JP2003185493A - 測定装置 - Google Patents

測定装置

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JP2003185493A JP2002293804A JP2002293804A JP2003185493A JP 2003185493 A JP2003185493 A JP 2003185493A JP 2002293804 A JP2002293804 A JP 2002293804A JP 2002293804 A JP2002293804 A JP 2002293804A JP 2003185493 A JP2003185493 A JP 2003185493A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定時にセンサに関連するデータを評価ユ
ニット内で簡単かつ容易に考慮することができ、厳しい
環境でも使用可能である測定装置を提供する。 【解決手段】 センサ１と、分離可能な接続ケーブル２
を介してセンサに接続された評価ユニット３と、この評
価ユニット３を介して問合せ可能である、センサ１に付
設されセンサに関連するデータを有する記憶ユニット４
とを備えた、測定装置において、記憶ユニット４がセン
サ１の外側に配置され、記憶ユニット４に相関可能なセ
ンサ認識能力を有する識別ユニット５がセンサ１内また
はセンサ上に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、センサと、分離可
能な接続ケーブルを介してセンサに接続された評価ユニ
ットと、この評価ユニットを介して問合せ可能である、
センサに付設されセンサに関連するデータを有する記憶
ユニットとを備えた測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような測定装置は今日では多彩な方
法で使用され、それぞれのタスクに適合したセンサによ
って、機械的、電気的、物理的および化学的な量を表す
ために、広い範囲の測定値を検出および評価することを
可能にする。特に例えば調査タスクや開発タスクに関連
して、その際使用されるセンサは今日では、関連する測
定結果を得ることができるようにするために、接続され
た評価ユニットをそれぞれ接続されたセンサに正確にか
つ個別的に適合させることが絶対に必要であるように、
既に特殊化され、独立している。
【０００３】例えば、内燃機関の燃焼室圧力または燃焼
室温度を測定または監視するテストベンチで使用される
ような圧電センサまたはピエゾ抵抗センサと関連して、
測定を正しく行うために必ず考慮すべきであるセンサに
関連する多くのデータがある。センサに関連するこのデ
ータは例えば測定範囲、共振特性、温度ドリフト、較正
に関するデータおよびこのようなセンサを個別的に表
し、センサの寿命の途中で変化し得る類似のデータを含
んでいる。センサに関連するこのデータはその都度セン
サに付設されたデータシートによって検出され、それに
よってセンサの使用の際またはそれぞれの測定装置に組
み込む際に適切に考慮することが可能である。これは、
例えば内燃機関のテストベンチで使用する際に本日ま
で、操作人が然るべきパラメータを評価ユニットに手動
で入力することによって行われる。これは勿論時間がか
かり、エラーを生じやすい。これは特に、測定タスクの
途中で例えば変化した測定範囲を測定するために、使用
されるセンサを頻繁に交換する必要があるときに不利で
ある。
【０００４】最近はいろいろな分野で、マイクロチップ
またはマイクロプロセッサの形をした記憶ユニットをセ
ンサに使用することによって類似の問題を解決しようと
している。この記憶ユニットには、センサに関連するデ
ータが、センサを接続または運転する際に外部から評価
ユニットを経て問合せ可能な方法で記憶されている。こ
れについては例えば特許文献１または特許文献２を参照
されたし。このような装置は記憶ユニットの種類や記憶
容量に応じて、センサに関連するデータの比較的に容易
な読み込みおよび読み出しを可能にするがしかし、適合
した公知のすべての記憶ユニットの比較的に高い感度が
用途を非常に制限するという欠点がある。例えばこのよ
うな装置は比較的に低い周囲温度（通常は約８５°Ｃ、
特殊装置は最高で約２５０°Ｃ）でしか運転できない。
更に、強い振動または衝撃のような負荷等を回避すべき
である。その結果、それ自体簡単なこのような装置の使
用は、非常に制限され、例えば上述の内燃機関のテスト
ベンチの範囲では不可能である。というのは、例えば燃
焼室圧力センサの場合、センサの温度が４００°Ｃに達
し、強い振動負荷を生じるからである。
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第３９０２７６７号公
報
【０００６】
【特許文献２】米国特許第５，０２５，６５３号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の使用に関する上述の欠点を回避し、測定時にセンサに
関連するデータを簡単かつ容易に考慮することができ
る、冒頭に述べた種類の測定装置を改良することであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために、次の考察から出発する。使用現場で事情に
よって（特に内燃機関用テストベンチに関連する上記の
測定タスクの場合に）生じるきびしい周囲条件（高い温
度、振動等）を考慮して、専門家は先ず最初に、上記の
技術水準に従って、センサ内に設けられた記憶ユニット
を、熱的な分離、独立した冷却、振動伝達阻止および類
似の手段によって、この不所望な周囲の影響から遮蔽す
ることを提案した。これはしかし、供されるスペースや
センサの取扱操作性の理由から、実際には妥当でないス
テップである。従って、次のステップとして、記憶ユニ
ットをセンサの外に取付けてきびしい周囲影響因子の範
囲の外に置く方法が存在する。これは、その場合接続ケ
ーブルを介して分離可能に接続されたセンサが許容され
ず、常に記憶ユニット内でセンサに関連するデータによ
って表されるセンサになるという欠点がある。これらの
ことを考慮して、本発明では、記憶ユニットがセンサの
外側に配置され、記憶ユニットに相関可能なセンサ認識
能力を有する識別ユニットがセンサ内またはセンサ上に
設けられている。それによって、記憶ユニットの重要な
基本機能が事実上分割される。きびしい周囲条件に左右
されない、識別データ（例えば簡単な２進コード）の非
常に少ない簡単な要素が物理的にセンサに固定接続され
たままであり、センサに関連するそのほかのデータ（例
えば感度曲線、較正データ等）が分離された記憶ユニッ
トに設けられる。この場合、記憶ユニットセンサの関連
性を保証するために、関連性に対する簡単なセンサ識別
部の検査だけしか必要としない。
【０００９】最も簡単な場合には、センサの識別ユニッ
トは、印刷ラベル、バーコードまたはその他の類似の視
覚的な手段または他の適当な方法で操作人によって問合
せ可能なセンサ識別部だけによって形成可能である。こ
れは、従来の測定装置と比べて、操作人が記憶ユニット
とセンサを実際に関連づけ、それによってあらゆるエラ
ー可能性を有するセンサに関連するデータをデータシー
トから評価ユニットに入力する必要がないという利点が
ある。本発明の範囲内で好ましくは、識別ユニットがセ
ンサ内またはセンサ上に形成される。この識別ユニット
はセンサ識別のために、記憶ユニットまたは評価ユニッ
トによって接続ケーブルを経て問い合わせ可能である。
【００１０】最後に述べたことに関連して、本発明の有
利な実施形では、センサが圧電式測定センサとして形成
されている場合に、センサの識別要素が圧電素子自体に
よって形成され、この圧電素子が逆圧電効果を利用して
記憶ユニットまたは評価ユニットによって、振動要素と
しての接続ケーブルを経て運転可能であり、この振動要
素の共振スペクトルがセンサの識別のために役立つ。そ
の際、このような励振および共振評価のための方法と具
体的な実施は例えばスイス国特許第６５７４５７号明細
書（Ａ５）またはオーストリア国特許第３９３４１６号
明細書によって知られている。勿論、通常の測定のため
に使用される普通の接続ケーブルまたは測定ラインを同
時に、センサの識別ユニットの問合わせのために使用可
能である装置が重要および有利である。その際好ましく
は、構造的な手段によって、センサの振動状態を個別的
に定めることができるので、センサ識別の感度が良好に
なる。これは測定要素またはその周囲の形成によってあ
るいは１個または複数の付加的な振動要素の適切な形成
によって行うことができる。
【００１１】本発明の有利な他の実施形によれば、セン
サの識別ユニットが少なくとも一つの表面弾性波要素を
備え、記憶ユニットまたは評価ユニットによって接続ケ
ーブルを経て高周波パルスを上記表面弾性波要素に供給
可能であり、表面弾性波要素が応答としてセンサ識別の
ために役立つ信号を供給する。その際、圧電材料の表面
に励起される波は、アタッチメント、回路あるいはトラ
ンスデューサまたはリフレクタのインピーダンス負荷に
よって次のように影響を受ける。すなわち、高周波パル
スに対する要素の応答から、情報、例えば簡単な識別コ
ードを取り出すことができるように、影響を受ける。こ
のような装置はそれ自体、例えば独国特許出願公開第４
４０５６４７号公報に記載され、１回および繰り返して
問合わせ可能である、限定された数のビットのメモリの
ために適している。このような要素は純受動的に作動す
る。この場合、高い周波数（代表的な場合には４００Ｍ
Ｈｚ以上の範囲）は測定周波数と共鳴周波数との交互作
用を生じないで効果的な誘導結合を可能にする。この表
面弾性波要素のための圧電物質としては例えば水晶、Ｇ
ａＰＯ4 またはランガシット（Langasit) が使用可能で
ある。本発明の特に有利な実施形では、圧電式測定要素
自体が表面弾性波要素のための基板としての働きをする
ことができる。
【００１２】本発明の他の有利な実施形では、センサの
識別ユニットが少なくとも１個の振動要素を備え、この
振動要素が接続ケーブルを介して記憶ユニットまたは評
価ユニットによって、異なる共振振動数の機械的な振動
を生じるように電気的に励起可能であり、励振振動数の
変化について問合せ可能な共振振動数のパターンがセン
サ識別のために役立つ。その際、電気的に励起可能な或
る数の要素を備えたセンサ内の機械的に振動可能な構造
体、例えば圧電−水晶／セラミックスからなる一種の櫛
構造体が存在する。この場合、個別的に振動可能な舌片
はそれぞれ、１つまたは複数の共振振動数を有すること
ができる。この要素の固有振動数は好ましくは勿論、測
定のために不要であるかあるいはその他の構造体によっ
てひずみまたは影響を受けない範囲内に設けられてい
る。励起可能な振動要素はその固有振動数で励起する際
に、はっきりした共振過剰増大を生じる。これは、評価
ユニットによってセンサ識別のためのパターンとして認
識可能である。センサ内の識別ユニットも、きびしい環
境で影響を受けないように容易に使用可能であり、それ
によってセンサと分離された記憶ユニットの必要な一義
的な割り当てを可能にする。
【００１３】本発明の他の実施形では、識別ユニット
が、知られている値の少なくとも１つの受動的な電気的
成分、特に少なくとも１つの電気抵抗を有し、接続ケー
ブルを経て記憶ユニットまたは評価ユニットによって問
合せ可能であるこの電気的な成分の値が、センサ識別の
ために役立つ。上記の抵抗あるいはコンデンサ、インダ
クタ、導波体または複雑に切換可能なインピーダンスの
ような受動的な電気的成分は、高い温度またはその他の
不利な周囲影響因子に容易に耐え、多くの目的のために
充分であるような少なくとも１つの簡単なセンサ識別を
可能にする。
【００１４】本発明の特に有利な実施形では、記憶ユニ
ット自体がコネクタプラグを含む接続ケーブルの範囲内
に配置されている。これは本発明による装置の簡単な取
扱操作または構成要素の簡単な交換を可能にする。本発
明の範囲内において更に、評価ユニット内にまたは評価
ユニットと結合して別個のモジュールとして記憶ユニッ
トを配置することもできる。この別個のモジュールはそ
れぞれのセンサと共に交換されず、従って問題になって
いるすべてのセンサに関連するデータを含み、場合によ
っては新たに付加されるセンサからのデータの新たな入
力によって実現しなければならない。
【００１５】本発明の有利な他の実施形では、記憶ユニ
ットが両側のコネクタプラグの間の接続ケーブルに一体
化されている。これは簡単な取扱操作を保証し、それぞ
れの記憶ユニットとセンサ認識の上記の相関製に基づい
て、両構成要素の関連づけを簡単に保証する。
【００１６】本発明の特に有利な実施形では、記憶ユニ
ットが評価ユニットの側のコネクタプラグに一体化され
ている。これは構造的に簡単に可能であり、取扱操作を
簡単にする。
【００１７】これに関連して、評価ユニットの側のコネ
クタプラグが、接続ケーブルに固定されたケーブルプラ
グと、このケーブルプラグと評価ユニットの接続ソケッ
トの間で両側を分離可能なアダプタプラグとからなり、
記憶ユニットがアダプタプラグ内に配置されていると有
利である。それによって、コネクタプラグの重要な機能
が本発明の範囲内において分割され、それによって個々
の部品の空間的または構造的な簡単な最適化が可能であ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、図に概略的に示した実施の
形態に基づいて本発明を詳しく説明する。図１〜４は、
本発明による測定装置を実現するための異なる形態を示
している。
【００１９】すべての実施の形態において、センサ１は
分離可能な接続ケーブル２を介して評価ユニット３に接
続されている。センサ１は図示していない方法で測定場
所に固定され、接続ケーブル２を経て、連続的または非
連続的な問合せのまたは独立形の電気信号を評価ユニッ
ト３に供給する。この評価ユニットにおいて、この電気
信号が適当に処理され、その都度測定された量を示す測
定値に変換される。センサ１は例えば圧電式圧力センサ
または力センサとして形成され、図示していない内燃機
関で、燃焼室圧力を測定または監視するために使用可能
である。
【００２０】評価ユニット３によってセンサ１をセンサ
に関連するデータ（例えばセンサ感度等）で識別するた
めに、およびデータシートからの適当な値の手動入力を
操作人によって過剰なほど行うために、センサ１に付設
されセンサに関連するデータを有する記憶ユニット４が
設けられている。この記憶ユニットは例えば然るべきデ
ータを読み込みおよび読み出し可能に含んでいるマイク
ロチップまたはマイクロプロセッサの形をしている。記
憶ユニットはすべての実施の形態においてセンサ１の外
側に配置されている。それによって、記憶ユニットはき
びしいセンサ周囲条件（例えば高温または強い振動）の
不利な作用を受けない。それにもかかわらず、それぞれ
のセンサに対する必要な相関関係を保証できるようにす
るために、記憶ユニットに相関可能なセンサ識別能力を
有する識別ユニット５がセンサ１内またはセンサ上に設
けられている。
【００２１】図１に従って、記憶ユニット４は、センサ
１の側のコネクタプラグ６と評価ユニット３の側のコネ
クタプラグ６の間で接続ケーブル２に一体化されてい
る。しかし、記憶ユニット４自体に図示のように他のコ
ネクタプラグ６が設けられているかどうかあるいは接続
ケーブル２が記憶ユニット４に固定されているかどうか
は重要ではない。更に、センサ１の側のコネクタプラグ
６は固定されたケーブル接続部によって置き換え可能で
ある。それによって全体として、センサ１上の接続ケー
ブル２と共に、記憶ユニットのための分離可能な１個の
差込み接続部が、評価ユニット３の側に残っている。
【００２２】図２では、センサ１は接続ケーブル２によ
って（ここでは更に両側のコネクタプラグ６によって）
評価ユニット３に直接的に差し込み接続されている。記
憶ユニット４はここでは、評価ユニット３に接続された
別個のデータベース内に設けられている。これはその都
度現時点のセンサのローカル接続を簡単化するがしか
し、考慮の対象となるすべてのセンサ１に関するデータ
が記憶ユニット４または対応するデータベース内に記憶
されていることが前提となる。評価ユニット３と記憶ユ
ニット４または対応するデータベースの間のラインによ
る直接的な接続のほかに勿論、例えば必要時にのみ起動
可能なデータリンクを設けることができる。それによっ
て、記憶ユニット４は評価ユニット３から離してかつ複
数のまたはすべての評価ユニット３の中央に設けられた
データベース内に設けることができる。従って、関連す
るデータの問合せは必要時にのみ例えばネットワーク接
続部を介して行われる。
【００２３】図３では、記憶ユニット４は評価ユニット
３の側のコネクタプラグ６に一体化されている。この場
合にも、例えばセンサ１の側に、センサ１に対して接続
ケーブル２を固定連結することができる。
【００２４】図４の実施の形態の場合、評価ユニット３
の側のコネクタプラグ６は、接続ケーブル２に固定され
たケーブルプラグ７と、このケーブルプラグと評価ユニ
ット３の接続ソケットの間に配置され両端で分離可能な
アダプタープラグ８とからなっている。この場合、記憶
ユニット４はアダプタプラグ８に配置されている。
【００２５】図示したすべての実施の形態にとって、記
憶ユニット４が接続ケーブル内のセンサの測定ラインを
介してセンサ１の識別ユニット５と通信を行うことが共
通している。それによって、上記の部品の間の他の接続
は不要である。記憶ユニット４と評価ユニット３の接続
は必要時に複数のラインを経て行うことができる。
【００２６】センサ１の識別ユニット５は詳しく示して
いない上記の方法で、例えば圧電式測定要素によってセ
ンサ１自体に形成可能である。この測定要素は逆圧電効
果を利用して振動要素としての接続ケーブル２を介して
運転可能であり、振動要素の共振スペクトルはセンサ識
別のために役立つ。更に、表面弾性波要素を識別ユニッ
ト５内に設けることができる。励起される高周波パルス
に対するこの表面弾性波要素の応答はセンサ識別のため
に役立つ。識別ユニット５の具体的な構造の他の例は冒
頭に記載してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による測定装置を実現するための実施の
形態を示す。
【図２】本発明による測定装置を実現するための他の実
施の形態を示す。
【図３】本発明による測定装置を実現するための他の実
施の形態を示す。
【図４】本発明による測定装置を実現するための他の実
施の形態を示す。
【符号の説明】
１ センサ ２ 接続ケーブル ３ 評価ユニット ４ 記憶ユニット ５ 識別ユニット ６ コネクタプラグ ７ ケーブルプラグ ８ アダプタプラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ・グラザー オーストリア国、グラーツ、ベルリナーリ ング、73／14 (72)発明者 クラウス− クリストフ・ハルムス オーストリア国、グラーツ、タール− オ ーバービフル、730 (72)発明者 クラウス・ライトマイヤー オーストリア国、グラーツ、ビュルガーガ ッセ、13 (72)発明者 ヨーゼフ・モイク オーストリア国、グラーツ、アイッスルガ ッセ、６ (72)発明者 リューディガー・タイヒマン オーストリア国、ハルト・バイ・グラー ツ、ペータースベルゲンストラーセ、194 カー (72)発明者 ヴオルフガング・ヴアルネファー オーストリア国、グラーツ、ローゼンハイ ンガッセ、３／８ Ｆターム(参考） 2G064 AB21 BD14

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 センサ（１）と、分離可能な接続ケーブ
    ル（２）を介してセンサに接続された評価ユニット
    （３）と、この評価ユニット（３）を介して問合せ可能
    である、センサ（１）に付設されセンサに関連するデー
    タを有する記憶ユニット（４）とを備えた測定装置にお
    いて、記憶ユニット（４）がセンサ（１）の外側に配置
    され、記憶ユニット（４）に相関可能なセンサ認識能力
    を有する識別ユニット（５）がセンサ（１）内またはセ
    ンサ上に設けられていることを特徴とする測定装置。
  2. 【請求項２】 記憶ユニット（４）がコネクタプラグ
    （６）を含む接続ケーブル（２）の範囲内に配置されて
    いることを特徴とする、請求項１記載の測定装置。
  3. 【請求項３】 記憶ユニット（４）が両側のコネクタプ
    ラグ（６）の間の接続ケーブルに一体化されていること
    を特徴とする、請求項２記載の測定装置。
  4. 【請求項４】 記憶ユニット（４）が評価ユニット
    （３）の側のコネクタプラグ（６）に一体化されている
    ことを特徴とする、請求項２記載の測定装置。
  5. 【請求項５】 評価ユニット（３）の側のコネクタプラ
    グ（６）が、接続ケーブル（２）に固定されたケーブル
    プラグ（７）と、このケーブルプラグと評価ユニット
    （３）の接続ソケットの間で両側を分離可能なアダプタ
    プラグ（８）とからなり、記憶ユニット（４）がアダプ
    タプラグ（８）内に配置されていることを特徴とする、
    請求項４記載の測定装置。
  6. 【請求項６】 記憶ユニット（４）が接続ケーブル
    （２）内のセンサ（１）の測定ラインを経て、センサ
    （１）の識別ユニット（５）およびまたは評価ユニット
    （３）と通信を行うことを特徴とする、請求項１〜５の
    いずれか一つまたは複数に記載の測定装置。
  7. 【請求項７】 センサ（１）が圧電式測定センサとして
    形成されている場合に、センサ（１）の識別要素（５）
    が圧電素子自体によって形成され、この圧電素子が逆圧
    電効果を利用して記憶ユニット（４）または評価ユニッ
    ト（３）によって、振動要素としての接続ケーブル
    （２）を経て運転可能であり、この振動要素の共振スペ
    クトルがセンサの識別のために役立つことを特徴とす
    る、請求項１〜６のいずれか一つまたは複数に記載の測
    定装置。
  8. 【請求項８】 センサ（１）の識別ユニット（５）が少
    なくとも一つの表面弾性波要素を備え、記憶ユニット
    （４）または評価ユニット（３）によって接続ケーブル
    （２）を経て高周波パルスを前記表面弾性波要素に供給
    可能であり、表面弾性波要素が応答としてセンサ識別の
    ために役立つ信号を供給することを特徴とする、請求項
    １〜６のいずれか一つまたは複数に記載の測定装置。
  9. 【請求項９】 センサ（１）が圧電センサとして形成さ
    れている場合に、１個の測定要素または複数の測定要素
    の１個が表面弾性波要素のための基板として直接役立つ
    ことを特徴とする、請求項８記載の測定装置。
  10. 【請求項１０】 センサ（１）の識別ユニット（５）が
    少なくとも１個の振動要素を備え、この振動要素が接続
    ケーブル（２）を介して記憶ユニット（４）または評価
    ユニット（３）によって、異なる共振振動数の機械的な
    振動を生じるように電気的に励起可能であり、励振振動
    数の変化について問合せ可能な共振振動数のパターンが
    センサ識別のために役立つことを特徴とする、請求項１
    〜６のいずれか一つまたは複数に記載の測定装置。
  11. 【請求項１１】 センサ（１）の識別ユニット（５）
    が、知られている値の少なくとも１つの受動的な電気的
    成分、特に少なくとも１つの電気抵抗を有し、接続ケー
    ブル（２）を経て記憶ユニット（４）または評価ユニッ
    ト（３）から問合せ可能であるこの電気的な成分の値
    が、センサ識別のために役立つことを特徴とする、請求
    項１〜６のいずれか一つまたは複数に記載の測定装置。
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