EP0654773B1 - Signalerfassungsvorrichtung - Google Patents

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Publication number
EP0654773B1
EP0654773B1 EP94116768A EP94116768A EP0654773B1 EP 0654773 B1 EP0654773 B1 EP 0654773B1 EP 94116768 A EP94116768 A EP 94116768A EP 94116768 A EP94116768 A EP 94116768A EP 0654773 B1 EP0654773 B1 EP 0654773B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connecting line
current
signal
acquisition device
circuit
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94116768A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0654773A1 (de
Inventor
Robert Dipl.-Ing. Kern
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0654773A1 publication Critical patent/EP0654773A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0654773B1 publication Critical patent/EP0654773B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/16—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses

Definitions

  • EP-A 0 084 378 is a Device for cooling the internal combustion engine is known, the one Fan motor depending on a temperature that controls at least one temperature sensor is detected.
  • Temperature sensors are used, for example, PTC resistors, which are subjected to a comparatively high quiescent current, around a high ratio between useful signal and interference signal receive.
  • a similar signal detection device is known from FR-A-2 377 611, which discloses the preamble of claim 1. Furthermore, it is from the JP-A-3 007 092 discloses that an evaluation circuit via an output stage circuit controls an electric motor by means of a pulse width modulated signal.
  • the invention has for its object a Signal detection device with an evaluation circuit and a sensor arrangement set apart from the evaluation circuit indicate the low sensitivity to interference has, which on the evaluation circuit and the sensor arrangement connecting line through which both the energy supply the sensor arrangement as well as the signal transmission for Evaluation circuit is made.
  • the task is characterized by the features specified in the main claim solved.
  • the signal detection device sees one in the Sensor arrangement contained signal conversion, which one of one Sensor provided analog signal with a digital signal variable duty cycle and / or variable frequency.
  • a current sink contained in the sensor arrangement with this digital signal is activated, switches the in the Connection line flowing electricity with digital values according to the digital signal on and off.
  • the transistor of the output stage circuit determines what the transistor switches the motor current on and off. With this measure is one Signal transmission of the measured variable detected by the sensor Evaluation circuit with high interference signal suppression possible.
  • those in the connecting line occurring digital current values with the simplest means to be processed further.
  • the Evaluation circuit no further signal conversion required.
  • the digital current values transmitted via the connecting line in the evaluation circuit directly in control pulses for a Power amplifier can be used.
  • connection line on one arranged in the evaluation circuit Resistor is connected to a current corresponding Voltage drop occurs, for example from a Operational amplifiers can be processed further.
  • An advantageous other embodiment provides that in the Evaluation circuit a current mirror circuit is provided which a current corresponding to the current flowing in the connecting line Provides voltage with high accuracy.
  • the signal detection device is in particular suitable for use in a motor vehicle in which the Connection line between the sensor arrangement and the Evaluation circuit can be exposed to significant interference signals.
  • a preferred use is for a fan made by is driven by an electric motor.
  • the one as a temperature sensor trained sensor detects an operating temperature at a predetermined location, which is spatially separated from the Evaluation circuit.
  • the insensitive to interference signals Signal transmission to the evaluation circuit enables not only one Two-point circuit, in which the fan driving Electric motor is completely switched on and off for a long time, also a clocked operation, in which the electric motor with the pulse width modulated signal to a predetermined average power can be adjusted.
  • the clocked operation requires in the Evaluation circuit no further measures.
  • Figure 1 shows a circuit diagram of an inventive Signal detection device and Figure 2 shows a preferred one Use with a blower.
  • a sensor 10 outputs an analog signal 11 to a first input 12 of a first operational amplifier 13.
  • a second entrance 14 of the first operational amplifier 13 receives one from one Triangular voltage generator 15 provided triangular voltage signal 16 fed.
  • the first operational amplifier 13 and the Delta voltage generator 15 are in a signal conversion 17 included, which outputs a digital signal 18 to a current sink 19.
  • the digital signal 18 actuates one in the current sink 19 contained switching transistor 20, which is connected via a limiter diode 21 a connection from a connecting line 22 to a ground 23 can switch.
  • the connecting line 22 lies between a sensor arrangement 24 and an evaluation circuit 25.
  • the sensor arrangement 24 contains the Sensor 10, the signal conversion 17, the current sink 19 and one Power supply circuit 26.
  • the evaluation circuit 25 contains a second operational amplifier 27, which controls an output stage circuit 28.
  • a first entrance 29 of the second operational amplifier 27 is connected to the connecting line 22 connected and a second input 30 of the second Operational amplifier 27 is located on a center tap 31 Voltage divider comprising a first and second resistor 32, 33 contains.
  • the first resistor 32 is with a first Power supply line 34 connected to a first terminal 35 of an energy source 36 leads.
  • the second resistor 33 is with a second power supply line 37 connected to one second connection 38 of the energy source 36 leads.
  • the second connection 38 of the energy source 36 is connected to ground 23.
  • To the first Power supply line 34 is also an electric motor 40 switched, which can be actuated by the output stage circuit 28.
  • FIG 2 shows an embodiment of a preferred use the one containing the sensor arrangement 24 and the evaluation circuit 25 Signal detection device in a cooling fan.
  • the Sensor arrangement 24 is in thermal contact with a cooler 41, its temperature with the sensor designed as a temperature sensor 10 is to be recorded.
  • the evaluation circuit 25 is in a housing 42 arranged, which corresponds to a housing of the electric motor 40. Of the Electric motor 40 drives a fan 43 that one Air flow generated for the cooler 41.
  • To the housing 42 lead two power supply lines 34, 37 and the connecting line 22 while the sensor arrangement 24 is connected to the connecting line 22 and connected to ground 23.
  • the signal detection device works as follows:
  • the sensor 10 outputs the analog signal 11 as a measure of the measured variable.
  • the sensor 10 is, for example, a temperature sensor which is thermally conductively connected to a housing (not shown in more detail) which accommodates the sensor arrangement 24. With this measure, it is possible to thermally contact the entire sensor arrangement 24 with a part, for example the cooler 41 shown in FIG. 2, instead of the sensor 10.
  • the analog signal 11 is converted into the digital one in the signal conversion 17 Signal 18 transformed.
  • the signal conversion 17 contains the as Comparator acting first operational amplifier 13 that the its first input 12 lying analog signal 11 with the delta voltage signal 16 located at its second input 14 compares that the delta voltage generator 15 provides.
  • the analog signal 11 can be used as a reference voltage for the Triangle voltage signal 16 can be viewed. That from the first Operational amplifier 13 thus outputs a digital signal depending on the level of the analog signal 11 duty cycle, where the fundamental frequency coincides with the fundamental frequency of the Triangular voltage generator 15 generates triangular voltage signal 16.
  • the analog signal 11 a voltage-dependent Generator (VCO) controls.
  • VCO gives the digital signal 18 immediately, the frequency being a measure of the amount of analog signal 11 is.
  • the digital signal 18 opens and closes the one in the current sink 19 contained switching transistor 20.
  • the closed switching transistor 20 connects the mass 23 via the limiter diode 21 with the Connection line 22.
  • the connecting line 22 has the special feature that at the same time the energy required for the sensor arrangement 24 and the measured value signal detected by sensor 10 are transmitted.
  • the Power supply to the sensor arrangement 24 is ensured as long as the potential occurring in the connecting line 22 is higher than the minimum required by the power supply circuit 26 Potential.
  • the power supply circuit 26 is, for example a voltage stabilization circuit that the Delta voltage generator 15 and the first operational amplifier 13 or with a voltage controlled oscillator (VCO), not shown supplied with a constant voltage.
  • the power supply circuit 26 generates from an input voltage that is higher than, for example Is 6 V, an output voltage of 5 V.
  • the potential on the In this case, connecting line 22 must not be below a potential decrease from 6 V.
  • the one required by the power supply circuit 26 Current which is used to supply energy to the sensor arrangement 24 corresponds to the required operating current, is theoretically predictable or can be determined experimentally.
  • the one from the switched Current sink 19 also caused current to flow corresponding to the digital signal 18 also digitally between two changes discrete values, can in the evaluation circuit 25 simple means can be detected.
  • Both for the Power supply of the sensor arrangement 24 required operating current as also the current caused by the switched current sink 19 flow through the evaluation resistor 39, which is in the evaluation circuit 25 is arranged.
  • the operating current of the sensor arrangement 24 caused voltage drop at the evaluation resistor 39 is known and will not be considered further. Used for the evaluation only the current caused by the current sink 19, the digital voltage changes at the evaluation stand 39 leads.
  • the evaluation resistor 39 is a part a voltage divider, the second part of the internal resistance of the Sensor arrangement 24 is.
  • the contained in the current sink 19 Limiter diode 21 has the task that in the connecting line 22nd Potential occurring when switching transistor 20 is switched on to limit a value at which the energy supply of the Sensor arrangement 24 is still guaranteed.
  • the potential in the connecting line 22 do not drop below 6 V.
  • current sink 19 is particularly easy to implement Current source circuit can be provided, the current over the Connecting line 22 pulls, which is independent of the potential.
  • the Current mirror circuit can be provided, which is another Independence from potential relationships enabled.
  • the Current mirror circuit is for example in the specialist book U. TIETZE and CH. SCHENK, "Semiconductor Circuitry", 5th edition, Springer-Verlag, 1980, pages 55 and 56 explained in more detail, so that a detailed circuit description is not required here.
  • the Current mirror circuit gives an easily manageable analog voltage starting to be proportional to that through the current mirror circuit flowing current is.
  • the exemplary embodiment that can be realized is the evaluation resistor 39 Voltage drop occurring from the second operational amplifier 27 compared to the potential at the center tap 31 that the Provides voltage divider from the two resistors 32, 33.
  • the potential at the center tap 31 is to be determined such that only that caused by the switched current sink 19 Voltage drop a switching of the second acting as a comparator Operational amplifier 27 allows.
  • the second operational amplifier 27 provides a signal that corresponds to the digital signal 18 corresponds. In particular, a variable duty cycle and / or reconstruct a variable frequency.
  • the second Operational amplifier 27 can be used directly to control the Power amplifier circuit 28 may be provided, which is shown in the 1 is implemented as a MOSFET.
  • the Power stage circuit 28 switches the in the embodiment shown Electric motor 40.
  • a major advantage of the invention Signal detection device is such that the sensor arrangement 24 occurring digital signal 18 as a pulse width modulated signal can be viewed without further changes as Pulse width modulated control signal for the electric motor 40 is usable.
  • the pulse width modulated signal is a clocked operation of the electric motor 40 possible, the variable Power output in a large area in connection with a enables high efficiency.
  • the energy for operating the electric motor 40 provides the Energy source 36 ready, for example one in one Motor vehicle is built-in battery.
  • the embodiment shown in Figure 2 using the signal detection device according to the invention is on a Motor vehicle parked, in which the electric motor 40, for example the fan 43 drives an air flow for cooling the Cooler 41 generated.
  • the cooler 41 can be one of one, for example Coolant flow through cooler to operate a Internal combustion engine is provided.
  • the sensor arrangement 24 is shown in FIG thermal contact to the cooler 41 mounted.
  • the sensor 10 is preferably thermally coupled to a housing that covers the entire Sensor arrangement 24 houses. With this measure, a compact active sensor arrangement 24 created the only two Connecting cables is like a conventional sensor.
  • the Evaluation circuit 25 arranged in the housing 42 the housing of the electric motor 40 corresponds.
  • a first advantage is the compact one Design, the housing 42 with only three lines contact is.
  • Another major advantage is that Reduction of any electromagnetic generated Radiation, which in the output stage circuit 28 and in particular in the Connection lines to the electric motor 40 can occur.
  • the housing 42 therefore not only takes over the shielding of the electric motor 40, but also that of the power amplifier circuit 28 and other components.

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Signalerfassungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der EP-A 0 084 378 ist eine Vorrichtung zum Kühlen der Brennkraftmaschine bekannt, die einen Lüftermotor in Abhängigkeit von einer Temperatur steuert, die von wenigstens einem Temperatursensor erfaßt wird. Als Temperatursensoren werden beispielsweise PTC-Widerstände eingesetzt, die mit einem vergleichsweise hohen Ruhestrom beaufschlagt werden, um ein hohes Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignal zu erhalten.
Aus der Firmenpublikation von MAXIM, "Engineering Journal", Ausgabe 8, 1993, Seite 8 ist eine Signalerfassungsvorrichtung mit einer Auswerteschaltung und mit einer von der Auswerteschaltung abgesetzten Sensoranordnung bekannt, wobei sowohl die Stromversorgung als auch die Signalübertragung über eine Verbindungsleitung vorgenommen werden, die zwischen der Auswerteschaltung und der Sensoranordnung liegt. Das von einem Sensor abgegebene analoge Signal steuert eine Stromsenke, die einen dem analogen Signal entsprechenden Strom gegen Betriebsmasse fließen läßt, der über die Verbindungsleitung bereitgestellt wird. Der in die Sensoranordnung fließende Strom führt an einem in der Auswerteschaltung angeordneten Meßwiderstand zu einem Spannungsabfall, der von einem Differenzverstärker weiterverarbeitet wird. Dem von der Stromsenke vorgegebenen Strom ist der für die Energieversorgung der Sensoranordnung erforderliche Betriebsstrom überlagert. In der bekannten Signalerfassungsvorrichtung ist der erforderliche Betriebsstrom der Sensoranordnung sehr gering im Vergleich zu dem von der Stromsenke vorgegebenen Strom, so daß eine Berücksichtigung dieses Anteils in der Auswerteschaltung nicht vorgesehen ist.
Eine ähnliche Signalerfassungsvorrichtung ist aus der FR-A-2 377 611 bekannt, die den Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart. Weiterhin ist es aus der JP-A-3 007 092 bekannt, daß eine Auswerteschaltung über eine Endstufenschaltung mittels eines pulsweitenmoduliertensignals einen Elektromotor steuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalerfassungsvorrichtung mit einer Auswerteschaltung und mit einer von der Auswerteschaltung abgesetzten Sensoranordnung anzugeben, die eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Störungen aufweist, die auf eine die Auswerteschaltung und die Sensoranordnung verbindende Leitung einwirken, über die sowohl die Energieversorgung der Sensoranordnung als auch die Signalübertragung zur Auswerteschaltung vorgenommen wird.
Die Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Signalerfassungsvorrichtung sieht eine in der Sensoranordnung enthaltene Signalumformung vor, die ein von einem Sensor bereitgestelltes analoges Signal in ein digitales Signal mit variablem Tastverhältnis und/oder variabler Frequenz umsetzt. Eine in der Sensoranordnung enthaltene Stromsenke, die mit diesem digitalen Signal angesteuert wird, schaltet den in der Verbindungsleitung fließenden Strom mit digitalen Werten entsprechend dem digitalen Signal ein und aus. Weiterhin steuert die Auswerteschaltung über eine Endstufenschaltung einen Elektromotor, wobei der in der Verbindungsleitung Fließende Strom das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit eines Transistors der Endstufenschaltung bestimmt, wodurch der Transistor den Motorstrom ein- und ausschaltet. Mit dieser Maßnahme ist eine Signalübertragung der vom Sensor erfaßten Meßgröße zur Auswerteschaltung mit einer hohen Störsignalunterdrückung möglich. In der Auswerteschaltung können die in der Verbindungsleitung auftretenden digitalen Stromwerte mit einfachsten Mitteln weiterverarbeitet werden.
In dieser Ausgestaltung ist in der Auswerteschaltung keine weitere Signalumformung erforderlich. Die über die Verbindungsleitung übertragenen digitalen Stromwerte können in der Auswerteschaltung unmittelbar in Ansteuerimpulse für eine Endstufe herangezogen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Signalerfassungsvorrichtung ergeben sich aus Unteransprüchen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Verbindungsleitung an einem in der Auswerteschaltung angeordneten Widerstand angeschlossen ist, an dem ein dem Strom entsprechender Spannungsabfall auftritt, der beispielsweise von einem Operationsverstärker weiterverarbeitet werden kann.
Eine vorteilhafte andere Ausgestaltung sieht vor, daß in der Auswerteschaltung eine Stromspiegelschaltung vorgesehen ist, die eine dem in der Verbindungsleitung fließenden Strom entsprechende Spannung mit hoher Genauigkeit zur Verfügung stellt.
Die erfindungsgemäße Signalerfassungsvorrichtung ist insbesondere geeignet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, bei dem die Verbindungsleitung zwischen der Sensoranordnung und der Auswerteschaltung erheblichen Störsignalen ausgesetzt sein kann. Eine bevorzugte Verwendung ist bei einem Gebläse gegeben, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Der als Temperaturfühler ausgebildete Sensor erfaßt eine Betriebstemperatur an einer vorgegebenen Stelle, die räumlich getrennt ist von der Auswerteschaltung. Die gegenüber Störsignalen unempfindliche Signalübertragung zur Auswerteschaltung ermöglicht neben einer Zweipunkt-Schaltung, bei dem der den Ventilator antreibende Elektromotor für längere Zeit vollständig ein- und abgeschaltet ist, auch einen getakteten Betrieb, bei dem der Elektromotor mit dem pulsweitenmodulierten Signal auf eine vorgegebene mittlere Leistung eingestellt werden kann. Der getaktete Betrieb erfordert in der Auswerteschaltung keine weiteren Maßnahmen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.
Zeichnung
Figur 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Signalerfassungsvorrichtung und Figur 2 zeigt eine bevorzugte Verwendung bei einem Gebläse.
Ein Sensor 10 gibt ein analoges Signal 11 an einen ersten Eingang 12 eines ersten Operationsverstärkers 13 ab. Ein zweiter Eingang 14 des ersten Operationsverstärkers 13 erhält ein von einem Dreieckspannungsgenerator 15 bereitgestelltes Dreieckspannungssignal 16 zugeführt. Der erste Operationsverstärker 13 und der Dreieckspannungsgenerator 15 sind in einer Signalumformung 17 enthalten, die ein digitales Signal 18 an eine Stromsenke 19 abgibt.
Das digitale Signal 18 betätigt einen in der Stromsenke 19 enthaltenen Schalttransistor 20, der über eine Begrenzerdiode 21 eine Verbindung von einer Verbindungsleitung 22 zu einer Masse 23 schalten kann.
Die Verbindungsleitung 22 liegt zwischen einer Sensoranordnung 24 und einer Auswerteschaltung 25. Die Sensoranordnung 24 enthält den Sensor 10, die Signalumformung 17, die Stromsenke 19 sowie eine Energieversorgungsschaltung 26.
Die Auswerteschaltung 25 enthält einen zweiten Operationsverstärker 27, der eine Endstufenschaltung 28 steuert. Ein erster Eingang 29 des zweiten Operationsverstärkers 27 ist mit der Verbindungsleitung 22 verbunden und ein zweiter Eingang 30 des zweiten Operationsverstärkers 27 liegt an einem Mittenabgriff 31 eines Spannungsteilers, der einen ersten und zweiten Widerstand 32, 33 enthält. Der erste Widerstand 32 ist mit einer ersten Stromversorgungsleitung 34 verbunden, die zu einem ersten Anschluß 35 einer Energiequelle 36 führt. Der zweite Widerstand 33 ist mit einer zweiten Stromversorgungsleitung 37 verbunden, die zu einem zweiten Anschluß 38 der Energiequelle 36 führt. Der zweite Anschluß 38 der Energiequelle 36 ist mit Masse 23 verbunden. Zwischen der ersten Stromversorgungsleitung 34 und der Verbindungsleitung 22 liegt ein Auswertewiderstand 39. An die erste Stromversorgungsleitung 34 ist weiterhin ein Elektromotor 40 geschaltet, der von der Endstufenschaltung 28 betätigbar ist.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Verwendung der die Sensoranordnung 24 und die Auswerteschaltung 25 enthaltenden Signalerfassungsvorrichtung in einem Kühlgebläse. Diejenigen in Figur 2 gezeigten Teile, die mit den in Figur 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen jeweils dieselben Bezugszeichen. Die Sensoranordnung 24 ist in thermischem Kontakt mit einem Kühler 41, dessen Temperatur mit dem als Temperaturfühler ausgebildeten Sensor 10 zu erfassen ist. Die Auswerteschaltung 25 ist in einem Gehäuse 42 angeordnet, das einem Gehäuse des Elektromotors 40 entspricht. Der Elektromotor 40 treibt einen Ventilator 43 an, der einen Luftdurchsatz für den Kühler 41 erzeugt. Zum Gehäuse 42 führen die beiden Stromversorgungsleitungen 34, 37 sowie die Verbindungsleitung 22, während die Sensoranordnung 24 an die Verbindungsleitung 22 sowie an Masse 23 angeschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Signalerfassungsvorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Der Sensor 10 gibt das analoge Signal 11 als Maß für die erfaßte Meßgröße aus. Der Sensor 10 ist beispielsweise ein Temperaturfühler, der mit einem nicht näher gezeigten Gehäuse, das die Sensoranordnung 24 aufnimmt, thermisch leitend verbunden ist. Mit dieser Maßnahme ist es möglich, anstelle des Sensors 10 die gesamte Sensoranordnung 24 montagegünstig mit einem Teil, beispielsweise dem in Figur 2 gezeigten Kühler 41, thermisch zu kontaktieren.
Das analoge Signal 11 wird in der Signalumformung 17 in das digitale Signal 18 umgeformt. Die Signalumformung 17 enthält den als Komparator wirkenden ersten Operationsverstärker 13, der das an seinem ersten Eingang 12 liegende analoge Signal 11 mit dem an seinem zweiten Eingang 14 liegenden Dreieckspannungssignal 16 vergleicht, das der Dreieckspannungsgenerator 15 bereitstellt. Das analoge Signal 11 kann als Vergleichsspannung für das Dreieckspannungssignal 16 angesehen werden. Das vom ersten Operationsverstärker 13 abgegebene digitale Signal weist demnach ein von der Höhe des analogen Signals 11 abhängiges Tastverhältnis auf, wobei die Grundfrequenz übereinstimmt mit der Grundfrequenz des vom Dreieckspannungsgenerator 15 erzeugten Dreieckspannungssignals 16.
In einer anderen Ausgestaltung der Signalumformung 17 kann vorgesehen sein, daß das analoge Signal 11 einen spannungsabhängigen Generator (VCO) steuert. Der VCO gibt das digitale Signal 18 unmittelbar aus, wobei die Frequenz ein Maß für die Höhe des anlaogen Signals 11 ist. Neben der beschriebenen Variation des Tastverhältnisses bei konstanter Grundfrequenz und der beschriebenen Frequenzvariation mit fest vorgegebenen Tastverhältnis sind selbstverständlich Kombinationen aus beiden Verfahren möglich.
Das digitale Signal 18 öffnet und schließt den in der Stromsenke 19 enthaltenen Schalttransistor 20. Der geschlossene Schalttransistor 20 verbindet die Masse 23 über die Begrenzerdiode 21 mit der Verbindungsleitung 22.
Die Verbindungsleitung 22 weist die Besonderheit auf, daß gleichzeitig die für die Sensoranordnung 24 benötigte Energie und das vom Sensor 10 erfaßte Meßwertsignal übertragen werden. Die Energieversorgung der Sensoranordnung 24 ist sichergestellt, solange das in der Verbindungsleitung 22 auftretende Potential höher ist als das von der Energieversorgungsschaltung 26 benötigte minimale Potential. Die Energieversorgungsschaltung 26 ist beispielsweise eine Spannungsstabilisierschaltung, die den Dreieckspannungsgenerator 15 und den ersten Operationsverstärker 13 oder einen nicht gezeigten spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) mit einer konstanten Spannung versorgt. Die Energieversorgungsschaltung 26 erzeugt aus einer Eingangsspannung, die höher als beispielsweise 6 V ist, eine Ausgangsspannung von 5 V. Das Potential auf der Verbindungsleitung 22 darf in diesem Fall nicht unter ein Potential von 6 V sinken. Der von der Energieversorgungsschaltung 26 benötigte Strom, der dem zur Energieversorgung der Sensoranordnung 24 benötigten Betriebsstrom entspricht, ist theoretisch berechenbar oder kann experimentell bestimmt werden. Der von der geschalteten Stromsenke 19 zusätzlich verursachte Stromfluß, der sich entsprechend dem digitalen Signal 18 ebenfalls digital zwischen zwei diskreten Werten ändert, kann in der Auswerteschaltung 25 mit einfachen Mitteln detektiert werden. Sowohl der für die Energieversorgung der Sensoranordnung 24 benötigte Betriebsstrom als auch der von der geschalteten Stromsenke 19 verursachte Strom fließen über den Auswertewiderstand 39, der in der Auswerteschaltung 25 angeordnet ist. Der vom Betriebsstrom der Sensoranordnung 24 verursachte Spannungsabfall am Auswertewiderstand 39 ist bekannt und wird nicht weiter berücksichtigt. Für die Auswertung herangezogen wird lediglich der von der Stromsenke 19 verursachte Strom, der zu digitalen Spannungsänderungen am Auswertestand 39 führt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Auswertewiderstand 39 ein Teil eines Spannungsteilers, dessen zweiter Teil der Innenwiderstand der Sensoranordnung 24 ist. Die in der Stromsenke 19 enthaltene Begrenzerdiode 21 hat die Aufgabe, das in der Verbindungsleitung 22 auftretende Potential bei durchgeschaltetem Schalttransistor 20 auf einen Wert zu begrenzen, bei dem die Energieversorgung der Sensoranordnung 24 noch gewährleistet ist. Im zuvor genannten Zahlenbeispiel dürfte das Potential in der Verbindungsleitung 22 nicht unter 6 V sinken.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann anstelle der gezeigten, besonders einfach zu realisierenden Stromsenke 19 eine Stromquellenschaltung vorgesehen sein, die einen Strom über die Verbindungsleitung 22 zieht, der unabhängig vom Potential ist.
Weiterhin kann anstelle des Auswertewiderstands 39 eine Stromspiegelschaltung vorgesehen sein, die eine weitere Unabhängigkeit von den Potentialverhältnissen ermöglicht. Die Stromspiegelschaltung ist beispielsweise in dem Fachbuch U. TIETZE und CH. SCHENK, "Halbleiterschaltungstechnik", 5. Auflage, Springer-Verlag, 1980, Seiten 55 und 56 näher erläutert, so daß eine detailierte Schaltungsbeschreibung hier nicht erforderlich ist. Die Stromspiegelschaltung gibt eine leicht handhabbare analoge Spannung ab, die proportional zu dem durch die Stromspiegelschaltung fließenden Strom ist.
Bei dem in Figur 1 gezeigten, besonders einfach schaltungstechnisch realisierbaren Ausführungsbeispiel wird der am Auswertewiderstand 39 auftretende Spannungsabfall vom zweiten Operationsverstärker 27 verglichen mit dem am Mittenabgriff 31 liegenden Potential, das der Spannungsteiler aus den beiden Widerständen 32, 33 bereitstellt. Das am Mittenabgriff 31 liegende Potential ist derart festzulegen, daß nur der von der geschalteten Stromsenke 19 verursachte Spannungsabfall ein Schalten des als Komparator wirkenden zweiten Operationsverstärkers 27 ermöglicht. Der zweite Operationsverstärker 27 stellt ein Signal zur Verfügung, das dem digitalen Signal 18 entspricht. Insbesondere werden ein variables Tastverhältnis und/oder eine variable Frequenz rekonstruiert. Der zweite Operationsverstärker 27 kann unmittelbar zum Steuern der Endstufenschaltung 28 vorgesehen sein, die im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 als MOSFET realisiert ist. Die Endstufenschaltung 28 schaltet im gezeigten Ausführungsbeispiel den Elektromotor 40.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Signalerfassungsvorrichtung gemäß dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es, daß das in der Sensoranordnung 24 auftretende digitale Signal 18 als pulsweitenmoduliertes Signal betrachtet werden kann, das ohne weitere Änderungen als pulsweitenmoduliertes Steuersignal für den Elektromotor 40 verwendbar ist. Mit dem pulsweitenmodulierten Signal ist ein getakteter Betrieb des Elektromotors 40 möglich, der eine variable Leistungsabgabe in einem großen Bereich in Verbindung mit einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht.
Die Energie zum Betreiben des Elektromotors 40 stellt die Energiequelle 36 bereit, die beispielsweise eine in einem Kraftfahrzeug eingebaute Batterie ist.
Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verwendung der erfindungsgemäßen Signalerfassungsvorrichtung ist auf ein Kraftfahrzeug abgestellt, bei dem der Elektromotor 40 beispielsweise den Ventilator 43 antreibt, der einen Luftstrom zum Kühlen des Kühlers 41 erzeugt. Der Kühler 41 kann beispielsweise ein von einem Kühlmittelstrom durchflossener Kühler sein, der zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Sensoranordnung 24 ist in thermischem Kontakt zum Kühler 41 montiert. Der Sensor 10 ist vorzugsweise mit einem Gehäuse thermisch gekoppelt, das die gesamte Sensoranordnung 24 beherbergt. Mit dieser Maßnahme wird eine kompakte aktive Sensoranordnung 24 geschaffen die an lediglich zwei Leitungen anzuschließen ist wie ein herkömmlicher Sensor. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die Auswerteschaltung 25 in dem Gehäuse 42 angeordnet, das dem Gehäuse des Elektromotors 40 entspricht. Ein erster Vorteil ist die kompakte Bauform, wobei das Gehäuse 42 mit lediglich drei Leitungen zu kontaktieren ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Reduzierung von gegebenenfalls erzeugter elektromagnetischer Strahlung, die in der Endstufenschaltung 28 und insbesondere in den Verbindungsleitungen zum Elektromotor 40 auftreten kann. Das Gehäuse 42 übernimmt daher nicht nur die Abschirmung des Elektromotors 40, sondern auch die der Endstufenschaltung 28 und weiterer Komponenten.

Claims (9)

  1. Signalerfassungsvorrichtung mit einer Auswerteschaltung (25) und mit einer von der Auswerteschaltung (25) abgesetzten Sensoranordnung (24), die wenigstens einen Sensor (10) enthält, mit einer die Auswerteschaltung (25) und die Sensoranordnung (24) verbindenden Leitung (22), die zur Energieversorgung der Sensoranordnung (23) sowie zur Signalübertragung vorgesehen ist, mit einer an die Verbindungsleitung (22) angeschlossenen Stromsenke (19), wobei die Sensoranordnung (24) eine Signalumformung (17) enthält, die ein vom Sensor (10) bereitgestelltes analoges Signal (11) in ein digitales Signal (18) mit variablem Tastverhältnis und/oder variabler Frequenz umsetzt, das der Stromsenke (19) zugeführt ist, die den in der Verbindungsleitung (25) fließenden Strom entsprechend dem digitalen Signal (18) ein- und ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) über eine Endstufenschaltung (28) einen Elektromotor (40) steuert und daß der in der Verbindungsleitung (22) Fließende Strom das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit eines Transistors der Endstufenschaltung (28) bestimmt, wodurch der Transistor den Motorstrom ein- und ausschaltet.
  2. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (10) ein Temperaturfühler vorgesehen ist.
  3. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (22) an einem in der Auswerteschaltung (25) angeordneten Auswertewiderstand (39) angeschlossen ist, an dem ein dem in der Verbindungsleitung (22) fließenden Strom entsprechender Spannungsabfall auftritt.
  4. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (22) mit einer in der Auswerteschaltung (25) angeordneten Stromspiegelschaltung verbunden ist, die eine Spannung abgibt, die dem in der Verbindungsleitung (22) fließenden Strom entspricht.
  5. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Sensoranordnung (24) angeordnete Stromsenke (19) als Stromquellenschaltung ausgebildet ist, die einen eingeprägten Strom unabhängig von dem in der Verbindungsleitung (22) auftretenden Potential fließen läßt.
  6. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß die Stromsenke (19) eine Spannungsbegrenzerdiode (21) enthält, die das in der Verbindungsleitung (22) auftretende Potential auf einen vorgegebenen unteren Wert begrenzt.
  7. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Auswerteschaltung (25) mit der Endstufenschaltung (28) als auch der Elektromotor (40) in einem gemeinsamen Gehäuse (42) untergebracht sind.
  8. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (24) in thermischem Kontakt mit einem Teil (41) steht, dessen Temperatur zu erfassen ist, und daß der Elektromotor (40) einen Ventilator (43) antreibt.
  9. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
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