FR2912815A1 - Passive capacitive sensor e.g. piezoelectric accelerometer, calibration method for spark ignition engine, involves determining calibration function by identification from signal values, and correcting disturbance measurements by function - Google Patents

Passive capacitive sensor e.g. piezoelectric accelerometer, calibration method for spark ignition engine, involves determining calibration function by identification from signal values, and correcting disturbance measurements by function Download PDF

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Abstract

The method involves injecting a reference signal (S) at an upstream of an analog-to-digital converter (7), and observing a resulting measurement signal (M). A calibration function is determined by an identification from a couple of signal values, and a disturbance measurement is corrected by the calibration function, where the injecting, observing, determination and correcting processes are carried out by moments indicated by a system parameter, that does not utilize a measuring cell (1). An independent claim is also included for a device for detecting a failure under the operation of a sensor.

Description

11

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de calibration d'un capteur passif en fonctionnement. Dans le domaine de la calibration des capteurs il est connu de réaliser des mesures de test hors fonctionnement. Ces mesures procèdent, en déconnectant le capteur de son environnement, par exemple avant son intégration, et en le soumettant à une sollicitation d'amplitude connue S et en mesurant le résultat obtenu M. Ainsi, sur la base d'au moins un couple de valeurs (S, M), il est possible de déterminer une fonction de correction ou de calibration. Une fonction de calibration simple souvent employée est une fonction affine où la grandeur correspondant à la mesure M est égale à m = a *S +b , avec a et b réels, a étant encore dénommé gain ou facteur d'échelle et b étant encore dénommé offset ou décalage. Cependant, il n'est pas toujours possible ou souhaitable de déconnecter le capteur de son environnement d'utilisation. Or certains composants de la chaîne de mesure peuvent voire leur caractéristiques internes varier au cours de l'utilisation, provoquant des variations non souhaitée de la fonction de calibration. Il est donc souhaitable de pouvoir calibrer un capteur, en cours d'utilisation, in situ. A cet effet l'invention propose un procédé de calibration d'un capteur comprenant une cellule de mesure produisant un signal brut et connectée à un conditionneur traitant ledit signal brut pour produire un signal de mesure, comprenant les étapes suivantes : a) injection d'un signal de référence connu, en amont du composant suspect, b) observation du signal de mesure M résultant, c) détermination de la fonction de calibration par identification à partir d'au 25 moins un couple de valeurs, d) application de cette fonction de calibration pour corriger les mesures ultérieures. Selon une autre caractéristique de l'invention, le capteur est un accéléromètre piézoélectrique utilisé comme détecteur de cliquetis pour un moteur à explosion. 30 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les étapes a) à d) sont exécutées à des instants, indiqués par un paramètre système, où la cellule de mesure n'est pas utilisée. Un avantage de l'invention est de permettre la calibration d'un capteur in situ, sans le déconnecter. 35 Un autre avantage de l'invention est de permettre de détecter globalement toutes les perturbations quelles qu'en soient les causes. 2 D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente un exemple de câblage d'un capteur muni d'un dispositif de calibration selon l'invention. La figure 1 illustre, un capteur passif comprenant classiquement une cellule de mesure 1 comprenant au moins un élément sensible réagissant à une sollicitation physique pour produire un signal brut. Ce signal brut est transmis à un conditionneur 2 comprenant les composants nécessaires au traitement dudit signal brut. Ce traitement réalise par exemple une amplification, un filtrage ou une conversion du signal brut issu de la cellule de mesure 1. Ce traitement du signal produit un signal de mesure M. Le conditionneur 2 comprend au moins un composant 7 suspecté de perturber le signal. Cette perturbation peut être en gain et/ou en offset. Cette perturbation peut provenir d'une instabilité du composant 7 dans le temps ou d'une dérive fonction de la température. Il peut s'agir encore d'une dispersion entre composants du même type, en fonction de leur date de fabrication. Ce composant s'intercale entre un bloc amont 3 et un bloc aval 3' du conditionneur 2. Le procédé de calibration selon l'invention comprend les étapes suivantes : a) injection d'un signal de référence S connu, en amont du composant 20 suspect 7, b) observation du signal de mesure M résultant, c) détermination de la fonction de calibration par identification à partir d'au moins un couple de valeurs (S, M), d) application de cette fonction de calibration pour corriger les mesures 25 ultérieures. Le signal S injecté est choisi tel que le signal s issu du bloc amont 3 soit négligeable devant le signal S. Ainsi la superposition du signal S injecté avec ledit signal s négligeable peut être considérée égale au signal S. Selon un autre mode de réalisation, le procédé est appliqué à un instant 30 particulier où la valeur s du signal issu de la cellule de mesure via le bloc aval 3, est connue. Le reste du procédé est alors déroulé en considérant en entrée le signal somme S + s. Connaissant le contenu du bloc aval 3' il est possible de déterminer le signal que l'on devrait observer en sortie M en présence d'un composant 7 parfait. Est ainsi 35 déterminée par comparaison la perturbation occasionnée par ledit composant 7. En considérant un ou plusieurs couples de valeurs (S, M) il est possible d'identifier la perturbation induite par le composant 7 et ainsi la fonction de calibration à appliquer pour 3 corriger ladite perturbation. A titre illustratif, le capteur peut être un capteur capacitif passif, tel un accéléromètre piézoélectrique, du type utilisé comme détecteur de cliquetis pour un moteur à combustion interne. Dans ce cas le bloc aval 3' comprend en série un gain, un filtre passe bande, un redresseur et un intégrateur. Ces éléments sont typiquement numériques et le composant critique 7 est un convertisseur analogique numérique, introduisant essentiellement un offset. Une tension constante S, injectée en amont dudit convertisseur 7, qui s'additionne le cas échéant à une tension s provenant du bloc amont 3, subit un offset dans ledit convertisseur 7. Ce signal est ensuite modifié par les composants du bloc aval 3'. Le signal M est mesuré en sortie. Pour être dans des conditions répétables, la mesure peut avantageusement être effectuée toujours au même angle moteur par exemple 30 TDC (30 après le "Top Dead Center" ou "Point Mort Haut" en Français). En fonction du signal M mesuré en sortie, connaissant les caractéristiques des composant du bloc aval 3', connaissant la valeur du signal S injecté, et le cas échant le signal s issu de la cellule de mesure 1, l'homme du métier sait déterminer l'offset induit par le convertisseur analogique digital 7. Ledit offset est ensuite utilisé pour corriger la mesure finale M en mode nominal (hors procédé de calibration). L'exécution du procédé de calibration est avantageusement améliorée par la présence de deux conditions.  The present invention relates to a method and a device for calibrating a passive sensor in operation. In the field of sensor calibration, it is known to carry out non-operating test measurements. These measurements proceed, by disconnecting the sensor from its environment, for example before its integration, and subjecting it to a known amplitude S and measuring the result obtained M. Thus, on the basis of at least one pair of values (S, M), it is possible to determine a correction or calibration function. A simple calibration function often used is an affine function where the quantity corresponding to the measure M is equal to m = a * S + b, with a and b real, a being again referred to as gain or scale factor and b being still called offset or offset. However, it is not always possible or desirable to disconnect the sensor from its environment of use. However, some components of the measurement chain may even have their internal characteristics vary during use, causing unwanted variations in the calibration function. It is therefore desirable to be able to calibrate a sensor, in use, in situ. To this end, the invention proposes a method of calibrating a sensor comprising a measurement cell producing a raw signal and connected to a conditioner processing said raw signal to produce a measurement signal, comprising the following steps: a) injection of a known reference signal, upstream of the suspect component, b) observation of the resulting measurement signal M, c) determination of the calibration function by identification from at least one pair of values, d) application of this function calibration to correct subsequent measurements. According to another characteristic of the invention, the sensor is a piezoelectric accelerometer used as a knock detector for an internal combustion engine. According to still another characteristic of the invention, the steps a) to d) are executed at times, indicated by a system parameter, where the measuring cell is not used. An advantage of the invention is to allow the calibration of a sensor in situ, without disconnecting it. Another advantage of the invention is that it makes it possible to globally detect all the disturbances whatever the causes. Other features, details and advantages of the invention will emerge more clearly from the detailed description given below for information in connection with drawings in which: FIG. 1 represents an example of wiring of a sensor provided with a calibration device according to the invention. FIG. 1 illustrates a passive sensor conventionally comprising a measurement cell 1 comprising at least one sensitive element reacting to a physical request to produce a raw signal. This raw signal is transmitted to a conditioner 2 comprising the components necessary for processing said raw signal. This processing produces, for example, an amplification, a filtering or a conversion of the raw signal coming from the measuring cell 1. This signal processing produces a measurement signal M. The conditioner 2 comprises at least one component 7 suspected of disturbing the signal. This disturbance can be gain and / or offset. This disturbance can come from instability of the component 7 over time or drift depending on the temperature. It may still be a dispersion between components of the same type, depending on their date of manufacture. This component is inserted between an upstream block 3 and a downstream block 3 'of the conditioner 2. The calibration method according to the invention comprises the following steps: a) injection of a known reference signal S, upstream of the component 20 suspect 7, b) observation of the resulting measurement signal M, c) determination of the calibration function by identification from at least one pair of values (S, M), d) application of this calibration function to correct the subsequent measurements. The injected signal S is chosen such that the signal s coming from the upstream block 3 is negligible in front of the signal S. Thus the superposition of the signal S injected with said negligible signal can be considered equal to the signal S. According to another embodiment, the method is applied at a particular time when the value s of the signal from the measurement cell via the downstream block 3 is known. The remainder of the process is then unrolled by considering as input the sum signal S + s. Knowing the contents of the downstream block 3 'it is possible to determine the signal that should be observed at the output M in the presence of a perfect component 7. The perturbation caused by said component 7 is thus determined by comparison. By considering one or more pairs of values (S, M) it is possible to identify the perturbation induced by the component 7 and thus the calibration function to be applied for 3 correct said disturbance. By way of illustration, the sensor may be a passive capacitive sensor, such as a piezoelectric accelerometer, of the type used as a knock detector for an internal combustion engine. In this case the downstream block 3 'comprises in series a gain, a bandpass filter, a rectifier and an integrator. These elements are typically digital and the critical component 7 is an analog digital converter, essentially introducing an offset. A constant voltage S, injected upstream of said converter 7, which is added, if necessary, to a voltage s originating from the upstream block 3, undergoes an offset in said converter 7. This signal is then modified by the components of the downstream block 3 ' . The signal M is measured at the output. To be in repeatable conditions, the measurement can advantageously be carried out always at the same motor angle, for example 30 TDC (30 after the "Top Dead Center" or "Top Dead Center" in French). As a function of the signal M measured at the output, knowing the characteristics of the components of the downstream block 3 ', knowing the value of the signal S injected, and if necessary the signal s coming from the measuring cell 1, the person skilled in the art knows how to determine the offset induced by the digital analog converter 7. This offset is then used to correct the final measurement M in nominal mode (excluding the calibration method). The execution of the calibration method is advantageously improved by the presence of two conditions.

Il est préférable d'une part que la cellule de mesure 1 ne soit pas sollicitée durant le procédé. Ainsi le signal s issu du bloc amont 3 reste négligeable devant le signal injecté S et n'évolue pas pendant l'exécution du procédé, afin de ne pas perturber ledit procédé. Cette première condition est par exemple déterminée par un paramètre système en provenance d'un superviseur qui indique que le capteur et donc la cellule de mesure 1 ne sont pas utilisés. Une autre alternative est que le signal s reste constant et de valeur s connue pendant l'exécution du procédé. Ainsi dans le cas du détecteur de cliquetis envisagé, un superviseur moteur peut indiquer l'absence de sollicitation (absence de cliquetis) dans certaines conditions de fonctionnement : moteur au ralenti, moteur en phase de coupure d'injection, etc. Dans ces phases la cellule de mesure 1 non sollicitée produit un signal quasi nul ou du moins négligeable devant un signal injecté S ou encore dont la valeur est connue. D'autre part, le signal de mesure M étant directement perturbé, par l'injection du signal de référence S le signal de mesure M ne doit pas être considéré pour sa fonction principale d'indicateur de cliquetis, durant l'exécution du procédé. Ceci peut être réalisé, en utilisant le même paramètre système en provenance d'un superviseur pour inhiber le signal de mesure M. Un module exploitant le signal de mesure M nominal peut 4 ainsi être commandé pour ignorer le signal de mesure M pendant qu'est exécuté le procédé de calibration. Ainsi dans le cas du détecteur de cliquetis, une valeur du signal de mesure M indiquant le cas échéant un cliquetis, ne doit pas être interprétée comme tel, pendant 5 l'exécution du procédé, mais au contraire être ignorée. L'invention concerne encore un dispositif de calibration en fonctionnement d'un capteur, apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'un des modes de réalisation précédents. Un tel dispositif est avantageusement le circuit de mesure/conditionnement nominal, complété par un générateur de signal S et sa connexion permanente audit 10 circuit. Le dispositif comprend encore un moyen d'identification de la fonction de calibration. Le dispositif comprend encore une interface système avec un superviseur indiquant quand il est possible de réaliser la calibration sans être perturbé et sans perturber le système.  It is preferable on the one hand that the measuring cell 1 is not requested during the process. Thus the signal s from the upstream block 3 remains negligible in front of the injected signal S and does not evolve during the execution of the process, so as not to disturb said process. This first condition is for example determined by a system parameter from a supervisor that indicates that the sensor and therefore the measuring cell 1 are not used. Another alternative is that the signal s remains constant and of known value during the execution of the process. Thus, in the case of the knock sensor envisaged, an engine supervisor may indicate the absence of bias (no rattling) under certain operating conditions: engine idling, engine in the injection-cutting phase, etc. In these phases, the unsolicited measurement cell 1 produces a signal that is almost zero or at least negligible in the presence of an injected signal S or whose value is known. On the other hand, the measurement signal M being directly disturbed, by the injection of the reference signal S the measurement signal M must not be considered for its main knock indicator function during the execution of the method. This can be done by using the same system parameter from a supervisor to inhibit the measurement signal M. A module using the nominal measurement signal M can thus be controlled to ignore the measurement signal M during which performed the calibration process. Thus, in the case of the knock detector, a value of the measurement signal M indicating, if appropriate, a knock, must not be interpreted as such during the execution of the method, but on the contrary be ignored. The invention also relates to a calibration device in operation of a sensor, adapted to implement the method according to one of the preceding embodiments. Such a device is advantageously the measuring / conditioning circuit, supplemented by a signal generator S and its permanent connection to said circuit. The device further comprises a means for identifying the calibration function. The device further includes a system interface with a supervisor indicating when it is possible to perform the calibration without being disturbed and without disturbing the system.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1. Procédé de calibration d'un capteur comprenant une cellule de mesure (1) produisant un signal brut et étant connectée à un conditionneur (2) comprenant au moins un composant (7) suspecté de présenter des caractéristiques variables, ledit conditionneur (2) traitant ledit signal brut pour produire un signal de mesure (M), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) injection d'un signal de référence (S) connu, en amont du composant suspect (7), b) observation du signal de mesure (M) résultant, c) détermination de la fonction de calibration par identification à partir d'au 10 moins un couple de valeurs (S, M), d) application de cette fonction de calibration pour corriger les mesures ultérieures. 21 Procédé selon la revendication 1, où le capteur est un accéléromètre piézoélectrique utilisé comme détecteur de cliquetis pour un moteur à explosion. 15 3/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, où les étapes a) à d) sont exécutées à des instants, indiqués par un paramètre système, où la cellule de mesure (1) n'est pas utilisée. 4/ Dispositif de détection de défaillance en fonctionnement d'un capteur, caractérisé en ce qu'il est apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 3.  1. A method of calibrating a sensor comprising a measuring cell (1) producing a raw signal and being connected to a conditioner (2) comprising at least one component (7) suspected of having variable characteristics, said conditioner (2) processing said raw signal to produce a measurement signal (M), characterized in that it comprises the following steps: a) injection of a known reference signal (S), upstream of the suspect component (7), b) observation of the resulting measurement signal (M), c) determination of the calibration function by identification from at least one pair of values (S, M), d) application of this calibration function to correct the subsequent measurements . The method of claim 1, wherein the sensor is a piezoelectric accelerometer used as a knock detector for an internal combustion engine. 3 / A method according to any one of claims 1 to 2, wherein steps a) to d) are performed at times, indicated by a system parameter, where the measuring cell (1) is not used. 4 / Apparatus for detecting failure in operation of a sensor, characterized in that it is capable of implementing the method according to any one of Claims 1 to 3.
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