DE10119471A1

DE10119471A1 - Verfahren und Zweidrahtsensor zur Messung einer physikalischen Größe

Info

Publication number: DE10119471A1
Application number: DE10119471A
Authority: DE
Inventors: Lothar Blossfeld
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31
Also published as: EP1251474A1; EP1251474B1; US7124655B2; DE50202193D1; US20020153885A1

Abstract

Zur Messung einer physikalischen Größe erzeugt ein Zweidrahtsensor (S) pulsweitenmodulierte Signale (PWM), deren Pulsweite vorzugsweise in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe moduliert werden. Zur Anzeige eines Fehlers oder einer Fehlfunktion erzeugt der Zweidrahtsensor (S) ein Fehlersignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis, das vorzugsweise 1 : 1 beträgt, während für die Meßsignale (PWM) unsymmetrische Pulsweitenverhältnisse vorgesehen sind. Zur Messung einer nur zwei Zustände oder Werte annehmenden physikalischen Größe erzeugt der Zweidrahtsensor (S) ein erstes Meßsignal mit einem vorgebbaren unsymmertrischen Pulsweitenverhältnis und ein zweites Meßsignal, das durch Invertieren des ersten Meßsignals gebildet wird. Der erfindungsgemäße Zweidrahtsensor ist insbesondere für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer physi kalischen Größe mittels eines Zweidrahtsensors.

Die Erfindung betrifft weiter einen Zweidrahtsensor zur Mes sung einer physikalischen Größe.

Zweidrahtsensoren sind aus einem Meßsensor, der eine physika lische Größe wie z. B. die Temperatur, den Druck oder die Feldstärke eines Magnetfeldes mißt, und elektronischen Bautei len zur Verarbeitung der vom Meßsensor gelieferten Signale aufgebaut. Sowohl die Stromversorgung als auch die Weiterlei tung der gemessenen und verarbeiteten Meßsignale erfolgt über nur zwei Leitungen, worauf der Name Zweidrahtsensor zurückzu führen ist. Ein Zweidrahtsensor hat deshalb nur zwei Anschlüs se, 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 unter schiedlicher Stärke liefern. Das Bauelement ist von außen ge sehen passiv, im einfachsten Fall (die Strom/Spannungs kennlinie kann sich ev. auch auf andere Weise ändern) ändert sich sein innerer Widerstand. Bei Stromeinprägung ändert sich die abgreifbare Spannung und bei Spannungseinprägung der re sultierende Strom. Beides kann (auch in Kombination) als Si gnal auf der Empfänferseite ausgewertet werden. Derartige Zweidrahtsensoren werden z. B. in Kraftfahrzeugen als Gurt schloßschalter oder Positionsschalter eingesetzt. Werden Zwei drahtsensoren in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt, ist hohe Zuverlässigkeit erforderlich. Insbesondere sollte ein defekter oder fehlerhaft arbeitender Zweidrahtsensor rechtzei tig 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 ange gebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß der Zweidrahtsensor pulsweitenmodulierte Signale erzeugt.

Schaltungsmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 10 an gegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die vom Zweidrahtsen sor erzeugten Signale pulsweitenmoduliert sind.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, ein pulsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen, lassen sich Fehler und fehlerhafte Funk tionen des Zweidrahtsensors leicht detektieren, denn bei einem Fehler erzeugt der Zweidrahtsensor kein pulsweitenmoduliertes Signal mehr.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, die Pulsweite der vom Zweidrahtsensor erzeugten Meßsignale in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe zu modulieren.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Fehler oder eine Fehlfunktion des Zweidrahtsensors durch ein Fehlersignal mit einer vorgebbaren Pulsweite angezeigt. Vor zugsweise beträgt das Pulsweitenverhältnis des Fehlersignals 1 : 1, während für die Darstellung der zu messenden physikali schen Größe Meßsignale mit unsymmetrischen Pulsweitenverhält nissen gewählt werden.

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 Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung vor, den ersten Wert bzw. Zustand durch ein erstes Meßsignal mit einer ersten vorgebbaren Puls weite darzustellen und den zweiten Wert bzw. den zweiten Zu stand durch ein zweites Meßsignal darzustellen, das durch In vertieren des ersten Meßsignales erzeugt wird.

Wenn das Fehlersignal das symmetrische Pulsweitenverhältnis von 1 : 1 aufweist, wird durch eine Invertierung das Pulsweiten verhältnis nicht verändert. Daher haben z. B. Änderungen eines Magnetfeldes, welches die Signale invertiert, auf das Fehler signal 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 er läutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zwei drahtsensors und

Fig. 2 ein pulsweitenmoduliertes Signal.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen 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 5 liegt auf Masse.

In Fig. 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 Perioden zeit 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 be stimmt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Zwei drahtsensor sind insbesondere für den Einsatz in sicherheits relevanten Bereichen geeignet, weil Fehler oder Fehlfunktionen des Zweidrahtsensors leicht detektierbar sind.

Bezugszeichenliste

PWM pulsweitenmoduliertes Signal
R Widerstand

5

Zweidrahtsensor
Tfp Abfallzeit des Impulses
Th Dauer des High-Pegels
Tp Periodendauer
Trp Anstiegszeit des Impulses

Claims

1. Verfahren zur Messung einer physikalischen Größe mittels eines Zweidrahtsensors (S), dadurch gekennzeichnet, daß der Zwei drahtsensor (S) pulsweitenmodulierte Signale (PWM) er zeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Puls weite 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 Zwei drahtsensor (S) zur Anzeige eines Fehlers oder einer Fehl funktion ein Fehlersignal mit einem vorgebbaren Pulswei tenverhältnis erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Puls weitenverhältnis des Fehlersignals 1 : 1 beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwei drahtsensor (S) zur Darstellung der zu messenden physika lischen Größe Meßsignale (PWM) mit unsymmetrischen Puls weitenverhältnissen erzeugt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwei drahtsensor (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 Meßsi gnales erzeugt.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwei drahtsensor (S) zu seiner Identifikation oder Adressierung ein Identifikationssignal mit einem vorgebbaren Pulswei tenverhältnis erzeugt.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die puls weitenmodulierten Signale durch Ausmessen der Pulsweite ausgewertet werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die puls weitenmodulierten Signale durch Filterung mittels eines Tiefpasses ausgewertet werden.

10. Zweidrahtsensor zur Messung einer physikalischen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Signale (PWM) pulsweitenmo duliert sind.

11. Zweidrahtsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Puls weite der vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Meßsignale (PWM) in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe pulsweitenmoduliert sind.

12. Zweidrahtsensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur An zeige eines Fehlers oder einer Fehlfunktion des Zweidraht sensors (S) ein Fehlersignal mit einem vorgebbaren Puls weitenverhältnis vorgesehen ist.

13. Zweidrahtsensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Puls weitenverhältnis des Fehlersignals 1 : 1 beträgt.

14. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dar stellung der zu messenden physikalischen Größe Meßsignale (PWM) mit unsymmetrischen Pulsweitenverhältnissen vorgese hen sind.

15. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dar stellung einer nur zwei Zustände oder Werte annehmender physikalischer Größe ein erstes Meßsignal mit einem vor gebbaren unsymmetrischen Pulsweitenverhältnis und ein zweites Meßsignal vorgesehen sind, das durch Invertieren des ersten Meßsignales gebildet ist.

16. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10-15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Iden tifikation oder Adressierung des Zweidrahtsensors (S) ein Identifikationssignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenver hältnis vorgesehen ist.

17. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß des Zweidrahtsensors (S), an dem die pulsweiten modulierten Signale (PWM) abnehmbar sind, über einen Wi derstand (R) an einer Versorgungsspannung (V) liegt, wäh rend der andere Anschluß auf Masse liegt.

18. Verfahren oder Zweidrahtsensor nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An stiegszeit 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 Pe riodenzeit ist.