EP1869409A1 - Sensorsystem - Google Patents

Sensorsystem

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Publication number
EP1869409A1
EP1869409A1 EP06743246A EP06743246A EP1869409A1 EP 1869409 A1 EP1869409 A1 EP 1869409A1 EP 06743246 A EP06743246 A EP 06743246A EP 06743246 A EP06743246 A EP 06743246A EP 1869409 A1 EP1869409 A1 EP 1869409A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
potential
resistance
sensor system
error
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Withdrawn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
EP06743246A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Borst
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
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
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1869409A1 publication Critical patent/EP1869409A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections

Definitions

  • the invention relates to a sensor system with a sensor unit and one of them locally separated evaluation unit, which are connected to each other at least via a sensor line.
  • the evaluation unit is usually part of a control or regulating system and communicates via one or more connecting lines with a sensor unit, which is arranged away from the system.
  • the connecting line between the evaluation unit and the sensor unit can be interrupted under harsh operating conditions, such as may occur in a motor vehicle, for example, or be short-circuited to other connecting lines. This may u.U. lead to a malfunction of the system without the error being detected if the measured quantity supplied by the sensor unit is plausible.
  • the safety in operation of the system with the evaluation unit and the external sensor unit can be increased by performing a diagnosis of the connection line to the above-mentioned error.
  • a voltage measured on the connecting line is usually made plausible.
  • To break the cable at the sensor supply, i. H. on the corresponding connection lines, which carry the supply voltage to determine, is e.g. the voltage drop across a measuring resistor in the connecting cable
  • a sensor system which has an evaluation unit and a sensor unit arranged externally thereof for detecting a measured variable.
  • the sensor unit and the evaluation unit are connected to one another via one or more connecting lines.
  • the sensor unit has a sensor which is connected to a supply voltage and comprises a signal output for a measurement signal dependent on the measured variable.
  • the evaluation unit has a voltage detector in order to detect the state of the measured variable as a function of a potential.
  • the sensor unit comprises a first resistance circuit, which is connected to the sensor, and the evaluation unit, a second resistance circuit, which is connected to the voltage detector.
  • the first and second resistance circuits are coupled to each other via the one or more connection lines and form a resistance network.
  • the first and second resistance circuits are designed so that the voltage detector detects one or more measuring potentials in one or more defined measuring potential ranges depending on the measured variable in a fault-free state of the one or more connecting lines of the sensor system and detects a measuring potential in an error case an error potential range lies.
  • the first and second resistance circuits are dimensioned such that the fault potential range lies outside the one or more defined measuring potential ranges.
  • measuring potential ranges and different error potential ranges which enable a measurement to detect the state of the measured variable, or, if an error has occurred on the one or more connecting lines, to recognize and identify this error based on the associated error potential range.
  • This can according to the invention with only one voltage detector in the Evaluation unit can be performed so that the structure of the sensor system can be performed in a simple manner and space-saving.
  • the first and / or the second resistance circuit are each formed as a resistor chain.
  • the first and the second resistance circuit can be designed such that, in the case of several fault cases, multiple measurement potentials can be detected in a plurality of fault potential areas in order to identify the type of the respective fault.
  • the first and the second resistance circuit can be designed so that the voltmeter detects a measuring potential in the event of an interruption of one of the connecting lines, which lies in a respective error potential range associated with the type of fault.
  • the sensor unit and the evaluation unit are connected to one another via a sensor line, a first and a second supply line.
  • the sensor unit is provided with a supply voltage via the evaluation unit and the sensor unit can provide the corresponding measured variable via the sensor line of the evaluation unit.
  • the first and the second resistance circuit can each be designed as a resistor chain, which are connected to each other at different nodes via the sensor line and the first and second supply line.
  • the resistor network has resistance elements which are dimensioned such that, when one of the connection lines is interrupted, the measuring potential is set to the corresponding potential range of the potential.
  • the first resistance circuit comprises a first, a second and a third resistance element, which are connected in series between the first supply line and the second supply line. A first node between the first and second resistive elements is connected to the sensor line and a second node is connected between the second and third resistive elements to the signal output of the sensor.
  • the second resistance circuit has a fourth, a fifth and a sixth resistance element, which are connected in series between the first supply line and the second supply line, wherein a third node between the fourth and the fifth resistance element with the Sensor line is connected and a fourth node between the fifth and the sixth resistive element is connected to the voltmeter.
  • the first to sixth resistive elements can be dimensioned such that the faults can be identified unambiguously by interrupting one of the connecting lines on the basis of the fault potential range in which the measuring potential is measured.
  • the senor may be a logic sensor with digital output, wherein the sensor comprises a switch which is connected in parallel to one of the first to third resistors and which is either closed or opened depending on the detected state.
  • the sensor may comprise a Hall sensor.
  • Figure 1 is a block diagram of a sensor system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a sensor system according to a further embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows the arrangement of measuring and fault potential ranges in the embodiment of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows an electronic system which has, in a control system R, an evaluation unit 1 for an externally arranged sensor unit 2 and a control unit 3.
  • the evaluation unit 1 acquires a measured value and makes it available to the control unit 3 as a control value on an output line 4, so that the control unit 3 of the control system depends on the control value, e.g. can control another electronic device.
  • the evaluation unit 1 serves to establish a connection with a sensor unit 2 arranged externally of the electronic system via connecting line 5.
  • a sensor unit 2 arranged externally of the electronic system via connecting line 5.
  • Such a separate arrangement of control system and sensor unit 2 is particularly useful in harsh environmental conditions in which measured values must be recorded. To protect the electronics of the control system, this is therefore arranged separately from the sensor unit 2.
  • a power supply of the sensor unit 2 is ensured via a voltage source 6 in the evaluation unit 1.
  • the evaluation unit 1 provides a first supply voltage potential on a first supply line 7 and a second supply potential on a second supply line 8 of the sensor unit 2.
  • the sensor unit 2 supplies an output measurement signal to a sensor line 9, which is connected to a separate input of the evaluation unit 1.
  • the evaluation unit 1 has an analog-to-digital converter 10, which generates the control value for output on the output line 4.
  • the sensor unit 2 has a sensor 11 which, depending on a measured variable, such as eg a temperature, a pressure or another variable, generates a measuring signal MS.
  • the sensor 11 is connected to the first and the second supply line 7, 8 in order to provide the sensor 11 with a supply voltage.
  • the sensor unit 2 has a first resistance circuit 12, which is connected to the first and the second supply line 7, 8, the sensor line 9 and the output of the sensor 11.
  • the evaluation unit 1 has a second resistance circuit 13 which is connected to the first and second supply lines 7, 8, the sensor line 9 and an input of the analog-to-digital converter 10.
  • the first and second resistance circuits 12, 13 are therefore connected to one another via the first and second supply lines 7, 8 and the sensor line 9 and form a resistance network in their common connection.
  • This resistor network comprising first and second resistance circuits 12, 13 supplies, in the error-free operating state at the input of the analog-to-digital converter, a measuring potential which depends on the measuring signal MS at the output of the sensor 11.
  • the resistor network is further designed so that in the event of an error, such as in the case of an interruption of one of the connecting lines 5, a measuring potential is applied to the analog-to-digital converter 10, which lies in a different potential range than the potential range in which the measuring potential is in proper operation.
  • the resistor network forms a voltage divider which is formed by the connection of the first and the second resistance circuit 12, 13. If one of the connecting lines between the two resistance circuits 12, 13 is interrupted, this will change the resistance Conditions of the voltage divider, and the measuring potential at the input of the analog-to-digital converter 10 adjusts independently of the measurement signal or only to a small extent of the measurement signal depending on a potential that lies in a potential range of error potential. As a result, it can be determined that there is an error and what kind of error is.
  • the fault potential ranges in the exemplary embodiment shown are essentially independent of the state of the sensor 11. Furthermore, by suitable dimensioning of the first and the second resistance circuit 12, 13 fault potential ranges for each possible fault on different potential ranges are set, so that it can be detected on the basis of the measurement potential, whether the state of the connecting lines to the sensor unit 2 is error-free or an error in the form of a Interruption of one of the connecting lines 5 is present.
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of a possible embodiment of the present invention.
  • a Hall sensor in the form of a HalI ICs is provided, which identifies an open-collector output. Ie. Depending on the state of measurement of the Hall sensor, the output is connected to the applied potential on the second supply line 8 or switched to high impedance.
  • the first resistance circuit comprises a first resistor Ri, a second resistor R2 and a third resistor R 3 which are connected in series between the first supply line 7 and the second supply line. 8
  • a first node K1 between the first and second resistors Ri, R 2 is connected to the sensor line 9.
  • a second node K2 between the second resistor R 2 and the third resistor R 3 is connected to the output of the Hall sensor, which provides the measurement signal MS.
  • the second resistance circuit 13 of the evaluation unit 1 has a fourth resistor R4, a fifth resistor R 5 and a sixth resistor Re, which are arranged in series between the first supply line 7 and the second supply line 8.
  • a third knot K3 between the fourth resistor and the fifth resistor R4, R5 is connected to the sensor line.
  • a fourth node K4, which is situated between the fifth resistor R5 and the sixth resistor Re is, nalogue-digital converter at the input of the A to 10 to provide to the measuring potential are available.
  • the resistance network formed by the first resistance circuit 12 and the second resistance circuit 13 is arranged distributed in the evaluation unit 1 and the sensor unit 2, wherein the connecting lines 5 each cause a parallel connection of the resistors.
  • the first supply line 7 and the sensor line 9 cause the first resistor R 1 and the fourth resistor R 4 to form a total resistance in a voltage divider formed by the entire resistor network.
  • the potential ranges are exemplary Vi-V SS for measuring potentials in a fault-free condition, and shown in possible interruptions of the three connecting lines. Furthermore, a potential range at 0 V is provided which is taken up by the measuring potential if a short circuit has occurred between the sensor line or the first supply line and the second supply line.
  • the potential ranges correspond to a certain potential range resulting from tolerances and disturbances. If it is determined in the control unit that the measured measurement potential is within such a range, the state of the system assigned to the potential range is assumed.
  • the potential region V 2 is an error potential range indicating an interruption of the first supply line 7.
  • the potential range V 2 is given by the following formula:
  • the measuring potential is within the potential range V4, which can be determined according to the following formula:
  • a potential in the potential region V 5 is measured when the second supply line 8 is interrupted.
  • the potential range V 5 results from the formula:
  • the resistance values of the resistors Ri to Re are preferably selected so that none of the potential ranges overlap or overlap.
  • the embodiment shown here comprises a sensor which outputs only two output states. However, it is also possible to use a sensor 11 which outputs an analog measurement signal in a certain range.
  • the resistance values of the resistors Ri to Re are preferably to provide such that there is no fault potential range within this measuring potential range predetermined by the measuring signal, so that a clear distinction can be made between proper operation and fault case on the basis of the measuring potential.
  • the above-mentioned calculation formulas for determining potential ranges merely indicate the arithmetical mean value of the potential ranges, ignoring collector saturation current of the Hall transistor, the range of the ranges being determined by tolerances and disturbances.
  • the potential range determined by the mean value given by the formulas given above can be provided with a tolerance range which is determined by the specification that the individual potential ranges must have a certain distance from each other. Possible combinations of resistances are determined iteratively or by trial-and-error.
  • the resistance values Ri to R 6 can be determined with the aid of the following inequality for a given span of the respective potential range of 0.1 V.
  • the resistance circuits 12, 13 can also be constructed in a different way, but it is important that the two resistance circuits 12, 13 form a resistance network which, depending on the possible error situation, can be subject to a fault. has a different impact on a measurement potential. In particular, however, it is desirable that both the first supply line 7 and the second supply line 8 are as far as possible not subject to resistance, so that no significant drop in the supply voltage up to the sensor unit 2 occurs.
  • the resistances Ri, R 3 to R ⁇ are set, wherein the resistance values of the resistors Ri and R 4 are selected to be identical, so that the voltage at the node K4 is smaller than a reference voltage of the A / D converter to also state a short circuit to be able to recognize the sensor line to the first supply line.
  • the resistance value of the resistor R 2 is set to set the potential range for a first detection state, that is, to set the potential range V 3
  • the resistance of the resistor R 3 is set for a second detection state, which is determined by the potentiometer. al Scheme Vi is indicated.
  • the resistance values of the resistors which have the greatest possible influence on the potential range to be taken from the table in order to achieve a good separation of the potential ranges for the different fault states, are now preferably varied with the aid of the table given above.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit einer Sensorein- heit zum Detektieren einer Messgröße und einer Auswerteeinheit, die miteinander zumindest über eine oder mehrere Verbindungsleitungen verbunden sind, wobei die Sensoreinheit ei- nen Sensor aufweist, der mit einer Versorgungsspannung verbunden ist und einen Signalausgang für ein von der Messgröße abhängiges Messsignal umfasst; wobei die Auswerteeinheit einen Spannungsmesser aufweist, um abhängig von einem Potential den Zustand der Messgröße zu detektieren, wobei die Sensoreinheit eine erste Widerstandsschaltung, die mit dem Sensor verbunden ist, und die Auswerteeinheit eine zweite Widerstandsschaltung, die mit dem Spannungsmesser verbunden ist, aufweist, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung gemeinsam über zumindest die Sensorleitung gekoppelt sind und ein Widerstandsnetzwerk bilden, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung so gestaltet sind, dass der Spannungsmesser in einem fehlerfreien Zustand der einen oder mehrerer Verbindungsleitungen ein oder mehrere Messpotentiale in einem oder mehreren definierten Messpotentialbereichen abhängig von der Messgröße detektiert und in einem Fehlerfall ein Messpotential detektiert, das in einem Fehlerpotentialbereich liegt, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung so dimensioniert sind, dass der Fehlerpotentialbereich außerhalb der einen oder mehreren definierten Messpotentialbereiche liegt.

Description

Sensorsystem
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit einer Sensoreinheit und einer davon örtlich getrennt angeordneten Auswerte- einheit, die miteinander zumindest über eine Sensorleitung verbunden sind.
Elektronische Systeme weisen häufig eine Auswerteeinheit für die Bereitstellung von Messsignalen auf, die in dem System verarbeitet werden sollen. Die Auswerteeinheit ist üblicherweise Teil eines Steuer- oder Regelungssystems und steht über eine oder mehrere Verbindungsleitungen mit einer Sensoreinheit in Verbindung, die entfernt von dem System angeordnet ist. Die Verbindungsleitung zwischen der Auswerteeinheit und der Sensoreinheit kann unter rauhen Betriebsbedingungen, wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug auftreten können, unterbrochen werden bzw. mit anderen Verbindungsleitungen kurzgeschlossen werden. Dies kann u.U. zu einer Fehlfunktion des Systems führen, ohne dass der Fehler erkannt wird, wenn die von der Sensoreinheit gelieferte Messgröße plausibel ist.
Die Sicherheit im Betrieb des Systems mit der Auswerteeinheit und der externen Sensoreinheit lässt sich erhöhen, indem man eine Diagnose der Verbindungsleitung auf oben genannte Fehler durchführt. Dazu wird meistens eine auf der Verbindungsleitung gemessene Spannung plausibilisiert . Um einen Leitungsbruch an der Sensorversorgung, d. h. auf den entsprechenden Verbindungsleitungen, die die Versorgungsspannung tragen, feststellen zu können, wird z.B. der Spannungsabfall über ei- nem in der Verbindungsleitung liegenden Messwiderstand
(Shunt) überwacht. Bei korrekter Verbindung verursacht der Versorgungsstrom der Sensoreinheit einen Spannungsabfall, der gemessen werden kann. Ist der Spannungsabfall nicht vorhanden, kann auf eine unterbrochene Leitung geschlossen werden. Ist - vorausgesetzt die Sensoreinheit wird mit einer kleineren Versorgungsspannung als die Auswerteeinheit des Gesamtsystems - die Spannung nach dem Widerstand zu groß, bedeutet dies einen Kurzschluss hinter der Spannungsversorgung der Auswerteeinheit. Ist die gemessene Spannung zu klein, ist ein Kurzschluss nach einem Massepotential vorhanden. Der Spannungshub des Ausgangs der Sensoreinheit wird durch entspre- chende Beschaltung mit Widerständen auf Werte größer 0 V
(Massepotential) und kleiner der Versorgungsspannung der Sensoreinheit eingeschränkt, um den regulären Betrieb von Kurzschlüssen nach Masse und der Versorgungsspannung der Sensoreinheit oder der Auswerteeinheit unterscheiden zu können.
Aufgrund von Toleranzen des Versorgungsstroms der Sensoreinheit und Toleranzen des Widerstandes der Versorgungsleitungen und der Sensoreinheit über der Lebensdauer und der Temperatur ergibt sich deutlicher Spannungsabfall an dem Messwiderstand, was unter Umständen zu hohen Verlustleistungen in dem Messwiderstand in der Versorgungsleistung führt, so dass große Bauformen eingesetzt werden müssen, die eine entsprechend große Leistung aufnehmen können. Weiterhin wird für jede zu diagnostizierender Verbindungsleitung ein Messwiderstand und ein entsprechender Messkanal in der Auswerteeinheit benötigt.
Dies ist in der Regel aufwändig und die Gesamtvorrichtung hat einen hohen Platzbedarf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorsystem mit einer Auswerteeinheit und mit einer externen Sensoreinheit zur Verfügung zu stellen, das einfach aufgebaut ist und in der Lage ist, Unterbrechungen von Verbindungsleitungen zuverlässig und mit einem geringen Schaltungsaufwand zu detek- tieren.
Diese Aufgabe wird durch das Sensorsystem nach Anspruch 1 gelöst .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeben. Erfindungsgemäß ist ein Sensorsystem vorgesehen, das eine Auswerteeinheit und eine extern davon angeordnete Sensoreinheit zum Detektieren einer Messgröße aufweist. Die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit sind miteinander über eine oder mehrere Verbindungsleitungen verbunden. Die Sensoreinheit weist einen Sensor auf, der mit einer Versorgungsspannung verbunden ist und einen Signalausgang für ein von der Messgröße abhängiges Messsignal umfasst. Die Auswerteeinheit weist einen Spannungsdetektor auf, um abhängig von einem Po- tential den Zustand der Messgröße zu detektieren. Die Sensoreinheit umfasst eine erste Widerstandsschaltung, die mit dem Sensor verbunden ist, und die Auswerteeinheit eine zweite Widerstandsschaltung, die mit dem Spannungsdetektor verbunden ist. Die erste und die zweite Widerstandsschaltung sind mit- einander über die eine oder mehrere Verbindungsleitungen gekoppelt und bilden ein Widerstandsnetzwerk. Die erste und zweite Widerstandsschaltung sind so gestaltet, dass der Spannungsdetektor in einem fehlerfreien Zustand der einen oder mehreren Verbindungsleitungen des Sensorsystems ein oder meh- rere Messpotentiale in einem oder mehreren definierten Messpotentialbereichen abhängig von der Messgröße detektiert und in einem Fehlerfall ein Messpotential detektiert, das in einem Fehlerpotentialbereich liegt. Die erste und die zweite Widerstandsschaltung sind so dimensioniert, dass der Fehler- potentialbereich außerhalb der einen oder mehreren definierten Messpotentialbereiche liegt.
Bei dem vorliegenden Sensorsystem ist es auf einfache Weise möglich, mithilfe der sowohl in der Sensoreinheit als auch in der Auswerteeinheit vorgesehenen Widerstandsschaltungen,
Messpotentialbereiche und davon verschiedene Fehlerpotentialbereichen zu definieren, die es mit einer Messung ermöglichen, den Zustand der Messgröße zu erfassen, oder, wenn ein Fehler an der einen oder den mehreren Verbindungsleitungen aufgetreten ist, diesen Fehler anhand des zugehörigen Fehlerpotentialbereiches zu erkennen und zu identifizieren. Dies kann erfindungsgemäß mit nur einem Spannungsdetektor in der Auswerteeinheit durchgeführt werden, so dass der Aufbau des Sensorsystems in einfacher Weise und platzsparend ausgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste und/oder die zweite Widerstandsschaltung jeweils als Widerstandskette ausgebildet.
Vorzugsweise kann die erste und die zweite Widerstandsschal- tung so ausgebildet sein, dass bei mehreren Fehlerfällen durch mehrere Messpotentiale in entsprechenden mehreren Fehlerpotentialbereichen detektierbar sind, um die Art des jeweiligen Fehlerfalls zu erkennen.
Insbesondere können die erste und die zweite Widerstandsschaltung so gestaltet sein, dass der Spannungsmesser bei einer Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen ein Messpotential detektiert, das in einem jeweiligen, der Fehlerart zugeordneten Fehlerpotentialbereich liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit miteinander über eine Sensorleitung, eine erste und eine zweite Versorgungsleitung verbunden. Auf diese Weise wird der Sensoreinheit ei- ne Versorgungsspannung über die Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt und die Sensoreinheit kann die entsprechende Messgröße über die Sensorleitung der Auswerteeinheit zur Verfügung stellen.
Weiterhin kann die erste und die zweite Widerstandsschaltung jeweils als Widerstandskette ausgebildet sein, die miteinander an verschiedenen Knoten über die Sensorleitung und die erste und zweite Versorgungsleitung verbunden sind. Das Widerstandsnetzwerk weist Widerstandselemente auf, die so di- mensioniert sind, dass bei Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen das Messpotential auf den entsprechenden Fehlerpotentialbereich eingestellt wird. Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform weist die erste Widerstandsschaltung ein erstes, ein zweites und ein drittes Widerstandselement auf, die in Reihe zwischen der ersten Ver- sorgungsleitung und der zweiten Versorgungsleitung geschaltet sind. Ein erster Knoten zwischen dem ersten und zweiten Widerstandselement ist mit der Sensorleitung verbunden und ein zweiter Knoten zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstandselement mit dem Signalausgang des Sensors verbunden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die zweite Widerstandsschaltung ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Widerstandselement aufweist, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung und der zweiten Versorgungsleitung ge- schaltet sind, wobei ein dritter Knoten zwischen dem vierten und dem fünften Widerstandselement mit der Sensorleitung verbunden ist und ein vierter Knoten zwischen dem fünften und dem sechsten Widerstandselement mit dem Spannungsmesser verbunden ist.
Das erste bis sechste Widerstandselement können so dimensioniert sein, dass die Fehler durch Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen eindeutig anhand des Fehlerpotentialbereiches, in dem sich das Messpotential gemessen wird, identi- fizierbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sensor ein logischer Sensor mit digitalem Ausgang sein, wobei der Sensor einen Schalter aufweist, der zu einem der ersten bis dritten Widerstände parallel geschaltet ist und der abhängig von dem detektierten Zustand entweder geschlossen oder geöffnet ist. Insbesondere kann der Sensor einen Hallsensor umfassen.
Bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wer- den nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 ein Sensorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 die Anordnung von Mess- und Fehlerpotentialbereichen bei der Ausführungsform der Figur 2.
In Figur 1 ist ein elektronisches System dargestellt, das in einem Regelsystem R eine Auswerteeinheit 1 für eine extern angeordnete Sensoreinheit 2 sowie eine Steuereinheit 3 aufweist. Die Auswerteeinheit 1 erfasst einen Messwert und stellt diesen der Steuereinheit 3 als einen Steuerwert auf einer Ausgangsleitung 4 zur Verfügung, so dass die Steuereinheit 3 des Regelsystems abhängig von dem Steuerwert z.B. ein weiteres elektronisches Gerät regeln kann.
Die Auswerteeinheit 1 dient dazu, eine Verbindung mit einer extern des elektronischen Systems angeordneten Sensoreinheit 2 über Verbindungsleitung 5 herzustellen. Eine solche getrennte Anordnung von Regelsystem und Sensoreinheit 2 ist insbesondere in rauhen Umgebungsbedingungen sinnvoll, in der Messwerte erfasst werden müssen. Um die Elektronik des Regel- Systems zu schützen, wird diese daher getrennt von der Sensoreinheit 2 angeordnet.
Eine Stromversorgung der Sensoreinheit 2 wird über eine Spannungsquelle 6 in der Auswerteeinheit 1 sichergestellt. Dazu stellt die Auswerteeinheit 1 ein erstes Versorgungsspannungs- potential auf einer ersten Versorgungsleitung 7 und ein zweites Versorgungspotential auf einer zweiten Versorgungsleitung 8 der Sensoreinheit 2 zur Verfügung. Die Sensoreinheit 2 liefert ein Ausgangsmesssignal auf eine Sensorleitung 9, die mit einem separaten Eingang der Auswerteeinheit 1 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 1 weist einen Analog-Digital-Wandler 10 auf, der den Steuerwert zur Ausgabe auf der Ausgangsleitung 4 generiert. Die Sensoreinheit 2 weist einen Sensor 11 auf, der abhängig von einer Messgröße, wie z.B. eine Temperatur, einem Druck oder eine andere Größe, ein Messsignal MS generiert.
Der Sensor 11 ist mit der ersten und der zweiten Versorgungsleitung 7, 8 verbunden, um dem Sensor 11 eine Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. Die Sensoreinheit 2 weist eine erste Widerstandsschaltung 12 auf, die mit der ersten und der zweiten Versorgungsleitung 7, 8, der Sensorleitung 9 sowie dem Ausgang des Sensors 11 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 1 weist eine zweite Widerstandsschaltung 13 auf, die mit der ersten und zweiten Versorgungsleitung 7, 8, der Sen- sorleitung 9 und einem Eingang des Analog-Digital-Wandlers 10 verbunden ist. Die erste und zweite Widerstandsschaltung 12, 13 stehen also über die erste und zweite Versorgungsleitung 7, 8 sowie die Sensorleitung 9 miteinander in Verbindung und bilden in ihrer gemeinsamen Verschaltung ein Widerstandsnetz- werk. Dieses Widerstandsnetzwerk aus erster und zweiter Widerstandsschaltung 12, 13 liefert im fehlerfreien Betriebszustand am Eingang des Analog-Digital-Wandlers ein Messpotential, das von dem Messsignal MS am Ausgang des Sensors 11 abhängt .
Das Widerstandsnetzwerk ist weiterhin so gestaltet, dass im Fehlerfall, wie z.B. bei einer Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen 5 ein Messpotential an dem Analog-Digital- Wandler 10 anliegt, das in einem anderen Potentialbereich liegt, als der Potentialbereich, in dem sich das Messpotential bei ordnungsgemäßem Betrieb befindet.
Vorzugsweise bildet das Widerstandsnetzwerk einen Spannungsteiler, der durch die Verschaltung der ersten und der zweiten Widerstandsschaltung 12, 13 gebildet wird. Ist eine der Verbindungsleitungen zwischen den beiden Widerstandsschaltungen 12, 13 unterbrochen, so ändern sich dadurch die Widerstands- Verhältnisse des Spannungsteilers, und das Messpotential am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 10 stellt sich unabhängig von dem Messsignal oder nur in geringem Maße von dem Messsignal abhängig auf ein Potential ein, das in einem Fehlerpoten- tialbereich liegt. Dadurch kann festgestellt werden, dass ein Fehler vorliegt und welcher Art dieser Fehler ist. Da der Sensor 11 bei Unterbrechung einer der ersten oder zweiten Versorgungsleitungen 7, 8 nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet und andererseits bei Unterbrechen der Sensorleitung 9 kein Messpotential mehr erkannt werden kann, das von dem Messsignal des Sensors 11 abhängt, sind die Fehlerpotentialbereiche im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen vom Zustand des Sensors 11 unabhängig. Ferner können durch geeignete Dimensionierung der ersten und der zweiten Widerstandsschaltung 12, 13 Fehlerpotentialbereiche für jeden möglichen Fehlerfall auf verschiedene Potentialbereiche gelegt werden, so dass anhand des Messpotentials erkannt werden kann, ob der Zustand der Verbindungsleitungen zur Sensoreinheit 2 fehlerfrei ist oder ein Fehler in Form einer Unterbrechung einer der Verbin- dungsleitungen 5 vorliegt.
Auch Kurzschlüsse zwischen den Verbindungsleitungen 5 können so detektiert werden und insbesondere ein Kurzschluss zwischen der zweiten Versorgungsleitung 8 und der Sensorleitung 9 kann erkannt werden, so dass es vorteilhaft ist, zur Unterscheidung der einzelnen Fehlerarten die Fehlerpotentialbereiche zum Anzeigen der Fehler von Unterbrechungen der Verbindungsleitungen von 0 V in verschiedene Potentialbereiche zu legen.
In Figur 2 ist eine detailliertere Darstellung einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Als Sensor 11 ist ein Hallsensor in Form eines HaIl-ICs vorgesehen, der einen Open-Collector-Ausgang ausweist. D. h. je nach Messzustand des Hallsensors wird der Ausgang mit dem anliegenden Potential auf der zweiten Versorgungsleitung 8 verbunden oder hochohmig geschaltet. Die erste Widerstandsschaltung weist einen ersten Widerstand Ri, einen zweiten Widerstand R2 und einen dritten Widerstand R3 auf, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung 7 und der zweiten Versorgungsleitung 8 geschaltet sind. Ein erster Knoten Kl zwischen dem ersten und zweiten Widerstand Ri, R2 ist mit der Sensorleitung 9 verbunden. Ein zweiter Knoten K2 zwischen dem zweiten Widerstand R2 und dem dritten Widerstand R3 ist mit dem Ausgang des Hallsensors verbunden, der das Messsignal MS bereitstellt.
Die zweite Widerstandsschaltung 13 der Auswerteeinheit 1 weist einen vierten Widerstand R4, einen fünften Widerstand R5 und einen sechsten Widerstand Re auf, die in Reihe zwi- sehen der ersten Versorgungsleitung 7 und der zweiten Versorgungsleitung 8 angeordnet sind. Ein dritter Knoten K3 zwischen dem vierten Widerstand und dem fünften Widerstand R4, R5 ist mit der Sensorleitung 9 verbunden. Ein vierter Knoten K4, der sich zwischen dem fünften Widerstand R5 und dem sechsten Widerstand Re befindet, liegt an dem Eingang des A- nalog-Digital-Wandlers 10 an, um das Messpotential zur Verfügung zu stellen.
Das durch die erste Widerstandsschaltung 12 und die zweite Widerstandsschaltung 13 gebildete Widerstandsnetzwerk ist verteilt in der Auswerteeinheit 1 und der Sensoreinheit 2 angeordnet, wobei die Verbindungsleitungen 5 jeweils eine Parallelschaltung der Widerstände bewirken. So bewirken beispielsweise die erste Versorgungsleitung 7 und die Sensorlei- tung 9, dass der erste Widerstand Rl und der vierte Widerstand R4 in einem durch das gesamte Widerstandsnetzwerk gebildeten Spannungsteiler einen Gesamtwiderstand bilden. Wird eine der Verbindungsleitungen 5 unterbrochen, so entfällt die dadurch bewirkte Parallelschaltung der sich entsprechenden Widerstände, so dass das Messpotential am vierten Knoten K4 auf ein Potential in einem entsprechen Fehlerpotentialbereich springt, das unabhängig von dem Messsignal MS des Hallsensors 11 ist, da dieser entweder durch eine Unterbrechung der ersten und zweiten Versorgungsleitung 7, 8 nicht funktionsfähig ist oder das dem Messsignal entsprechendes Signal bei einer Unterbrechung der Sensorleitung 9 nicht mehr an die Auswerte- einheit 1 übertragen kann.
In Figur 3 sind beispielhaft Potentialbereiche Vi-Vß für Messpotentiale in einem fehlerfreien Betriebszustand sowie bei möglichen Unterbrechungen der drei Verbindungsleitungen dargestellt. Ferner ist ein Potentialbereich bei 0 V vorgesehen, der von dem Messpotential eingenommen wird, wenn ein Kurzschluss zwischen der Sensorleitung bzw. der ersten Versorgungsleitung und der zweiten Versorgungsleitung aufgetreten ist. Die Potentialbereiche entsprechen einer bestimmten Potentialspanne, die sich aus Toleranzen und Störungen ergeben. Wird in der Steuereinheit festgestellt, dass das gemessene Messpotential sich innerhalb eines solchen Bereichs befindet, wird der dem Potentialbereich zugeordnete Zustand des Systems angenommen.
Während der mit Vo gekennzeichnete Potentialbereich angibt, dass erste Versorgungsleitung 7 bzw. die Sensorleitung 9 mit der zweiten Versorgungsleitung 8 kurzgeschlossen ist, geben die Potentialbereiche, die mit Vi und V3 gekennzeichnet sind, die Bereiche an, die den Detektionszuständen des Hallsensors 11 im fehlerfreien Betriebszustand entsprechen. Der Potentialbereich Vi ergibt sich aus folgender Formel,
und der Potentialbereich V3 ergibt sich aus
y _ y . *6 . (*2 + *3 )| |(*, + *6 )
3 vers R5 + R6 R1WR4 + (R2 + R3)W(R5 + R6) wobei der Ausgang des Hallsensors 11 hochohmig geschaltet ist. Der Potentialbereich V3 ergibt sich aus dem Zustand des Hallsensors 11, bei dem der Ausgangsanschluss auf das Potential der zweiten Versorgungsleitung 8, z.B. ein Massepotenti- al gelegt wird.
Der Potentialbereich V2 ist ein Fehlerpotentialbereich, der eine Unterbrechung der ersten Versorgungsleitung 7 anzeigt. Der Potentialbereich V2 ergibt sich folgender Formel:
Wird die Sensorleitung 9 unterbrochen, so befindet sich das Messpotential innerhalb des Potentialbereichs V4, das sich gemäß folgender Formel ermitteln lässt:
Ein Potential in dem Potentialbereich V5 wird gemessen, wenn die zweite Versorgungsleitung 8 unterbrochen ist. Der Potentialbereich V5 ergibt sich aus der Formel:
Die Widerstandswerte der Widerstände Ri bis Re sind vorzugsweise so gewählt, dass keiner der Potentialbereiche sich ü- berschneidet oder sich überdeckt.
Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst einen Sensor, der lediglich zwei Ausgangszustände ausgibt. Es ist jedoch auch möglich, einen Sensor 11 zu verwenden, der ein analoges Messsignal in einem bestimmten Bereich ausgibt. Die Widerstandswerte der Widerstände Ri bis Re sind dabei vorzugsweise so vorzusehen, dass sich kein Fehlerpotentialbereich innerhalb dieses durch das Messsignal vorgegebenen Messpotentialbereichs befindet, so dass eindeutig anhand des Messpotentials zwischen ordnungsgemäßem Betrieb und Fehlerfall unter- schieden werden kann.
Die oben angeführten Berechnungsformeln zur Ermittlung von Potentialbereichen geben lediglich den rechnerischen Mittelwert der Potentialbereiche an, Kollektorsättigungsstrom des Hall-Transistors nicht berücksichtigt, wobei die Spanne der Bereiche durch Toleranzen und Störungen bestimmt wird. Bei der Dimensionierung der Widerstandswerte ist darauf zu achten, dass die Fehlerpotentialbereiche bzw. die Messpotentialbereiche sich nicht überlappen. Dazu kann beispielsweise der durch die oben gegebenen Formeln durch ihren Mittelwert bestimmten Potentialbereich mit einem Toleranzbereich versehen sein, der durch die Vorgabe bestimmt wird, dass die einzelnen Potentialbereiche einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen müssen. Wobei mögliche Kombinationen von Widerständen iterativ oder durch Trial-and-Error ermittelt werden. Beispielsweise kann, wie es dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht bei einer vorgegebenen Spanne des jeweiligen Potentialbereichs von 0,1 V mithilfe folgender Ungleichung die Widerstandswerte Ri bis R6 ermittelt werden.
V1 +I-0,05F < V2 +I-0,05F < V3 +1-0,05F < V4 +1-0,05F < V5 +1-0,05F
Aus einer solchen Ungleichung ist iterativ mögliche Kombinationen von Widerstandswerten für den ersten bis sechsten Wi- derstand zu ermitteln. Z.B. können die Beträge der Widerstände folgende Werte aufweisen: Ri = 2,15kΩ, R2 = lkΩ, R3 = 3,09kΩ, R4 = 825 Ω, R5 = 1,5 kΩ und R6 = 75 Ω.
Die Widerstandsschaltungen 12, 13 können auch in anderer Wei- se aufgebaut sein, wobei es jedoch darauf ankommt, dass sich aus den beiden Widerstandsschaltungen 12, 13 ein Widerstandsnetzwerk bildet, das je nach möglichem Fehlerfall unter- schiedliche Auswirkungen auf ein Messpotential hat. Insbesondere ist es jedoch wünschenswert, dass sowohl die erste Versorgungsleitung 7 als auch die zweite Versorgungsleitung 8 möglichst nicht widerstandsbehaftet sind, so dass kein wesentlicher Abfall der Versorgungsspannung bis zu der Sensoreinheit 2 auftritt.
Die nachfolgende Tabelle gibt eine Hilfestellung bei der Einstellung bzw. Auswahl der Widerstände Ri bis Re, wobei die Auswirkung einer Änderung des entsprechenden in den Zeilen angegebenen Widerstands auf die als Spaltenüberschriften angegebenen Potentialbereiche durch die Größe der Buchstaben widergegeben wird. Dabei bedeutet k eine Verkleinerung und g eine Vergrößerung des Widerstandswertes . Zur Kennzeichnung eines besonders geringen Einflusses einer Änderung des Widerstandswerts sind die Buchstaben g und k in Klammern gesetzt.
Zunächst werden die Widerstand Ri, R3 bis Rζ festgelegt, wobei die Widerstandswerte der Widerstände Ri und R4 identisch gewählt werden, so dass die Spannung am Knoten K4 kleiner als eine Referenzspannung des A/D-Wandlers ist, um auch den Zustand eines Kurzschlusses der Sensorleitung zu der ersten Versorgungsleitung erkennen zu können. Anschließend wird der Widerstandswert des Widerstandes R2 festgelegt, um den Potentialbereich für einen ersten Detektionszustand, d.h. zum Einstellen des Potentialbereiches V3 einzustellen und anschließend wird der Widerstandswert des Widerstandes R3 für einen zweiten Detektionszustand festgelegt, der durch den Potenti- albereich Vi angegeben ist. Mithilfe der oben angegebenen Tabelle werden nun vorzugsweise die Widerstandswerte der Widerstände variiert, die einen möglichst großen Einfluss auf den aus der Tabelle zu entnehmenden Potentialbereich haben, um eine gute Trennung der Potentialbereich für die verschiedenen Fehlerzustände zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Sensorsystem mit einer Sensoreinheit (2) zum Detektieren einer Messgröße und mit einer Auswerteeinheit (1), die mit der Sensoreinheit über eine oder mehrere Verbindungsleitungen (7, 8, 9) verbunden sind,
- wobei die Sensoreinheit (2) einen Sensor (11) aufweist, der einen Signalausgang für ein von der Messgröße abhängiges Messsignal (MS) umfasst; - wobei die Auswerteeinheit (1) einen Spannungsdetektor
(10) aufweist, um abhängig von einem Potential den Zustand der Messgröße zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (2) eine erste Widerstandsschaltung (12), die mit dem Sensor verbunden ist, und die Auswerteeinheit (1) eine zweite Widerstandsschaltung (13) , die mit dem Spannungsdetektor (10) verbunden ist, aufweist, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) gemeinsam über die eine oder mehreren Verbindungsleitungen (7, 8, 9) gekoppelt sind und ein Widerstandsnetzwerk bilden, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) so gestaltet sind, dass der Spannungsdetektor (10) in einem fehlerfreien Zustand der einen oder der mehreren Verbindungsleitungen (7, 8, 9) ein oder mehrere Messpotentiale in einem oder mehreren definierten Messpotentialbereichen abhängig von der Messgröße detektiert und in einem Fehlerfall ein Messpotential detektiert, das in einem Fehlerpotentialbereich liegt, der außerhalb der einen oder mehreren definierten Messpotentialbereiche liegt.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) jeweils als Widerstandskette ausgebildet sind.
3. Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) so ausgebildet sind, dass bei mehreren Fehlerfällen durch mehrere Messpotentiale in entsprechenden mehreren Fehlerpotentialbereichen de- tektierbar sind, um die Art des jeweiligen Fehlerfalls zu erkennen.
4. Sensorsystem nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) so gestaltet sind, dass der Spannungsdetektor (10) bei einer Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen ein Messpotential detek- tiert, das in einem jeweiligen der Fehlerart zugeordneten Fehlerpotentialbereich liegt.
5. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoreinheit (2) und die Auswerteeinheit (1) miteinander über eine Sensorleitung (9) , eine erste und eine zweite Versorgungsleitung (7, 8) verbunden sind.
6. Sensorsystem nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) jeweils als Widerstandskette ausgebildet sind, die miteinander an verschiedenen Knoten über die Sensorleitung (9) und die erste und zweite Versorgungsleitung (7, 8) verbunden sind, wobei Widerstandselemente (Ri-Rß) des Widerstandsnetzwerks so di- mensioniert sind, dass bei Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen (7, 8, 9) das Messpotential auf den entsprechenden Fehlerpotentialbereich eingestellt wird.
7. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei die erste Widerstandsschaltung (12) ein erstes, ein zweites und ein drittes Widerstandselement (Ri, R2, R3) aufweist, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung (7) und der zweiten Versorgungsleitung (8) geschaltet sind, wobei ein erster Knoten (Kl) zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandselement (Ri, R2) mit der Sensorleitung verbunden ist und ein zweiter Knoten (K2) zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstandselement mit dem Signal- ausgang des Sensors verbunden ist.
8. Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei die zweite Widerstandsschaltung (13) ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Widerstandselement (R4-R6) aufweist, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung (7) und der zweiten Versorgungsleitung (8) geschaltet sind, wobei ein dritter Knoten (K3) zwischen dem vierten und dem fünften Widerstandselement (R4, R5) mit der Sensorleitung (9) verbunden ist und ein vierter Knoten (K4) zwischen dem fünften und dem sechsten Widerstandselement (R5-R6) mit dem Spannungsdetektor (10) verbunden ist.
9. Sensorsystem nach Anspruch 8, wobei das erste bis sechste Widerstandselement (Ri-Rβ) so dimensioniert sind, dass die Fehler durch Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen eindeutig anhand des Fehlerpotentialbereichs, in dem sich das Messpotential befindet, identifizierbar sind.
10. Sensorsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei das erste bis sechste Widerstandselement (Ri-Rβ) weiterhin so dimensioniert sind, dass die Fehler durch Kurzschließen einer der Sensorleitung mit einem Festpotential eindeutig anhand des Messpotentials identifizierbar sind.
11. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Sensor (11) ein logischer Sensor mit digitalem Ausgang ist, wobei der Sensor (11) einen Schalter aufweist, der zu einem des ersten bis dritten Widerstandes parallel geschaltet ist und der abhängig von dem Sensorzustand entweder geschlossen oder geöffnet ist.
12. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Sensor einen Hall-Sensor umfasst.
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