EP1251474B1 - Zweidrahtmessaufnehmer mit Pulsbreitenmodulation - Google Patents

Zweidrahtmessaufnehmer mit Pulsbreitenmodulation Download PDF

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EP1251474B1 EP02007440A EP02007440A EP1251474B1 EP 1251474 B1 EP1251474 B1 EP 1251474B1 EP 02007440 A EP02007440 A EP 02007440A EP 02007440 A EP02007440 A EP 02007440A EP 1251474 B1 EP1251474 B1 EP 1251474B1
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    • 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
    • G08C19/22—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses by varying the duration of individual pulses

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring a physical Size by means of a two-wire sensor and a Two-wire sensor for measuring a physical quantity.
  • Two-wire sensors are made of a measuring sensor, which is a physical Size such. As the temperature, pressure or Field strength of a magnetic field measures, and electronic components for processing the signals supplied by the measuring sensor built up. Both the power supply and the forwarding the measured and processed measurement signals via only two lines, whereupon the name two-wire sensor due is. A two-wire sensor therefore has only two connections, the simultaneous power supply and forwarding serve the measured and processed measuring signals.
  • Two-wire sensors are z. B. as a contactless magnetic Switch executed according to the strength and direction of the measuring magnetic field as a measuring signal z. B. a stream of different Deliver strength.
  • the component is seen from the outside passive, in the simplest case (the current / voltage characteristic may ev. also change in other ways) changes his inner resistance.
  • current injection changes the voltage that can be picked up and the resulting voltage when impressed with voltage Electricity. Both can (even in combination) as a signal be evaluated on the receiver side.
  • Such two-wire sensors be z. B. in motor vehicles as a buckle switch or position switch used. Be two-wire sensors used in safety-related areas is high reliability required. In particular, should be a defective or faulty two-wire sensor in good time be recognized.
  • a pulse width modulated Signal generation can be errors and faulty functions of the two-wire sensor easily detect, because at a Error, the two-wire sensor generates no pulse width modulated Signal more.
  • an error or a malfunction of the two-wire sensor by an error signal with a specified pulse width displayed.
  • the pulse width ratio is thereby of the error signal 1: 1, while for the representation the measured physical quantity measuring signals with unbalanced Pulse width ratios are selected.
  • An embodiment of the invention provides, the pulse width the measured signals generated by the two-wire sensor in dependence to modulate from the physical quantity to be measured.
  • pulse width ratios can not be represent only the physical quantity to be measured, rather can also be achieved by different pulse width ratios represent other information of the two-wire sensor.
  • the first value or state by a first measuring signal having a first presettable pulse width represent and the second value or the second state represented by a second measurement signal, by inverting the first measurement signal is generated.
  • the error signal is the symmetric pulse width ratio of 1: 1, the pulse width ratio becomes inversed not changed. Therefore, z. B. Changes to a Magnetic field, which inverts the signals, to the error signal no influence. If the two-wire sensor is defective or polarity reversed or the line to the two-wire sensor interrupted or short-circuited, it does not give a pulse width modulated signal from.
  • FIG 1 is an embodiment of an inventive Two-wire sensor shown.
  • FIG. 2 shows a pulse width modulated signal with a pulse width ratio Th: Tp of 1: 4 and a dashed line of 1: 2.
  • the rise time Trp and the fall time Tfp of the pulse width modulated signal pulses are chosen to satisfy the following inequalities: Trp ⁇ Tp * Rp / 2 Tfp ⁇ Tp * Rp / 2 where Tp is the period of time of the pulse width modulated signal and Rp is the ratio of the shortest high level to the period Tp.
  • the pulse width modulated signal can be z. B. by measuring the Pulse width ratio or by filtering by means of a Lowpasses are evaluated.
  • the low-pass filtering delivers a DC voltage value that determines the ratio high to low becomes.
  • the method according to the invention and the two-wire sensor according to the invention are especially for use in safety-related Areas suitable because of errors or malfunctions of the two-wire sensor are easily detectable.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer physikalischen Größe mittels eines Zweidrahtsensors sowie einen Zweidrahtsensor zur Messung einer physikalischen Größe.
Ein solches Verfahren und ein solcher Zweidrahtsensor sind aus "Preliminary Data Sheet (subject to change)", "Differential Two-Wire Hall Effect Sensor IC", "TLE 4942" Juni 2000 (2000-06), INFINEON TECHNOLOGIES AGXP002201823 bekannt.
Zweidrahtsensoren sind aus einem Meßsensor, der eine physikalische Größe wie z. B. die Temperatur, den Druck oder die Feldstärke eines Magnetfeldes mißt, und elektronischen Bauteilen zur Verarbeitung der vom Meßsensor gelieferten Signale aufgebaut. Sowohl die Stromversorgung als auch die Weiterleitung der gemessenen und verarbeiteten Meßsignale erfolgt über nur zwei Leitungen, worauf der Name Zweidrahtsensor zurückzuführen ist. Ein Zweidrahtsensor hat deshalb nur zwei Anschlüsse, die gleichzeitig der Stromversorgung und der Weiterleitung der gemessenen und verarbeiteten Meßsignale dienen.
Zweidrahtsensoren sind z. B. als kontaktlose magnetische Schalter ausgeführt, die je nach Stärke und Richtung des zu messenden Magnetfeldes als Meßsignal z. B. einen Strom unterschiedlicher Stärke liefern. Das Bauelement ist von außen gesehen passiv, im einfachsten Fall (die Strom/Spannungskennlinie kann sich ev. auch auf andere Weise ändern) ändert sich sein innerer Widerstand. Bei Stromeinprägung ändert sich die abgreifbare Spannung und bei Spannungseinprägung der resultierende Strom. Beides kann (auch in Kombination) als Signal auf der Empfängerseite ausgewertet werden. Derartige Zweidrahtsensoren werden z. B. in Kraftfahrzeugen als Gurtschlossschalter oder Positionsschalter eingesetzt. Werden Zweidrahtsensoren in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt, ist hohe Zuverlässigkeit erforderlich. Insbesondere sollte ein defekter oder fehlerhaft arbeitender Zweidrahtsensor rechtzeitig erkannt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Messung einer physikalischen Größe mittels eines Zweidrahtsensors und einen Zweidrahtsensor so zu gestalten, daß eine Fehlfunktion des Zweidrahtsensors detektierbar ist.
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Schaltungsmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, ein pulsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen, lassen sich Fehler und fehlerhafte Funktionen des Zweidrahtsensors leicht detektieren, denn bei einem Fehler erzeugt der Zweidrahtsensor kein pulsweitenmoduliertes Signal mehr. Erfindungsgemäß wird ein Fehler oder eine Fehlfunktion des Zweidrahtsensors durch ein Fehlersignal mit einer vorgebbaren Pulsweite angezeigt. Dabei beträgt das Pulsweitenverhältnis des Fehlersignals 1:1, während für die Darstellung der zu messenden physikalischen Größe Meßsignale mit unsymmetrischen Pulsweitenverhältnissen gewählt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, die Pulsweite der vom Zweidrahtsensor erzeugten Meßsignale in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe zu modulieren.
Durch unterschiedliche Pulsweitenverhältnisse lässt sich nicht nur die zu messende physikalische Größe darstellen, vielmehr lassen sich durch unterschiedliche Pulsweitenverhältnisse auch andere Informationen des Zweidrahtsensors darstellen.
Bei einem Zweidrahtsensor, der eine physikalische Größe mißt, die nur zwei Werte oder Zustände annimmt, sieht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vor, den ersten Wert bzw. Zustand durch ein erstes Meßsignal mit einer ersten vorgebbaren Pulsweite darzustellen und den zweiten Wert bzw. den zweiten Zustand durch ein zweites Meßsignal darzustellen, das durch Invertieren des ersten Meßsignales erzeugt wird.
Wenn das Fehlersignal das symmetrische Pulsweitenverhältnis von 1:1 aufweist, wird durch eine Invertierung das Pulsweitenverhältnis nicht verändert. Daher haben z. B. Änderungen eines Magnetfeldes, welches die Signale invertiert, auf das Fehlersignal keinen Einfluß. Ist der Zweidrahtsensor defekt oder verpolt oder die Leitung zum Zweidrahtsensor unterbrochen oder kurzgeschlossen, so gibt er kein pulsweitenmoduliertes Signal ab.
Anhand der Figuren werden das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Zweidrahtsensor näher beschrieben und erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweidrahtsensors und
Figur 2
ein pulsweitenmoduliertes Signal.
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweidrahtsensors gezeigt.
Dem einen Anschluß des Zweidrahtsensors S, an welchem das pulsweitenmodulierte Signal PWM abgegriffen wird, wird über einen Widerstand R eine Versorgungsspannung V zugeführt. Der andere Anschluß des Zweidrahtsensors S liegt auf Masse.
In Figur 2 ist ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einem Pulsweitenverhältnis Th:Tp von 1:4 und gestrichelt gezeichnet von 1:2 gezeigt. Die Anstiegszeit Trp und die Abfallzeit Tfp der Impulse des pulsweitenmodulierten Signals sind so gewählt, daß sie die folgenden Ungleichungen erfüllen: Trp < Tp · Rp/2 Tfp < Tp · Rp/2 wobei Tp die Periodenzeit des pulsweitenmodulierten Signals und Rp das Verhältnis des kürzesten High-Pegels zur Periodenzeit Tp ist.
Das pulsweitenmodulierte Signal kann z. B. durch Ausmessen des Pulsweitenverhältnisses oder durch Filterung mittels eines Tiefpasses ausgewertet werden. Die Tiefpaßfilterung liefert einen Gleichspannungswert, der vom Verhältnis high zu low bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Zweidrahtsensor sind insbesondere für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen geeignet, weil Fehler oder Fehlfunktionen des Zweidrahtsensors leicht detektierbar sind.
Bezugszeichenliste
PWM
pulsweitenmoduliertes Signal
R
Widerstand
S
Zweidrahtsensor
Tfp
Abfallzeit des Impulses
Th
Dauer des High-Pegels
Tp
Periodendauer
Trp
Anstiegszeit des Impulses

Claims (14)

  1. Verfahren zur Messung einer physikalischen Größe mittels eines Zweidrahtsensors (S), der pulsweitenmodulierte Signale (PWM) erzeugt, wobei eines der erzeugten pulsweitenmodulierten Signale ein Fehlersignal ist, das einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Zweidrahtsensors (S) anzeigt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal ein Pulsweitenverhältnis 1:1 aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsweite der vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Meßsignale in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe pulsweitenmoduliert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (S) zur Darstellung der zu messenden physikalischen Größe Meßsignale (PWM) mit unsymmetrischen Pulsweitenverhältnissen erzeugt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (S) zur Darstellung einer nur zwei Zustände oder Werte annehmenden physikalischen Größe ein erstes Meßsignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis und ein zweites Meßsignal durch Invertieren des ersten Meßsignales erzeugt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (S) zu seiner Identifikation oder Adressierung ein Identifikationssignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis erzeugt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die pulsweitenmodulierten Signale durch Ausmessen der Pulsweite ausgewertet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die pulsweitenmodulierten Signale durch Filterung mittels eines Tiefpasses ausgewertet werden.
  8. Zweidrahtsensor zur Messung einer physikalischen Größe, wobei die vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Signale (PWM) pulsweitenmoduliert sind, und eines der erzeugten Signale (PWM) ein Fehlersignal ist, das einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Zweidrahtsensors (S) anzeigt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal ein Pulsweitenverhältnis 1:1 aufweist.
  9. Zweidrahtsensor nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsweite der vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Meßsignale (PWM) in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe pulsweitenmoduliert sind.
  10. Zweidrahtsensor nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung der zu messenden physikalischen Größe Meßsignale (PWM) mit unsymmetrischen Pulsweitenverhältnissen vorgesehen sind.
  11. Zweidrahtsensor nach einem der Ansprüche 9 oder 10 10 - 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung einer nur zwei Zustände oder Werte annehmender physikalischer Größe ein erstes Meßsignal mit einem vorgebbaren unsymmetrischen Pulsweitenverhältnis und ein zweites Meßsignal vorgesehen sind, das durch Invertieren des ersten Meßsignales gebildet ist.
  12. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation oder Adressierung des Zweidrahtsensors (S) ein Identifikationssignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis vorgesehen ist.
  13. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß des Zweidrahtsensors (S), an dem die pulsweitenmodulierten Signale (PWM) abnehmbar sind, über einen Widerstand (R) an einer Versorgungsspannung (V) liegt, während der andere Anschluß auf Masse liegt.
  14. Verfahren oder Zweidrahtsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegszeit Trp und die Abfallzeit Tfp der Impulse des pulsweitenmodulierten Signals so gewählt werden bzw. sind, daß sie folgende Ungleichungen erfüllen: Trp < Tp · Rp/2 Tfp < Tp · Rp/2 wobei Tp die Periodenzeit des pulsweitenmodulierten Signals (PWM) und Rp das Verhältnis des kürzesten High-Pegels zur Periodenzeit ist.
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