JP5039751B2 - 測定データを得るための試験装置及び試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサユニットを用いて測定データを得るための試験装置及び試験方法に関し、そのセンサユニットのセンサ素子は、測定信号を供給し、かつ、分析ユニットは、測定信号を測定データに変換する測定ラインによって、試験装置と接続し、そして、センサユニットで、又は、センサ内で、センサ識別子が供給され、そのセンサ識別子は、分析ユニットによって取り込まれ、かつ、その取り込まれたセンサ識別子によって割り当てられる第１組のセンサ特性データが保存されるストレージユニットを備え、かつ、その取り込まれた識別子は、分析ユニットによって読み込み可能である。

例えば、エンジン、動力伝達装置、又は、全体の自動車の試験のような試験装置、特に、試験台の環境において、多くのセンサが、例えば、圧力や気温等の様々な測定変数を得るために使用され、それが解析され、かつ、それがさらに処理されている。同じタイプやモデルのセンサでさえ、個々のセンサは、例えば、測定範囲、感度、演算時間といった様々なパラメータ及び較正データを備えた個々のユニットである。さらに、例えば、シリアルナンバー、製造者、耐用年数等の追加データもセンサを用いて理解される。センサによって供給されたデータを処理しなければならない分析ユニットは、正確な測定結果を伝達するために、センサ特性データを考慮しなければならなく、それゆえ、このデータと共に供給され、または、修正される。そのような修正処理は、しかしながら、特に、たくさんのセンサを用いた環境では、高価で、かつ、エラーを起こし易い処理である。この理由のため、たくさんの改良がすでに提案され、少なくとも、センサ特性データを用いて、分析ユニットの自動的な修正を可能とすることが提案されている。

欧州特許第１３０２７５５号明細書、及び、米国特許出願公開第５７９２９５１号明細書から、例えば、センサユニットを用いて、センサを接続するため目的のために、ケーブルを接続するためのプラグで、センサ素子からの距離の修正データといった、センサ特性データを備えたデータキャリアを設置することが知られている。センサへの保存されたセンサ特性データの明らかかつ安全な割り当てを保証するために、プラグは、センサ素子と分離できないように接続されてなくてはならない。このセンサ素子は、接続ケーブルを備え、かつ、プラグはこのように分離できないユニットを構成している。センサが変更されなくてはならないのなら、全てのユニットがその結果として変更されなくてはならない。それは、ケーブルとプラグが動作中に正常で破損していなく、かつ、再度使用可能であるが、結果としてコストが増加する。さらに、割り当てられたプラグのデータキャリアも、プラグがセンサと強固に結合していて、容易に決定することができない混同がおきさえするように、実際分離できなく接続されているセンサに付属しているという保証はない。

欧州特許出願公開第１３００６５７号明細書には、同様に、センサ素子内、又は、上にセンサ識別子を備えた識別子が、識別可能なセンサと共に配置されることが記述されている。
センサ識別子は、分析ユニットによって読み込み可能で、かつ、センサユニットから距離のあるストレージユニットからセンサ特性データをポーリングするために使用可能である。それによって、センサユニットの認証、及び、センサのために保存されているセンサ特性データへの割り当てが保証される。しかしながら、割り当てには、センサ特性データが実際ストレージユニットに保存されていて、かつ、特定のセンサ識別子に正確に割り当て可能でもあることを必要とする。一方で、これは、ストレージユニットがいつも最新のデータを届けなければならないように管理上の努力を増加させる。他方で、エラーの問題が、それによって、ケーブルから、分析ユニット、又は、ストレージユニットでのセンサ特性データのセンサ識別子の割り当てに取って代わる。

しかし、例えば、ケーブル、保存されたデータ、又は、データ割り当てで、エラー認識することは、どのプロセスでも可能ではない。このように、両方の改善案でも、エラーの一定の未解決のリスクが残り、結局、（不認識の）エラー測定となる。

欧州特許第１３０２７５５号明細書 米国特許第５７９２９５１号明細書 欧州特許出願公開第１３００６５７号明細書 独国特許出願公開第４４０５６４７号明細書 スイス国特許第657457号明細書 オーストリア特許第387286号明細書 オーストリア特許第393416号明細書

それゆえ、較正や割当てで、センサ特性データにセンサのエラー認識を可能にさせる分析ユニットによって自動的に較正する測定データを取得するための方法や装置を提供することが本発明の目的である。

この問題は、分析ユニットで読み込み可能、かつ、ストレージユニットの第１のセンサ特性データと比較可能な第１の組のセンサ特性データが記憶されるセンサユニットに、又は、データキャリアを供給し、かつ、第１と第２の組のセンサ特性データが一致すると、分析ユニットが、センサ特性データを考慮して、測定信号を測定データに変換することで解決される。正副のセンサ特性データの存在の結果として、この冗長性は、第１と第２の組のセンサ特性データの比較によって表れる潜在エラーを認識し、かつ、表示ために用いられ、かつ、適切な方法で対処するために用いられる。

有益な実施例では、センサ識別子が強固にセンサ素子と結びついていて、それゆえ、最新の混同が不可能にするように、センサ識別子はセンサ素子で、又は、内に位置している。さらに、例えば、高温、高圧、攻撃的な媒体等の極めて過酷な環境に敏感でないセンサ素子が使用され、それによって、そのようなセンサは非常に柔軟に使用することが可能である。

好ましくは、データキャリアは、センサ素子の外側、つまり、センサ素子の直接の環境の（できるだけ過酷な）環境に位置し、それによって、有益に、通常の電子構成要素が使用可能である。

次に、本発明は、好ましい試験装置を示した、例えであり、かつ、図１に限定されない、図解による有益な実施例を用いることで記載されている。

本発明の実施例によるセンサユニット１及び分析ユニット４を示したものである。

図１の実施例によると、センサユニット１は、例えば、機械的、電気的、物理的、又は、化学的な測定変数を取得するためのセンサであるセンサ素子２と、測定ライン９を接続するためのセンサプラグ３とを備えている。センサ素子２とセンサプラグ３は、センサライン８を介して接続されている。有益には、データキャリア７を備えたセンサプラグ３と、センサ識別子６を備えたセンサ素子２との最新の混同を防止するために、センサ素子２とセンサプラグ３は、センサライン８を介して互いに分離不能に接続されている。しかし、センサプラグ３は、同様に、センサ素子２上に直接配置され、それによって、センサライン８は省略可能である。センサ素子２によって供給され、測定ライン９を介して、分析ユニットに伝達される測定信号は、分析ユニット４で、対応する測定データに変換される。それによって、様々な測定チャンネルが、図１に示すように、分析ユニット４が備えられ、かつ、一般に、その測定チャネルに、様々なセンサユニット２が接続可能である。分析ユニット４は、図１で矢印で示したように、例えば、中央試験台である上位の処理ユニットに測定データを供給する。

センサ素子２で、又は、上に、明確にセンサ素子２を個々に識別するセンサ識別子６が配置されている。センサ識別子６は、異なって設計されており、例えば、センサ素子２が圧電性の読み込みレコーダの場合、それは、圧電素子によってそれ自身が構成されている。逆圧効果を使用することによって、共鳴スペルトルをセンサ識別子のために使用する圧電素子を、振動素子として操作することが可能である。共鳴刺激、及び、このタイプの分析のための実現性及び具体的な実施例は、例えば、スイス国特許第657457号明細書、オーストリア特許第387 286号明細書、又は、オーストリア特許第393416号明細書から知られている。当然、通常の測定操作のために使用される接続ケーブル、又は、測定ラインは、同時に、センサ素子２のセンサ識別子６をポーリングするために使用される配置がここでは好ましい。それによって、好ましい方法で、設計測定の結果として、センサ素子の振動作用を個々に設計可能であり、その結果、センサ識別子６の分離精度が改善される。これは、例えば、センサ素子、又は、それ自身の環境を設計することによって、又は、１以上の追加的な振動素子の目的の設計によって起きる。異なる好ましい実施例によると、センサ識別子６を、高周波数のインパルスが課され、かつ、応答としてセンサ識別子のための信号を供給する弾性表面波素子として設計可能である。その過程で、圧電材料の表面を刺激する波が、素子の応答から高周波数インパルス、情報、例えば、簡単な識別コードを得られるように、付属物、スイッチ、又は、コンバータのインピーダンス負荷によって影響される。このタイプの配置は、例えば、独国特許出願公開第４４０５６４７号明細書に記載されており、繰り返しポーリング可能な限られたビット数のシングルストレージに適している。このタイプの素子は、純粋に受動的に動作し、それによって、高周波数（典型的には、４００ＭＨｚ以上の範囲）は、測定や共振周波数と相互作用することなしに効果的な誘導結合を可能とする。これらの表面のための圧電素子として、水晶、GaPO_4、ランガサイトのような素子が例えば使用可能である。本発明の特に好ましい実施例で、圧電測定自身は、表面波素子のための基板として供給可能である。本発明のさらに好ましい実施例によると、センサ素子２のセンサ識別子６は、様々な共振周波数を持った機械的な振動に電気的に刺激可能な振動素子として設計されさえもすることが可能であり、それによって、刺激頻度の１つの変化を使用して、ポーリング可能な共振周波数のパターンは、センサを認識するために使用される。この過程で、例えば、圧電性結晶/圧電セラミックのくし型構造のタイプで、電気的に刺激可能なある数の素子を備えたセンサ素子２で機械的に振動可能な構造があり、これによって、振動可能なそれぞれの個々のピンが、１つ又はいくつかの共振周波数を持つことが可能である。これらの素子の自然周波数は、好ましくは、測定のために必要とされない、又は、他のセンサの構造によって変形又は影響されることのない範囲内にある。振動可能な振動素子は、それらの自然周波数で、センサ識別子のためのパターンとして認識可能な振動上に、大きな共振拡大を示す。センサ素子２のセンサ識別子の実現は、劣悪な環境でさえ、容易にしよう可能である。本発明の更なる発展した形態で、センサ識別子６は、受動的な電気構成要素、好ましくは、センサ識別子を供給することによってポーリング可能な既知の値の電気抵抗として設計されもする。言及した抵抗、又は、コンデンサ、誘導子、導波部、複雑に接続されたインピーダンスといった受動的な電気構成要素は、容易に高温や悪環境の影響にさらされ、かつ、多くの目的のために十分である少なくとも１つの単純なセンサ識別子を可能とさせる。上述したセンサ識別子６を実装する可能性に加えて、もちろん、ここでは記載されていなく、本発明による配置にしよう可能でもある一連の他の最適な実施例がある。

センサ識別子６は、測定ライン９を介して、又は、おそらく、それ自身のデータラインによって、分析ユニット４によってポーリングされることが可能である。この目的のため、測定ライン９、及び、おそらく、センサライン８でさえ、例えば、大量の通信、及び/又は、測定信号のための１以上の通信、及び/又は、センサ識別子６の問い合わせのための１以上の通信をする。ポーリングされたセンサ識別子６は、現在、ストレージユニット５からデータを検索するために使用されている。このストレージユニット５は、例えば、測定範囲、共振特性、温度ドリフト、センサ感受性、動作時間、又は、事前の損傷といったセンサ識別子６に割り当てられたセンサ特性データ、較正のためのデータ、及び、このタイプのそれぞれのセンサを個々に認識し、かつ、センサの耐用年数の過程を変更もする同様のデータのために、分析ユニット４と（例えば、直接データケーブルやネットワークを介して）接続されている。それと共に、分析ユニット４は、適宜にパラメータ化、又は、較正し、それによって、センサ素子２の測定信号を、求められている測定データに正確に変換することを可能とする。

センサ識別子６に割り当てられたポーリングされたセンサ特性データが、接続されたセンサ素子２と関連性が実際にあることも保証するために、例えば、ＥＥＰＲＯＭといった追加的なデータキャリア７がセンサユニット１に実装され、そのセンサユニットでセンサ素子２のセンサ特性情報が保存されている。図１による実施例の例示として、データキャリア７がセンサプラグ３に割り当てされている。通常、センサユニット１の他の位置、例えば、センサライン８、又は、直接にセンサ素子２でも配置されもする。データキャリア７は、−測定ライン９、又は、それ自身のデータケーブルを介して、及び、たぶんセンサライン８を介して、−分析ユニット４によって読み込まれる。このように、分析ユニット４は、エラーフリーの状態で第１の組のセンサ特性データと一致し、かつ、ストレージユニット５によって供給される第１の組のセンサ特性データを分析ユニット４で比較可能な、２組のセンサ特性データを受け取る。それによって、例えば、製造者、シリアルナンバーといった第１及び第２の組のセンサ特性データの一部のみが互いに比較された場合、それは、例えば、既に十分である。これは、正確な測定のために必要とされたセンサ特性データは、データキャリア上で保存されなければならないということは、絶対的に必要ないということを意味する。第１と第２の組のセンサ特性データが一致した場合のみ、分析ユニット４は、データ、又は、パラメータ化されたものを調整し、かつ、センサ素子２の測定信号は、分析ユニット４で、センサ特性データを考慮した求められている測定データに変換される。

比較が、センサ特性データに違いがあるという結果になった場合、例えば、データキャリアに（例えば、変換、かつ、それと接続されている新たなケーブリングの後に）センサ素子２のエラーの割り当てがされた場合、又は、誤って、ストレージユニット５にセンサ識別子６のためのデータが保存された場合、又は、破損したセンサ識別子を受け取った場合といった試験装置にエラーが存在すると推定される。しかし、測定システムでセンサ特性データに関して存在する冗長性が、少なくとも、そのようなエラーを認識することを可能にする。エラーの場合、対応するエラー信号が、分析ユニット４によって発生し、適切な時点で、例えば、操作者が対応可能な試験台の中央制御のモニタで警告信号がで公表される。このように、誤った測定が認識可能であり、かつ、ある測定チェーン（センサ素子−センサライン/測定ライン−分析ユニット）に制限されている。通常のアプリケーションで、多くのセンサ素子、及び、分析ユニットが存在可能な事実の観点で、これは、エラー認識、及び、検知において現在の可能性の重大な改善を既に示している。

通常、試験装置の個々の構成要素の示された配置の多くの変更は考えられる。例えば、ソトレージユニット５は、分析ユニット４内に、又は、測定ライン９上に配置することも可能であり、データキャリア７は、センサ素子２内、又は、上に配置することも可能であり、センサ識別子６は、センサ素子２の外側に配置することも可能である（例えば、センサライン８上、又は、センサプラグ３内、又は上に）等がある。

明確なセンサ識別子によって、全ての測定配置が同様にテスト可能であることも考えられる。それは、例えば、センサユニット１である、又は、と接続している分析ユニット４の測定チャネルで保存可能ことである。これは、測定配置をグラフを使って、例えば、試験台のモニタで、説明するために使用可能である。同様に、このように、測定配置のいくつかの変形例が認識、かつ、自動的に説明可能である（例えば、配置の循環ポーリングによって）。特定の測定配置の自動的な確認は、例えば、試験台の構築後に、詳細な指示により、可能でもある。

Claims (4)

1. センサユニット（１）を用いて、測定データを取得するための試験装置であって、
   このセンサユニット（１）のセンサ素子（２）は、測定信号を供給し、かつ、
   センサ識別子（６）が、センサユニット（１）内、又は、上に配置され、このセンサ識別子（６）は、センサユニット（１）と、測定ライン（９）を介して、接続されている、測定信号を測定データに変換する分析ユニット（４）によってポーリングされ、かつ、ストレージユニット（５）は、センサ識別子（６）に割り当てられた第１の組のセンサ特性データを保存するために配置され、かつ、ポーリングされたセンサ識別子（６）に割り当てられた第１の組のセンサ特性データは、分析ユニット（４）によって、ストレージユニット（５）から読み込まれる試験装置において
   センサユニット（１）内、又は、上で、データキャリア（７）が備えられ、
   このデータキャリア（７）に、分析ユニット（４）によって読みこみ、かつ、ストレージユニット（５）の第１の組のセンサ特性データと比較可能な第２の組のセンサ特性データが保存されており、かつ、
   第１及び第２の組のセンサ特性データが一致する場合、分析ユニット（４）は、センサ特性データを考慮して、測定信号を測定データに変換することを特徴とする試験装置。
2. 請求項１に記載の試験装置において、
   センサ識別子（６）は、センサユニット（１）のセンサ素子（２）内、又は、上に位置していることを特徴とする試験装置。
3. 請求項１又は２に記載の試験装置において、
   センサユニット（１）に、センサプラグ（３）が備えられ、かつ、
   データキャリア（７）が、センサプラグ（３）内、又は、上に位置していることを特徴とする試験装置。
4. 測定データを取得する方法であって、
   センサユニット（１）のセンサ素子（２）は、少なくとも１つの測定変数を取得し、かつ、測定信号を測定ライン（９）を介して、分析ユニット（４）に送り、
   分析ユニット（４）は、センサユニット（１）内、又は、上に備えられているセンサ識別子（６）をポーリングし、かつ、センサ識別子（６）が保存されているストレージユニット（５）から、割り当てられた第１の組のセンサ特性データがポーリングされる方法において、
   分析ユニット（４）は、センサユニット（１）内、又は、上に備えられたデータキャリア（７）から、そこに保存されている第２の組のセンサ特性データをポーリングし、
   分析ユニット（４）で、第１及び第２の組のセンサ特性データが比較され、かつ、一致する際に、
   第１及び第２のセンサ特性データの測定信号が、センサ特性データを考慮して変換されることを特徴とする方法。

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