intended, the band spring F - more precisely: a section of the band spring F lying on the electrical potential - touches the electrically conductive contact C and thus triggers a current which forms the sensor signal S and flows through the contact C and via the band spring F.
  • the band spring F can also have a section L which is more or less wound around the roller-shaped seismic mass M, this section L of the band spring F being able to have a special extension as a separate contact surface, which in turn touches contact C in the event of a spin - cf. also the reference to the diameter d of the seismic mass M in FIG. 6 and the reference to the rolling distance shown in FIG. 7, which corresponds to the circumference of the mass.
  • the seismic mass, cf. M itself - and / or a component attached to this mass that moves both during the movement to be detected and in the test case, cf. F - an electrically conductive surface as a contact surface, cf. F, which is applied to an electrical potential during operation of the sensor, with both the relevant contact surface, cf. F, as well as that
  • Contact, cf. C are in each case components of a switch which can be actuated by the seismic mass and which supplies or triggers the sensor signal S or the test sensor signal S both in the case of the movement to be detected and in the test case.
  • Such utilization of an electrically conductive contact surface, which is moved with the seismic mass M, enables a particularly simple construction of the switch in question, cf. C / F.
  • FIG. 9 shows, in an oblique view, again schematically how the electromagnet E can be spatially arranged with respect to the seismic mass M, the band spring F, the contact C and the support T.
  • the mass M is drawn into the air gap of the electromagnet E according to FIG. 8 because of its ferromagnetic core K as soon as a magnetic field arises between the poles of the electromagnet E by means of the test current pulse I, which pulls the ferromagnetic body K into the air gap of the electromagnet.
  • An advantage of the flat band spring F is that, in the example shown in FIG. 9, the roller-shaped mass M according to FIG. 8 is drawn into the air gap largely without tilting, because the flat, and therefore relatively wide band spring F prevents the axis of the roller-shaped mass M additionally rotated instead of moving into the air gap by parallel movement of its roller axis.
  • FIG. 9 shows particularly clearly how the air gap of the electromagnet E can be fitted in order to be able to act in accordance with the invention.
  • the position of the electromagnet in the sensor the position of the air is namely gap of this electromagnet E, based on the mass M, more important than the spatial position of the electrical windings and the magnetic core of this electromagnet E.
  • the electromagnet E can therefore fundamentally have a completely different position in the sensor, as long as its air gap is so appropriate next to the mass M is attached so that the mass M moves as intended under the influence of the test current pulse I and then triggers the sensor signal S as a rule.
  • a ferromagnetic body is understood here to mean a body which, at least under certain conditions such as under certain temperatures, has a permeability which is very much higher than the permeability of the vacuum.

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Description

Sensor zur Erfassung eines Bewegungsparameters, z. B. Crashsensor eines KFZ
Die Erfindung betrifft einen besonderen Typ von Sensoren, nämlieh auf bestimmte Weise testbare Verzögerungs- bzw. Beschleunigungssensoren, die zu Testzwecken einen Elektromagneten und einen Körper, der ferromagnetisches Mateial aufweist, enthalten. Mit dem Elektromagneten kann man die Funktionstüchtigkeit des testbaren Sensors zu beliebigen Zeiten beliebig oft, auch später, z.B. auch noch nach Jahren, testen. Das Prinzip dieses testbaren Sensortyps ist seit Jahrzehnten bekannt, wobei auch in neuester Zeit noch ein weiterer solcher testbarer Sensor bekannt wurde, vergleiche US 3 120 622, 3 295 355, 3 664 175 und 3 877 314, ferner EP-A-251 048 und die erst vor kurzem (24.11.1988) veröffentlichte DE-Cl-37 26 145.
Diese bekannten Sensoren dieses testbaren Typs unterscheiden sich untereinander vor allem durch die räumliche Dimensionierung und durch die kinetischen Prinzipien für den Elektromagneten und den Körper, für die seismische Masse und für die Betriebsweise jenes Schalters, welcher, gesteuert vom Körper bzw. von der seismische Masse, schließlich das Sensorsignal am Sensorausgang liefert.
Alle Sensoren dieses Typs lösen, ebenso wie die Erfindung, die allgemeine Aufgabe, die Zuverlässigkeit des Sensors beliebig oft überprüfen und damit Defekte des Sensors frühzeitig, im allgemeinen rechtzeitig, erkennen zu können, º selbst falls der vom Sensor im Betrieb zu erfassende
Bewegungsparameter
- z. B. die extrem hohe Verzögerung bei einem Crashfall - nie oder nur sehr selten ernsthaft auftreten sollte, º selbst falls also der Sensor
- z.B. wenn er ein Crashsensor eines KFZ ist - nie oder nur ganz sporadisch tätig sein sollte. Nicht nach diesem Prinzip testbare Sensoren, welche Verzögerungen bzw. Beschleunigungen erfassen, aber also keinen Elektromagneten und keinen Körper für beliebige spätere Teste aufweisen, gibt es in sehr großer Zahl schon seit langem, und solche Sensoren werden laufend auch heute noch am Markt angeboten.
Im Prinzip ist es fast immer möglich, diese zuletzt genannten bekannten nichttestbaren Sensoren zusätzlich nach dem Vorbild der genannten Schriften mittels eines Elektromagneten und eines Körpers so umzugestalten, daß sie einen testbaren Sensor bilden, der also nachträglich zu beliebigen Zeiten beliebig oft testbar ist. Das Problem hierbei ist jedoch, eine geschickte Auswahl unter den vielen bekannten nichttestbaren Sensoren zu treffen, und den Elektromagneten, und den Körper geschickt zu dimensionieren, verbunden mit einer geschickten Wahl für die seismische Masse, für den Schalter und besonders für das allgemeine kinetische und das elektrische Prinzip, nach welchem schließlich ein Sensorsignal gewonnen wird.
Unter anderem ist bereits ein nichttestbarer Sensor der Firma Technar auf dem Markt käuflich erwerbbar, der sich als Crashsensor für ein KFZ eignet und im wesentlichen den FIG. 5 und 6 der vorliegenden Schrift entspricht. Dieser bekannte, in einem Gehäuse mit einem Deckel D und mit einer Grundplatte G unterge- brachte Sensor enthält als das eigentliche Senscrelement vor allem zwei Komponenten, nämlich eine seismische Masse M sowie einen Schalter mit einem Kontakt C. Die seismische Masse M wird dort durch eine bewegliche Walze M gebildet, welche auf einer Halterung H durch eine Bandfeder F, die sich zu strecken ver- sucht, in ihrer Ruhelage, vgl. den Anschlag Q, gehalten wird; das eine Ende dieser Bandfeder F ist nämlich mittels einer Stütze T an der Halterung H befestigt. Die Walze M wird im Crashfalle in Richtung X in eine mehr oder weniger vorgegebene zweite, andere Lage bis zum Anschlag P geschleudert, wobei die Walze M durch dieses Schleudern den elektrischen Kontakt C betätigt, der seinerseits dann das Sensorsignal S abgibt. Außerdem sind für sich Dehnungsmeßstreifen bekannt, die einen piezoresistiven Leiter enthalten.
Außerdem ist für sich bekannt, in einem PROM beliebige Daten zu speichern, die beim Abschalten der Stromversorgung nicht gelöscht werden.
Die spezielle Aufgabe der Erfindung ist, auf besonders geschickte, einfache Weise einen aufwandsarmen, langzeitstabil besonders zuverlässigen, und trotzdem sehr kompakten, robusten Sensor zur Verfügung zu stellen, der zuverlässig nach Belieben auch später, (möglichst sogar während der ganzen Lebensdauer des vom Sensor überwachten Objekts, z.B. möglichst während der ganzen Lebensdauer des KFZ) beliebig oft auf seine Funktionstüchtigkeit, besonders auf seine Ansprechempfindlichkeit, getestet werden kann.
Hierbei sollte eine möglichst enge technische Verwandtschaft mit einem solchen bekannten nichttestbaren Sensor angestrebt werden, der für sich bereits als hoch zuverlässig bekannt ist und erprobterweise in Massenfertigung zuverlässig herstellbar ist, um eine maximale Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen testbarer, Sensors garantieren zu können.
Es zeigte sich, daß es zwei, untereinander sehr ähnliche erfindungsgemäße Lösungen gibt, je nachdem, ob man einen mechanischen Kontakt eines Stromschalters zur Erzeugung des Sensorsignals benutzen will, oder statt dessen ein Piezo-Sensorelement.
Dementsprechend geht der Patentanspruch 1, vergleiche dessen Oberbegriff, von US 3 295 355, FIG 1 aus. Die Erfindung ist jedoch kompakter, robuster, langzeitstabil zuverlässiger, auch aus besonders kleinen Bauteilen herstellbar, wobei die seismische Masse auf besonders einfache Weise in ihrer Ruhelage langzeitstabil zuverlässig stabilisiert werden kann. Dieselbe Aufgabe der Erfindung löst der Gegenstand des Patentanspruches 5, welcher, vergleiche dessen Oberbegriff, von US 3 120 622, besonders FIG 4 ausgeht. Diese Variante der Erfindung vermeidet jedoch eine zum Zerbrechen neigende Piezo-Keramik oder einen Piezo-Kristall, welche beide überdies Isolatoren statt Leiter darstellen und daher ein zu hohes Spannungs-/Stromverhältnis (hoher ausgangsseitiger Innenwiderstand) besitzen und dadurch sehr störanfällig für induktiv und kapazitiv eingestreute Störspannungen fremder Störquellen sind. Die Erfindung verwendet stattdessen ein hinsichtlich Störspannungen und mechanische Robustheit zuverlässigeres piezoresisitves Sensorelement mit niedrigem Innenwiderstand.
Alle Sensoren des testbaren Typs, besonders die beiden genannten erfindungsgemäßen Varianten, können auf besonders einfache Weise präzise hinsichtlich ihres Langzeitverhaltens beobachtet werden, wenn die im Patentanspruch 14 definierten Maßnahmen benutzt werden.
Der erfindungsgemäße Sensor wurde zunächst zwar als Crashsensor eines KFZ entwickelt. Es stellte sich jedoch heraus, daß die Erfindung auch darüber hinaus für alle sonstigen Sensoren, die mit hoher Zuverlässigkeit einen bei einem Unfall auftretenden Bewegungsparameter beliebiger Objekte erfassen sollen, Bedeutung hat.
Die Er findung ist also auch z um Testen v on KFZ-Sensoren , darüber hinaus auch zum Testen von Sensoren für li neare und drehende Bewegungen sonstiger Objekte wie Schienenfahrzeuge , Flugzeuge , Werkzeugmaschinen bzw . Roboter , Türen , Schleusen und vielen weiteren Ob jekten geeignet.
Die i n den übrigen Ansprüchen an gegebenen z usätzlichen Maßnahmen gestatten, zusätzliche Vorteile zu erreichen . Unter an derem gestatten die Maßnahmen gemäß dem Patentanspruch
2 , das Verhalten des besonders einfach au fgebauten Sensors bei extremen Beschleunigungen bzw . Verzögerungen z u simulieren , also z.B. sein Verhalten in einem Crashfalle zu simulieren, und trotzdem eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Sensors zu erreichen, solange der Sensor in Berieb ist,
3, auf besonders einfache Weise das zur Schalterbetätigung nötige elektrische Potential an den Schaltern anlegen zu können,
4, den für die Erfindung nötigen ferromagnetischen Körper in besonders einfacher Weise herstellen und im Sensor anbringen zu können, 6, 7, 8 und 9, jeweils einen besonders kompakten Aufbau des Sensors zu ermöglichen,
10, das Verhältnis von der Amplitude der Sensorsignale - auch der Test-Sensorsignale - zur jeweiligen Stärke des zu messenden Bewegungsparameters zu vergrößern und damit die Empfindlichkeit des Sensors zu verbessern,
11, den Abstand zwischen den Polen des Elektromagneten einerseits und dem ferromagnetischen Körper andererseits auch während der Ruhelage der seismischen Masse sehr klein machen zu können, 12, fortlaufend von Zeit zu Zeit einen Test des -Sensors während der gesamten Verbindung mit dem Objekt - damit im allgemeinen auch während der ganzen Lebensdauer des Objekts - zu ermöglichen, 13, auf besonders einfache Weise den Grad der Alterung des Sensors laufend messen zu können,
15, auf besonders einfache Weise das Langzeitverhalten ganz präzise beobachten zu können,
16, die Empfindlichkeit des Sensors für unterschiedliche Bewegungsarten, z.B. für unterschiedliche lineare Bewegungsrichtungen und/oder für Umdrehungen um unterschiedliche Rotationsachsen der Objekte zu testen, sowie
17, einen besonders einfachen Aufbau des Sensors zu ermöglichen, obwohl jeweils unterschiedliche Bewegungsarten simuliert werden, also der Sensor für unterschiedliche Bewegungsparameter getestet wird. Die Erfindung und deren Weiterbildungen werden anhand der in den FIGUREN schematisch gezeigten Beispiele weiter erläutert. Dabei zeigt
FIG 1 ein Beispiel eines Beschleunigungssensors/Verzögerungssensors mit Biegebalken,
FIG 2 ein Beispiel eines Beschleunigungssensors/Verzögerungssensors mit Halbleitermembran, wobei hier der Übersichtlichkeit wegen die Halterung und die Stromleitungen zum Weiterleiten des erzeugten elektrischen Sensorsignales nicht eingezeichnet sind,
FIG 3 ein Objekt, nämlich ein KFZ, in welchem der Sensor angebracht ist, FIG 4 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Sensors, der einen, durch eine walzenförmige seismische Masse betätigten, Schalter bzw. Kontakt enthält,
FIG 5 eine schräge Ansicht des geöffneten, in FIG 4 gezeigten Beispiels, jedoch unter Weglassung des erfindungsgemäß anzubringenden Elektromagneten, FIG 6 ein Detail der in den FIG 4 und 5 gezeigten Beispiele, bei welchem eine Bandfeder die walzenförmige seismische
Masse in ihrer Ruhelage hält, FIG 7 ein Beispiel für die in FIG 6 gezeigte Bandfeder im gestreckten Zustand, FIG 8 schematisch das Prinzip, nach welchem die in den FIG 4 und 6 gezeigte seismische Masse durch das Magnetfeld des
Elektromagneten aus der Ruhelage in eine andere, zwischen den Polen des Elektromagneten liegende Lage bewegt wird, sowie, FIG 9 eine schräge Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels für die Position des Elektromagneten in dem in FIG 4 und 5 gezeigtem Beispiel.
Alle FIGUREN zeigen also jeweils ein Beispiel des Sensors H/E/K/W, in FIG 1 bis 3 bzw. H/E/(K/W = M/K/C) in FIG 4 bis 9 oder Teile von diesen Beispielen. Der Sensor dient jeweils zur Erfassung eines Bewegungsparameters, also z.B. zur Erfassung der Beschleunigung, Auslenkung und/oder Verdrehung eines Objek tes 0, also z.B. eines KFZ 0, vgl. FIG 3. Es handelt sich also z.B. um einen Crashsensor zur Erfassung einer starken ruckartigen Beschleunigung und/oder Verzögerung eines KFZ 0, wobei im Crashfall Teile des Sensors, z.B. seine seismische Masse M bzw. K, z.B. in die Richtung X gemäß FIG 3 geschleudert werden - vgl. damit auch die Richtung X und die oft ebenfalls in einem solchen Crashfalle ausnutzbare Richtung X' der Bewegung einer seismischen Masse M bzw. K in FIG 1, 2, 4 bis 6 und 8, 9.
Der Sensor weist jeweils eine Halterung H auf, über die er an dem Objekt 0 befestigbar ist, vgl. die FIG 1 sowie 4 bis 6 und 9 (in den FIG 2, 7 und 8 ist die Halterung H der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet), wobei die Halterung H das eigentliche Sensαrelement W bzw. M/K/C hält, welches seinerseits bei einer entsprechenden Bewegung X bzw. X' ein elektrisches
Sensorsignal S über zumindest einen seiner Anschlüsse A abgibt, vgl. die FIG 1 sowie 4 bis 6 und 9. (In den FIG 2, 7 und 8 wurde der Übersichtlichkeit wegen das Abgreifen dieses Sensorsignales S nicht gezeigt).
Das eigentliche Sensorelement W bzw. M/K/C, welches bei einer entsprechenden Bewegung X bzw. X' ein elektrisches Sensorsignal S abgibt, kann bei der Erfindung an sich - im Rahmen des durch die Patentansprüche 1, 5 und 14 definierten Umfanges - im Prinzip beliebig aufgebaut sein, also auch weitgehend bekannte Sensoren, - wobei erfindungsgemäß aber zusätzlich zumindest ein Elektromagnet E und zumindest ein ferromagnetischer Körper K angebracht ist. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Varianten der Erfindung definiert.
In FIG 1 ist beispielhaft angenommen, daß es sich um eine piezoresistive Mäanderleitung handelt, die in Schichttechnik oder auch als kompakte Leitung oder mittels Dehnungsmeßstreifen hergestellt sein kann.
In FIG 2 - in welcher zur Verbesserung der Übersichtlichkeit die Halterung H, mit der die sonstigen Sensorbestandteile ge halten werden bzw. die die sonstigen Sensorbestandteile unmit- telbar oder mittelbar trägt, weggelassen wurde - ist beispielhaft angenommen, daß es sich um einen Siliziumrahmen Z / eine Siliziumhalterung Z mit dünner piezoresistiver Siliziummembran W handelt, wobei in der Membranmitte eine seismische Schwing- masse M - z.B. aus Silizium - zur Vergrößerung der Schwingungsamplitude der Membran W bei deren entsprechenden Bewegung, z.B. in der Richtung X bzw, X', also zur Vergrößerung der Empfindlichkeit dieses Sensors anαebracht ist.
Bei dem in den FIG 4 bis 9 gezeigten weiteren Sensorbeispiel besteht das eigentliche Sensorelement wie der Technar'sche Sensor aus einem elektrischen Schalter mit einem Kontakt C, welcher durch eine seismische Masse M bei einer entsprechenden Bewegung X - also z.B. im Crashfalle - betätigt wird und dann das Sensorsignal S abgibt.
In allen Fällen ist aber bei der Erfindung zusätzlich zumindest ein einziger Elektromagnet, vgl E in den FIG 1, 2, 4, 8, 9, und zumindest ein einziger ferromagnetischer Körper, vgl. K in den FIG 1, 2, 4 bis 6, 8, 9, so angebracht, daß dieser Körper K unter dem Einfluß eines durch den Elektromagneten E fließenoen Teststromimpulses I, vgl. bescnders FIG 1, 2, 8, 9, eine ent- sprechende Bewegung des Sensors simuliert wird bzw. eine ent- sprechende Bewegung des damit verbundenen Objektes 0 simuliert wird, wodurch ein Test-Sensorsignal S erzeugt wird, solange der Sensor in Ordnung ist, solange der Sensor also nicht defekt ist.
Das von der Halterung H gehaltene Sensorelement W bzw. M/K/C ist also erfindungsgemäß unmittelbar oder mittelbar - also z.B. mechanisch starr, oder über eine Feder und/oder über einen Hebel - mit einem ferrcmagnetischen Körper K verbunden, welcher seinerseits, je nach Bedarf, eine kompakte seismische Masse M = K, vgl. FIG 1, 4 bis 6 und 8, 9, oder auch eine ausreichend dicke magnetische Schicht K z.B. gemäß FIG 2 darstellen kann. Außerdem enthält der Sensor also zumindest einen einzigen Elektromagneten E, welcher z.B. direkt an der Halterung H mechanisch befestigt sein kann, vgl. besonders FIG 1, 2, 4, 8, 9 und welcher mit Teststromimpulsen I definierter Stärker und definieπen Verlaufs mittels einer entsprechend erzeugten Spannung U erregbar ist. Diese Teststromimpulse I erzeugen im Elektromagneten E jeweils bestimmte, nämlich hinsichtlich Stärke und zeitlichem Verlauf definierbare Magnetfelder, die so auf den ferromagnetischen Körper K wirken, daß der Teststromimpuls I eine entsprechende Bewegung des Objektes 0 simuliert, auch wenn die Halterung H oder ein daran befestigtes Objekt 0 unbewegt bleibt. Der Teststromimpuls I bewirkt nämlich, daß sich der Körper K im Magnetfeld bewegt und so eine entsprechende Bewegung und/oder Verformung des Sensorelements W bzw. M/K/C und damit die Abgabe eines Test-Sensorsignales S auslöst. Auf diese Weise gestattet die Erfindung, mittels des Teststromimpulses I definierter Stärke und definierten Verlaufs zu Testzwecken ein Sensorsignal S zu erzeugen, also eine bestimmte Bewegung des Objektes 0 zu simulieren, - sogar schon wann der Sensor H/E/K/W bzw. H/E/M/K/C selbst noch gar nicht am Objekt 0 befestigt wurde, sondern wenn dieser Sensor z.B. im Rahmen seiner Herstellung bei der Endprüfung erst noch getestet wird.
Aber auch dann, wenn der Sensor bereits am Objekt 0 befestigt ist, kann dieser Sensor zu beliebigen Zeiten, auch mehrmals nacheinander von Zeit zu Zeit, getestet werden, z.B. um zu überwachen, ob er noch immer einwandfrei mit genügender Empfindlichkeit funktioniert, indem geprüft wird, ob der Sensor das Sensorsignal S, genauer: Test-Sensorsignales S, einwandfrei abgibt oder nicht.
Der zeitliche Verlauf und die Maximalamplitude der betreffenden Bewegung des Körpers K im Magnetfeld hängt dabei nicht nur von dem zeitlichen Verlauf und von der Stärke des Teststromimpulses I und damit von dem zeitlichen Verlauf und von der Stärke der zugehörenden Spannung U an den Eingängen des Elektromagneten E ab. Der Verlauf und die Maximalamplitude der betreffenden Bewe gung des Körpers K hängt auch von sonstigen konstruktiven Maßnahmen ab, z.B. von der Form und Größe und oen magnetischen Eigenschaften des Körpers K, von der Form und von der Intensität des erzeugten Magnetfeldes und damit auch vom Aufbau des Elektromagneten E und vom Abstand des Elektromagneten E zum Körper K, aber auch von der Federkonstante federnder Teile des Sensors wie von der Federkonstante des Biegebalkens B in FIG 1, auf welchem das Sensorelement W befestigt ist oder von der Federkonstante der Halbleiter-Membran W, auf der gemäß FIG 2 die seismische Masse M und darüber der Körper K befestigt ist, oder auch von der Federkonstante in den FIG 4 bis 7 und 9 gezeigten Feder F. Darüber hinaus hängt der Verlauf und der Maximalamplitude der betreffenden Bewegung des Körpers K auch von Vorspannungen solcher Federn ab. Die Erfindung gestattet also, die Empfindlichkeit des jeweiligen Sensortyps auch durch entsprechende Dimensionierung der Federkonstante und/oder der Federvorspannung nach dem jeweiligen Bedarf einzustellen bzw. auszuwählen.
Darüber hinaus gestattet die Erfindung im Prinzip, den Aufbau des Sensors zu variieren - also z.B. einen Sensor vom Biegebalken-Prinzip gemäß FIG 1 mit der auf dem Biegebalken B befestigten Piezoleitung W, z.B. Dehnungsmeßstreifen W, oder einen Halbleiter-Bewegungssensor gemäß FIG 2 mit Piezowiderstand-Membran W als eigentliches Sensorelement W, das bei einer entsprechenden Bewegung ein elektrisches Sensorsignal S abgeben kann, zu wählen, vgl. auch das in den FIG 4 bis 9 gezeigte Sensorbeispiel mit seismischer Masse M und Kontakt C.
Ein Grundkonzept der Erfindung beruht hierbei darauf, mittels mindestens eines einzigen Elektromagneten E und mindestens eines einzigen ferromagnetischen Körpers K entsprechende Bewegungen des Sensors H/E/K/W bzw. des Objektes 0 zu simulieren, und zwar im Prinzip zu beliebigen Zeitpunktes wiederholbar, um die Empfindlichkeit und damit die Zuverlässigkeit des Sensors überprüfen und um Defekte des Sensors frühzeitig erkennen zu können, also um - im allgemeinen rechtzeitig - bei Bedarf den Sensor reparieren oder austauschen zu können.
Der Übersichtlichkeit wegen wurden in den FIG 1 und 2 sowie 4, 8, 9 jeweils nur ein einziger Elektromagnet E pro Sensor gezeigt. Es ist jedoch häufig sehr vorteilhaft, nicht nur einen einzigen Elektromagneten E am Sensor anzubringen. Stattdessen kann man mehrere , getrennt für sich d urch Te st stromimpul se I erregbare Elektromagneten E anbringen, wobei die Teststromimpulse I, je nachdem welcher der Elektromagnete E erregt wird, unterschiedliche Bewegungsarten - also z.B. unterschiedliche lineare Bewegungsrichtungen, also auch senkrecht aufeinander stehende lineare Richtungen, und/oder unterschiedliche Achsen von Torsionsbewegungen - des Sensors bzw. des Objektes 0 simulieren können. Auf diese Weise kann man die Empfindlichkeit des Sensors für die unterschiedlichen Bewegungsarten jeweils gemäß dem Bedarf einzeln für sich nacheinander, oder auch simultan gegenseitig überlagert, mittels der verschiedenen Elektromagnete E des Sensors testen.
Wenn mehrere solche Elektromagneten E pro Sensor angebracht sind, dann kann man sein Sensorelement W bzw. M/K/C mechanisch, statt mit mehreren ferromagnetischen Körpern, auch mit nur einem einzigen ferromagnetischen Körper K ausstatten bzw. verbinden, der seinerseits so angeordnet wird, daß er von den verschiedenen Elektromagneten E jeweils in unterschiedlicher Weise bewegt wird, also z.B. von dem einen Elektromagneten in X-Richtung und von dem anderen Elektromagneten senkrecht dazu, vgl. FIG 1 und 2, - falls also bei diesen beiden Beispielen zwei getrennte Elektromagnete E angebracht werden, bei denen der eine den Körper K in die X-Richtung, der andere in die andere Richtung beschleunigt. Z. B. mittels mehrerer solcher testbarer Sensoren, die an verschiedenen Stellen des Objektes 0, vgl. FIG 3, angebracht sind, sind auch Drehbewegungen des Objektes 0 meßbar und die Funktionstüchtigkeit dieser Sensoren zur Erfassung von plötzlichen Rotationen des Objektes ist dann ebenfalls testbar. Auf diese Weise simulieren die den Elektromagneten E zugeführten Teststromimpulse I unterschiedliche Bewegungsarten des Sensors bzw. des Objektes 0, weil der Körper jeweils typische Bewegungen, die nur dem betreffenden Elektromagneten E zugeordnet sind, auslöst. Auf diese Weise ist es mit besonders wenig Aufwand und mit einem besonders einfachen Aufbau des Sensors, möglich, die Empfindkeit des Sensors für die zugehörenden unter- schiedlichen Bewegungsarten zu beliebigen Zeitpunkten zu testen.
Wenn der Sensor H/E/K/W bzw H/E/M/K/C mit oem Objekt 0 verbunden ist, vgl. FIG 3, kann dieser Sensor den Körper K und den Elektromagneten E bzw. die Elektromagneten E jeweils sogar un- unterbrochen während der ganzen Dauer seiner Verbindung mit dem Objekt 0 enthalten. Auf diese Weise kann im Prinzip während der ganzen Lebensdauer des Objektes 0, zumindest fortlaufend von Zeit zu Zeit während der gesamten Verbindung dieses Sensors mit dem Objekt 0, die Empfindlichkeit des Sensors für die betref- fenden Bewegungsparameter des Objektes 0 mittels der Teststrom- impuise I getestet werden - wobei durch Anbringung eines einzigen Elektromagneten E im allgemeinen nur ein einziger Bewegungsparameter erfaßt wird, wobei durch Anbringung mehrerer Elektro- magnete E pro Sensor auch ganz unterschiedliche Bewegungspara- meter, bei Bedarf getrennt voneinander und/oder simultan über- lagert übereinander, erfaßt werden können.
Wenn sich der betreffende Sensor zur Erfassung einer abrupten linearen Bewegung in einer bestimmten Richtung, z.B. X oder X', mit bestimmter Mindest-Beschleunigung/Mindest-Verzögerung eignen soll, wenn es sich also z.B. um einen Crashsensor handelt, sollte der Teststromimpuls I eine entsprechende abrupte lineare Bewegung X oder X' des Sensors simulieren können. Es kann sich hierbei z.B. um den Test eines Crashsensors für ein KFZ 0 han- deln, vgl. FIG 3, oder z.B. um einen Sensor für ein entsprechendes anderes Objekt 0, das z.B. einen Arm eines Robotors oder eines Handhabungsgerätes darstellt, - unabhängig davon ob diese Objekte 0 mehr oder weniger automatisch gesteuert oder von Hand gesteuert werden. Ein solcher Sensor kann z.B. als Auslöser in einer Zündeinrichtung eines Airbag und/oder eines Gurtstrammers in einem KFZ 0 dienen, wobei - selbst bei ruhendem KFZ 0 - mitteils des Elektromagneten E und des Körpers K das Verhalten des Sensors bei extremen Beschleunigungen bzw. Verzögerungen simuliert werden kann, wobei also der Sensor auch bei stehendem KFZ 0 für den Crashfall getestet werden kann.
Selbstverständlich ist es bei einem erfindungsgemäßen - z.B. als KFZ-Airbag-Auslöser dienenden - Crashsensor im allgemeinen ratsam dafür zu sorgen, daß das durch den Teststromimpuls I ausgelöste Test-Sensorsignal S nicht wirklich die Zündpille des Airbag zündet und damit den Airbag aufbläst, wozu während der Dauer des Testes des Sensors die elektrische Übertragung des Test-Sensorsignals S zur Zündpille des Airbag mittels eines oder mehrerer Schalter unterbrochen werden kann.
Aus dem Vorhergehenden geht bereits hervor, daß der Teststromimpuls I von Zeit zu Zeit wiederholt werden kann und daß das mittels der Teststromimpulse I erzeugte Test-Sensorsignal S zu wiederholten Überprüfungen der Funktionstüchtigkeit des Sensors H/ E/K/W bzw. H/E/M/K/C dienen können. Durch ein solches, von Zeit zu Zeit wiederholtes Testen des Sensors wird also eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Sensors garantierbar, weil rechtzeitig Schäden am Sensor erkannt werden, wobei im Prinzip diese Zuverlässigkeit des Sensors selbst während der gesamten Lebensdauer des Sensors laufend überprüft werden kann.
Dieses wiederholte Testen wird besonders genau und aussagekräftig, wenn das Test-Sensorsignal S über einen A/D-Wandler einem dauerhaften Speicher, also einem irgendwie gearteten PROM - z.B. einem EEPROM - zugeleitet wird, wobei im PROM zumindest das bei einem einzigen, z.B. dem erstmaligen/ursprünglichen, Test abgegebene Test-Sensorsignal S entsprechend digitalisiert gespeichert wird. Um Alterungen des Sensor besser erkennen zu können, kann man im Testfall auch noch die zur Erzeugung des Test-Sensorsignals S jeweils gegebene Amplitude, und/oder die jeweils notwendige Mindestamplitude, des Teststromimpulses I zur Erregung des Elektromagneten E mehr oder weniger präzise messen und in diesem PROM mitabspeichern. Die betreffende Mindestamplitude des Teststromimpulses I zeigt z.B. an, ob sich die Federkonstan te, Federvorspannungen und/oder die Größe einer seismischen
Masse M oder gar ob sich die ferromagnetische Eigenschaf ten des Körpers K durch Alterung, Beschädigung oder Abnutzung irgendwie im Laufe der Zeit änderten. Es kann nachträglich sogar ganz besonders präzise das Langzeitverhalten des Sensors überwacht werden, z.B. bei Routineüberprüfungen in Werkstätten, wenn im PROM - statt nur das jeweils letzte Test-Sensorsignal S zu speichern - auch zumindest einzelne der bei früheren Testen abgegebenen Test-Sensorsignale S weiterhin mit abgespeichert statt gelöscht werden.
Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau des Sensors ist vor allem auch dadurch erreichbar, daß man unter den vielen möglichen nichttestbaren Sensorarten einen solchen auswählt, der von Haus aus einen einfachen, kompakten Aufbau aufweist. Es zeigte sich, daß dazu besonders Sensorelemente geeignet sind, die aus einem piezoresistiven Leiter hergestellt sind, oder die einen durch die seismische Masse gesteuerten Kontakt bzw. Schalter, z.B. gemäß der Dimensionierung in den FIGUREN 4 bis 9, enthalten.
Besonders einfach wird dabei die Messung von Beschleunigungen und/oder Verzögerungen. wenn sein Sensorelement W, vgl. FIG 1, an einem Biegelbalken B angebracht ist oder wenn dieses Sensor-element W selbst einen solchen Biegebalken B darstellt, wobei das freie Ende des Biegebalkens B unmittelbar - oder mittelbar, also z.B. über mindestens eine Feder und/oder z.B. mindestens einen Hebel - mit dem ferromagnetischen Körper K verbunden ist. Ein solcher Sensor kann besonders empfindlich gemacht werden, indem die Federkonstante für das Biegen des Biegebalkens B entsprechend gewählt wird.
Darüber hinaus kann das Sensorelement W aber auch, vgl. FIG 2, durch eine Halbleitermembran W gebildet werden, deren Wider-stand beim Ausschlagen der Membran W ein Maß für die betreffende Bewegung des Sensors bzw. des Objektes 0 ist. Die von einem solchen Halbleiter-Sensorelement W gemessene Bewegungsart stellt normalerweise eine Beschleunigung bzw. Verzögerung dar. Bei einem solchen durch eine Halbleitermembran gebildeten Sensorelement W kann der Körper K - ebenfalls unmittelbar oder mittelbar - an einer besonders schwingfähigen Stelle der Halbleitermembran W befestigt sein, also beispielhaft gemäß FIG 2 etwa in der Mitte der Membran W. Ein solches Halbleitermembran-Sensor- element W ist besonders kompakt. Um das Verhältnis der Amplitude der Sensorsignale zur jeweiligen Stärke des zu messenden Be- wegeungsparameters noch größer zu machen und um damit die Emp- findlichkeit des Sensors noch weiter zu erhöhen, kann man zur Verstärkung der Ausschläge der Membran W die seismische Masse an einer gut schwingfähigen Stelle der Membran W anbringen, vgl. die seismische Masse M in der Mitte der Membran W in FIG 2. Eine solche seismische Masse M kann z.B. ebenso an einer gut schwingfähigen Stelle des Biegebalkens B in FIG 1 angebracht werden.
Besonders kompakt wird der Aufbau eines solchen Sensors mit seismischer Masse M übrigens dann, wenn die seismische Masse M selber aus f erromagnetischem Material besteht und damit selber den ferromagnetischen Körper K darstellt, vgl. auch FIG 1. Dann kann auch ein kleinerer leichterer Elektromagnet E benutzt werden.
Die FIGUREN 4 bis 9 betreffen ein Beispiel der Erfindung, welches eine erfindungsgemäße Weiterbildung des für sich vorbekannten Sensors der Firma Technar darstellt. Auch dieses, in diesen FIGUREN gezeigte Beispiel demonstriert, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei einem bekannten Sensor angewandt werden können, dessen Sensorelement hier nämlich eine seismische Masse, enthält, die während der zu erfassenden Bewegung in eine mehr oder weniger vorgegebene andere Lage geschleudert wird und durch dieses Schleudern einen elektrischen Kontakt, vgl. C, eines elektrischen Schalters berührt oder bewegt und damit diesen Schalter betätigt, - wobei dann dieser Schalter bevorzugt ein binäres Sensorsignal S oder einen Signalimpuls S abgibt. Die FIG 4 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung mit Elektromagneten E, dessen Magnetfeld die seismische Masse M von ihrer Ruhelage, also vom Anschlag Q, in ihre andere Lage am Anschlag P bewegen soll, vgl. auch FIG 5 und 6. Während dieser Bewegung berührt die Masse M den Kontakt C und drückt diesen Kontakt in seine Stellung C'. Durch diese Berührung zwischen der Masse M und dem Kontakt C wird die Abgabe des Sensorsignales S ausgelöst.
in FIG 4 ist zusätzlich ein ohmscher Widerstand R gezeigt, der in den Stromverlauf des Sensorsignales S eingefügt ist und einen Schutzwiderstand R darstellt, der den Strom des Sensorsignales S begrenzt. Dieser Strom des Sensorsignales S fließt nämlich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über den Widerstand R, über die elektrisch leitende Stütze T und über eine elektrisch leitende Bandfeder F - vgl. dazu auch insbesondere FIG 6 - und um die seismische Masse M herum zu jener Stelle, an der die Feder F den Kontakt C berührt, sowie entlang des hier federnden Fortsatzes dieses Kontaktes C/C' zum Außenanschluß des hier zweipoligen Sensorsignalanschlusses, vgl. S. Wie hier die Bandfeder F aufgebaut und dimensioniert ist, so daß sie nicht nur die Masse M normalerweise in ihrer Ruhelage mit einer Vorspannung an den Anschlag Q drückt, sondern zusätzlich einen Bestandteil des Schalters F/C darstellt, wird später besonders anhand der FIG 7 noch näher beschrieben. - Übrigens ist in FIG 4 der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt, wie besondere Schienen im Inneren des Deckels D verhindern, daß die Masse M nach oben gegen den Deckel D geschleudert wird, so daß die Masse M nur mehr oder weniger entlang der in FIG 4 durch einen Pfeil markierten Bahn von αer Ruhelage, vgl. Q, in die andere Lage, vgl. P, bewegt wird.
Der bekannte Sensor der Firma Technar wurde also vor allem dadurch erfindungsgemäß weitergebildet, daß ein Elektromagnet E und ein von dessen Magnetfeld bewegbarer ferromagnetischer Körper K angebracht wurde, welcher unter dem Einfluß des Magnetfeldes ein Test-Sensorsignal S auslösen soll. Dazu konnte also z.B. die seismische Masse M oder ein Abschnitt davon aus ferromagnetischem Material hergestellt werden, nämlich z.B. indem koaxial ein ferromagnetischer Kern K in diesem, im übrigen aus z.B. Keramik oder Kunststoff bestehenden walzenförmigen seismischen Masse M angebracht wurde, vgl. den Kern K in den FIG 4 bis 6 sowie 8 und 9. Außerdem wurde er f indungsgemäß ein Elektromagnet E so im Sensor angebracht, vgl FIG 4, 5, 8 und 9, daß sein Magnetfeld unter dem Einfluß des Teststromimpulses I, vgl. FIG 8, 9, den ferromagnetischen Körper K zusammen mit der damit verbundenen seismischen Masse M bis zu jener Lage bewegt ocer noch über jene Lage hinausbewegt, bei welcher die seismische Masse M den Schalter F/C durch Berühren des Kontaktes C, vgl. FIG 4 bis 6, 9, betätigt.
Weil dieser Kontakt C einen Bestandteil eines elektrischen Schalters, vgl. F/ C, darstellt, erzeugt der Teststromimpuls I durch Schleudern der seismischen Masse M in Richtung X mittels des Kontaktes C das Test-Sensorsignal S. Wenn also ein Teststromimpuls I dem Elektromagten E zugeführt wird und wenn dadurch ein Test-Sensorsignal S am entsprechenden Signalausgang des Sensors abgegeben wird, ist die Zuverlässigkeit des Sensors gegeben. Falls hierbei der Teststromimpuls I hingegen kein Test- Sensorsignal S auslöst, ist damit ein Defekt des Sensors nachgewiesen, jedenfalls dann, falls der betreffende Teststromimpuls I an sich ausreichend stark war, um bei einem einwandfrei funktionierenden Sensor das Test-Sensorsignal S auszulösen.
Statt die ganze Masse M oder deren Kern K als ferromagnetischen Körper K auszubilden, kann auch ein eigener zusätzlicher ferromagnetischer Körper, zunächst getrennt von der Masse M, angebracht werden, wobei dieser Körper dann mittelbar, also z.B. wieder über eine Feder oder über einen Hebel, erfindungsgemäß auf die betreffende seismsische Masse M einwirken kann. Dann wirkt das Magnetfeld des Elektromagneten E über diesen Körper K nur noch mittelbar auf die seismische Masse M ein, um ein Test- Sensorsignal S zu erzeugen. Auf diese Weise kann ein kleines Magnetfeld, trotz der relativ kleinen räumlichen Ausdehnung dieses Magnetfeldes, auch dann noch auf eine seismische Masse M stark einwirken, wenn diese Masse M in ihrer Ruhelage weit entfernt vom kleinen Magnetfeld liegt. Die seismische Masse M kann z.B. mittels der in den FIG 4, 7 bis 9 gezeigten Bandfeder F in ihrer Ruhelage gehalten werden, so daß die betreffende, walzenförmige Masse M mit einer gewissen Federvorspannung in ihre Ruhelage gehalten wird. Von der Größe der betreffenden Federvorspannung ist jene Mindest-Verzögerung/ Mindest-Beschleunigung abhängig, bei welcher der betreffende Sensor ein Sensorsignal S abgibt - bei geringeren Verzögerungen/Beschleunigungen bleibt nämlich die betreffende Masse M weiterhin in ihrer Ruhelage und löst dann keine Sensorsignal S aus.
Die betreffende, an der seismischen Masse M befestigte Bandfeder F selbst kann ihrerseits bereits den ferromagnetischen Körper K bilden, wobei im übrigen der ganze Sensor, abgesehen vom Elektromagneten E selbst, keine weiteren ferromagnetischen Körper mehr zu enthalten braucht. Auch dann läßt sich der betreffende Sensor erfindungsgemäß beliebig oft testen, weil die Bandfeder F, welche dann alleine für sich den ferromagnetischen Körper K bildet, durch das Magnetfeld des Elektromagneten E so beeinflußt wird, daß sie sich bewegt, z.B. zusammenrollt, und damit den seismischen Körper M in seine andere Lage bewegt und damit das Test-Sensorsignal S erzeugt.
Bei dem in den FIG 4 bis 9 gezeigten Beispiel ist oer Kontakt C in einem Loch V der Bandfeder F angebracht, vgl. besonders FIG 7 mit FIG 4, 5 und 9. Man kann dann die Bandfeoer F, wenn sie elektrisch leitend ist, also z.B. aus Metali besteht, an ein elektrisches Potential legen; außerdem kann man der Bandfeder F eine solche Form geben, daß beim bestimmungsgemäßen Bewegen der seismischen Masse M, die Bandfeder F - genauer: ein auf dem elektrischen Potential liegender Abschnitt der Bandfeder F - den elektrisch leitenoen Kontakt C berührt und damit einen Strom auslöst, der das Sensorsignal S bildet und der über den Kontakt C und über Bandfeder F fließt. Dazu kann z.B. gemäß FIG 5 bis 7 die Bandfeder F auch einen Abschnitt L aufweisen, der mehr oder weniger um die walzenfδrmige seismische Masse M gewickelt ist, wobei dieser Abschnitt L der Bandfeder F noch eine besondere Erweiterung als eigene Kontakt fläche aufweisen kann, welche ihrerseits im Schleuderfalle den Kontakt C berührt - vgl. auch den Hinweis auf den Durchmesser d der seismischen Masse M in FIG 6 und den Hinweis auf den in FIG 7 gezeigten, dem Umfang der Masse entsprechenden Abrollabstand.
Ganz allgemein kann bei einem derartigen Sensor die seismische Masse, vgl. M, selbst - und/oder ein an dieser Masse befestigtes, sowohl bei der zu erfassenden Bewegung als auch im Testfalle bewegter Bestandteil, vgl. F - eine elektrisch leitende Fläche als Kontaktfläche, vgl. F, aufweisen, welche beim Betrieb des Sensors an ein elektrisches Potential gelegt wird, wobei sowohl die betreffende Kontaktfläche, vgl. F, als auch jener
Kontakt, vgl. C, jeweils Bestandteile eines Schalters sind, der durch die seismische Masse betätigbar ist und der sowohl bei der zu erfassenden Bewegung als auch im Test fall jeweils das Sensorsignal S bzw. das Test-Sensorsignal S liefert oder auslöst. Eine solche Ausnutzung einer elektrisch leitenden Kontakt fläche, die mit der seismischen Masse M bewegt wird, ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau des betreffenden Schalters, vgl. C/F.
In FIG 9 ist in schräger Sicht nochmals schematisch gezeigt, wie der Elektromagnet E gegenüber der seismischen Masse M, der Bandfeder F, dem Kontakt C und der Stütze T räumlich angeordnet sein kann. Die Masse M wird bei diesem Beispiel wegen ihres ferromagnetischen Kernes K in den Luftspalt des Elektromagneten E gemäß FIG 8 hineingezogen, sobald mittels des Teststromimpulses I zwisehen den Polen des Elektromagneten E ein Magnetfeld entsteht, das den ferromagnetischen Körper K in den Luftspalt des Elektromagneten hineinzieht. Ein Vorteil der flachen Bandfeder F ist, daß bei dem in FIG 9 gezeigten Beispiel die walzenförmige Masse M gemäß FIG 8 weitgehend ohne Verkanten in den Luftspalt hineingezogen wird, weil die flache, damit relativ breite Bandfeder F verhindert, daß sich die Achse der walzenförmigen Masse M zusätzlich verdreht, statt sich durch paralleles seitliches Bewegen seiner Walzenachse in den Luftspalt hinein zu bewegen.
im übrigen ist in FIG 9 durch Weglassen des Gehäuses D/G und durch das teilweise Weglassen der Halterung H besonders deutlich gezeigt, wie der Luftspalt des Elektromagneten E angebracht sein kann, um erfindungemäß wirken zu können. Hinsichtlich der Lage des Elektromagneten im Sensor ist nämlich die Lage des Luft spalts dieses Elektromagneten E, bezogen auf die Masse M, wichtiger als die räumliche Lage der elektrischen Windungen und des Magnetkernes dieses Elektromagneten E. Der Elektromagnet E kann daher grundsätzlich auch eine völlig andere Lage im Sensor besitzen, solange besonders sein Luftspalt zweckgemäß so neben der Masse M angebracht wird, daß die Masse M unter dem Einfluß des Teststromimpulses I bestimmungsgemäß bewegt und dann im Regelfall das Sensorsignal S auslöst.
Unter einem ferromagnetischen Körper wird hier ein Körper verstanden, der, zumindest unter bestimmten Becingungen wie unter bestimmten Temperaturen, eine Permeabilität aufweist, die sehr viel höher als die Permeabilität des Vakuums ist. Manche Autoren unterscheiden zwar zwischen ferromagnetischen und ferrimagnetisehen Körpern, indem sie hierbei auf bestimmte Bedingungen, unter denen die hohe Permeabilität auftritt und sich ändert, Bezug nehmen. In der vorliegenden Schrift sind immer nur "ferromagnetische" Körper angegeben, wobei die Erfindung aber auch jene "ferrimagnetische" Körper erfaßt, solange diese unter den üblichen Betriebsbedingungen des Sensors eine hohe Permeabilität im Vergleich zum Vakuum aufweisen. Im Sinne der vorliegenden Schrift wird also zwischen "ferromagnetischen" und "ferrimagnetischen" Körpern sprachlich nicht unterschieden, sondern stets nur der Ausdruck "ferromagnetischer" Körper für alle diese Körper verwendet, die unter den Betriebsbedingungen des Sensors jene erfindungsgemäß geforderte hohe Permeabilität aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Sensor (H, E, M, K, C in FIG 4 bis 9) zur Erfassung eines bei einem Unfall auftretenden Bewegungsparameters eines Objektes (0),
- z.B. Verzögerung, Beschleunigung, Auslenkung und/ oder Verdrehung eines Objektes (0), also z.B. ein Crashsensor (H, E, M, K, C) zur Auslösung der Zündung eines Airbag eines KFZ (0) - mit einer Halterung (H), über die (H) er am Objekt (0) befestigbar ist, und einem von der Halterung (H) gehaltenen eigentlichen Sensor- element (M/K/C), das (M/K/C) bei einer betreffenden, zu erfassenden Bewegung ein elektrisches Sensorsignal (S) abgibt, einer seismischen Masse (M), welche (M) bei der zu erfassenden Bewegung
- z.B. also in einem Crashfalle - und im Testfalle in eine mehr oder weniger vorgegebene andere Lage geschleudert wird und durch dieses Schleudern einen elektrischen Kontakt (C) des elektrischen Stromschalters mechanisch berührt oder bewegt und damit den Stromschalter (C) betätigt, einem Körper (F, K), welcher (F, K) aus ferromagnetischem Material besteht oder zumindest einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Abschnitt (K) enthält und welcher (F, K) mit der seismischen Masse (M) identisch ist oder mit der seismischen Masse (M) mechanisch unmittelbar oder mittelbar verbunden ist, _ einem einen Luftspalt aufweisenden Elektromagneten (E), welcher von der Halterung (H) gehalten wird und welcher, bei Erregung mit Teststromimpulsen (I) definierter Stärke und definierten Verlaufes, jeweils über den Luftspalt hinweg auf den Körper (F, K) anziehend wirkt, - so dimensioniertem Elektromagneten (E) und Körper (F, K), daß der Teststromimpuls (I) durch Anziehen des Körpers (K) den zu erfassenden Bewegungsparameter des - mit dem Sensor (H, E, M, K, C) verbundenen oder nicht verbundenen - Objektes (0) simuliert, auch wenn die Halterung (H), mangels äußerer mechanischer Einwirkung
- z.B. des Objektes (0) - auf den Sensor (H, E, M, K, C), unbewegt ist, indem das von dem Elektromagneten (E) unter dem Einfluß des Teststromim- pulses (I) erzeugte Magnetfeld im Luftspalt des Elektroma- gneten (E) die seismische Masse (M) bis zu jener Lage bzw. noch über jene Lage hinaus bewegt, bei welcher der das
Test-Sensorsignal (S) abgebende Stromschalter (C) betätigt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die seismische Masse (M) eine im Ruhezustand des Sensors mittels einer Bandfeder (F) in ihrer Ruhelage gehaltene
Walze (M) ist (FIG 4 bis 9), der Kör-per (K) mit der Walze (M) identisch ist und/oder ein an der Walze (M) befestigtes Teil (Bandfederteil F) ist, und die Walze (M) mittels des Teststromimpulses unmittelbar in den Luftspalt des Elektromagneten (E) ziehbar ist.
2. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Körper (K) in der Achse der Walze (M) angebracht ist (FIG. 4, 5, 6, 8).
3. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die seismische Masse (M) selbst und/oder ein daran befestigtes, bei der zu erfassenden Bewegung und im Testfalle durch die seismische Masse (M) bewegtes Element (F) eine elektrisch leitende Fläche als Kontaktfläche (F) aufweist, welche im Betrieb des Sensors an ein elektrisches Potential gelegt ist, und sowohl die betreffende Kontaktfläche (F) als auch der Kontakt (C) Bestandteile des durch die seismische Masse (M) betätigbaren Stromschalters sind.
4. Sensor (H, E, K, W) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - die Bandfeder (F) den Körper (K) oder einen von mehreren, durch den Elektromagneten (E) anziehbaren Körpern (F,K) darstellt.
5. Sensor (H, E, K, W in FIG 1 bis 3) zur Erfassung eines bei einem Unfall auftretenden Bewegungsparameters eines Objektes (0) - z.B. Verzögerung, Beschleunigung, Auslenkung und/ oder Verdrehung eines Objektes (0), also z.B. ein Crashsensor (H, E, M, K, C) zur Auslösung der Zündung eines Airbag eines KFZ (0) mit einer Halterung (H), über die (H) er am Objekt (0) befestig bar ist, einem von der Halterung (H) gehaltenen Biegeteil (B, W/K) mit eigentlichen Piezo-Sensorelement (W), das (W) seinerseits durch Verbiegen des Biegeteiles (B, W/M/K) ein elektrisches Sensorsignal (S) abgibt, einer seismischen Masse (K), welche (K) bei der zu erfassenden Bewegung - z.B. also in einem Crashfalle - und im Testfalle ein Verbiegen des Biegeteils (B, W/M/K) bewirkt und durch dieses Verbiegen das Abgeben des Sensor- signales (S) auslöst, einem Körper (K), welcher (K) aus ferromagnetischem Material besteht oder zumindest einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Abschnitt enthält und welcher (K) mit der seismischen Masse (K) identisch ist oder mit der seismischen Masse (K) unmittelbar oder mittelbar mechanisch so verbunden ist, daß beim Bewegen des Körpers (K) das Biegeteil (B, W/M/K) gebogen und dadurch das Sensorsignal (S) ausgelost wird, einem einen Luftspalt aufweisenden Elektromagneten (E) welcher von der Halterung (H) gehalten wird und welcher bei Erregung mit Teststromimpulsen (I) definierter Stärke und definierten Verlaufes, jeweils über den Luftspalt den Körper (K) so anzieht, daß der Körper (K) das Biegeteil (B, W/M/K) in der SOLL-Biegerichtung verbiegt, so dimensioniertem Elektromagneten (E) und Körper (K), daß der Teststromimpuls (I) durch Anziehen des Körpers (K) den zu erfassenden Bewegungsparameter des - mit dem Sensor (H, E, K, W) verbundenen oder nicht verbundenen - Objektes (0) simuliert, auch wenn die Halterung (H), mangels äußerer mechanischer Einwirkung
- z.B. des Objektes (0) - auf den Sensor (H, E, K, W), unbewegt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sein Sensorelement (W/K) einen piezoresistiven Leiter (W) darstellt (FIG 1 und 2).
6. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sein Piezo-Sensorelement (W) einem Dehnungsmeßstreifen (W) enthält (FIG. 1).
7. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sein Biegeteil (B) ein Biegebalken (B) ist, an dessen (B) freiem Ende der Körper (K) unmittelbar oder mittelbar befestigt ist..
8. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sein Biegebalken (B) selber piezoresistiv ist.
9. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sein Sensorelement (W/M/K) eine Halbleitermembran (W) enthält, deren Widerstand beim Ausschlagen der Membran ein Maß für den Bewegungsparameter, z.B. Beschleunigung/Verzögerung ist, und der Körper (K) unmittelbar oder mittelbar an einer schwingfähigen Stelle der Halbleitermembran (W) befestigt ist (FIG 2).
10. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Verstärkung der Ausschläge eine seismische Masse (M) an einer schwingfähigen Stelle der Membran (W) angebracht ist.
11. Sensor (H, E, K, W) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Körper (K) - oder bei Vorhandensein von mehreren Körpern (K) : zumindest einer dieser Körper (K) - mittelbar, nämlich über mindestens einen Hebel und/oder über mindestens eine Feder (F), auf die seismische Masse (M) einwirkt.
12. Sensor (H, E, K, W) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er (H, E, K, W) den Körper (K) und den Elektromagneten (E) während der ganzen Dauer seiner Verbindung mit dem Objekt (0) enthält.
13. Sensor (H, E, K, W) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Testfall die zur Erzeugung des Test-Sensorsignals (S) jeweils notwendige Mindest-Ampli tude des Teststromimpulses (I) zur Erregung des Elektromagneten (E) mehr oder weniger präzise gemessen wird.
14. Sensor (H, E, K, W in FIG 1 bis 3 bzw. H, E, M, K, C mit
W = M/K/C in FIG 4 bis 9) zur Erfassung eines Bewegungsparameters eines Objektes (0),
- z.B. Verzögerung, Beschleunigung, Auslenkung und/ oder Verdrehung eines Objektes (0), also z.B. ein Crashsensor (H, E, M, K, C) zur Auslösung der Zündung eines Airbag eines KFZ (0) mit einer Halterung (H), über die (H) er am Objekt (0) befestigbar ist, und einem von der Halterung (H) gehaltenen eigentlichen Sensor- element (W), das (W) bei einer betreffenden, zu erfassenden Bewegung ein elektrisches Sensorsignal (S) abgibt, einer seismischen Masse (K), welche bei der zu erfassenden Bewegung - z.B. also in einem Crashfalle - und im Testfalle das Abgeben des Sensorsignales (S) auslöst, einem Körper (K) , welcher aus ferromagnetischem Material besteht oder zumindest einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Abschnitt enthält und welcher mit der seismischen Masse (M) identisch ist oder mit der seismischen Masse (M) unmittelbar oder mittelbar mechanisch so verbunden ist, daß beim Bewegen des Körpers (K) das Sensorsignal (S) ausgelöst wird, einem einen Luftspalt aufweisenden Elektromagneten (E), welcher von der Halterung (H) gehalten wird und welcher, bei Erregung mit Teststromimpulsen (I) definierter Stärke und definierten Verlaufes, jeweils über den Luftspalt hinweg den Körper (K) anziehend wirkt, und so dimensioniertem Elektromagneten (E) und Körper (K) , daß der Teststromimpuls (I) durch Anziehen des Körpers (K) den zu erfassenden Bewegungsparameter des - mit dem Sensor (H, E, K, W) verbundenen oder nicht verbundenen - Objektes (0) simuliert, auch wenn die Halterung (H), mangels äußerer mechanischer Einwirkung
- z.B. des Objektes (0) - auf den Sensor (H, E, K, W), unbewegt ist, z.B. nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Teststromimpuls (I) zur wiederholten Überprüfung der
Funktionstüchtigkeit des Sensors (H, E, K, W) von Zeit zu
Zeit wiederholt wird, sein Test-Sensorsignal (S) über einen A/D-Wandler einem PROM
- z.B. einem EEPROM - zugeleitet wird, und im PROM das bei einem ursprünglichen Test abgegebene Test- Sensorsignal (S) digitalisiert gespeichert wird.
15. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im PROM auch zumindest einzelne der bei späteren Testungen abgegebenen Test-Sensorsignale (S) gespeichert werden.
16. Sensor (H, E, K, W) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß seine Halterung (H) mehrere, getrennt erregbare Elektromagnete (E) hält, von denen jeder (E) mittels getrennt einspeisbarer Teststromimpulse (I) jeweils eine unterschiedliche Bewegungsart
- z.B. Bewegungen um unterschiedliche Rotationsachsen und/oder in unterschiedliche lineare Richtungen - simuliert.
17. Sensor (H, E, K, W) nach Patentanspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - sein Sensorelement (W/K) nur einem einzigen Körper (K) enthält, der Körper (K) von den verschiedenen Elektromagneten (E) in unterschiedliche Richtungen angezogen werden kann, und der Körper (K) unter dem Einfluß eines der verschiedenen Elektromagnete (E) jeweils unterschiedliche Bewegungen des Sensors (H, E, K, W) bzw. des Objektes (0) simuliert.
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