传感器系统
专利汇可以提供传感器系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种具有用于检测测量参量的 传感器 单元和处理单元的 传感器系统 ，该两个单元至少通过一个或多个 连接线 路相互连接，其中传感器单元具有传感器，该传感器接有供电 电压 并且包括用于取决于测量参量的测量 信号 的信号输出端；其中处理单元具有电压表，从而根据电势检测测量参量的状态，其中传感器单元具有与传感器连接的第一变阻器，并且处理单元具有与电压表连接的第二变阻器，其中第一和第二变阻器至少通过传感器线路共同耦合并且形成 电阻 网，其中如此设计第一和第二变阻器，使得电压表在一个或多个连接线路的无故障状态中根据测量参量检测在一个或多个定义的测量电势范围内的一个或多个测量电势，并且在故障情况下检测位于故障电势范围内的测量电势，其中如此设计第一和第二变阻器的尺寸，使得该故障电势范围位于一个或多个定义的测量电势范围外。，下面是传感器系统专利的具体信息内容。
1.具有用于检测测量参量的传感器单元(2)和处理单元(1)的 传感器系统，该处理单元通过一个或多个连接线路(7、8、9)与传感 器单元连接，
-其中传感器单元(2)具有传感器(11)，该传感器包括用于取 决于测量参量的测量信号(MS)的信号输出端；
-其中处理单元(1)具有电压检测器(10)，从而根据电势检测 测量参量的状态，
其特征在于，所述传感器单元(2)具有与传感器连接的第一变阻 器(12)，并且处理单元(1)具有与电压检测器(10)连接的第二变 阻器(13)，其中第一和第二变阻器(12、13)通过一个或多个连接 线路(7、8、9)共同耦合并且形成电阻网，
其中构造第一和第二变阻器(12、13)，使得电压检测器(10) 在一个或多个连接线路(7、8、9)的无故障状态中根据测量参量检测 在一个或多个定义的测量电势范围内的一个或多个测量电势，并且在 故障情况下检测位于故障电势范围内的测量电势，该故障电势范围位 于一个或多个定义的测量电势范围外。
2.按权利要求1所述的传感器系统，其中所述第一和/或第二变阻 器(12、13)分别构造成电阻链。
3.按权利要求1所述的传感器系统，其中构造所述第一和第二变 阻器(12、13)，使得在多个故障情况下可以通过在相应多个故障电 势范围内的多个测量电势进行检测，从而识别相应的故障情况的类 型。
4.按权利要求3所述的传感器系统，其中构造所述第一和第二变 阻器(12、13)，使得电压检测器(10)在连接线路之一中断时检测 位于属于相应故障类型的故障电势范围内的测量电势。
5.按权利要求1到4中任一项所述的传感器系统，其中所述传感 器单元(2)和处理单元(1)通过传感器线路(9)、第一和第二供电 线路(7、8)相互连接。
6.按权利要求5所述的传感器系统，其中所述第一和第二变阻器 (12、13)分别构造成电阻链，该电阻链在不同的节点上通过传感器 线路(9)以及第一和第二供电线路(7、8)相互连接，其中设计电阻 网的电阻元件(R1-R6)的尺寸，使得在连接线路(7、8、9)之一中 断时将测量电势调节到相应的故障电势范围上。
7.按权利要求5和6中任一项所述的传感器系统，其中所述第一 变阻器(12)具有第一、第二和第三电阻元件(R1、R2、R3)，这些 电阻元件在第一供电线路(7)和第二供电线路(8)之间串联，其中 在第一和第二电阻元件(R1、R2)之间的第一节点(K1)与传感器线 路连接并且在第二和第三电阻元件之间的第二节点(K2)与传感器的 信号输出端连接。
8.按权利要求7所述的传感器系统，其中所述第二变阻器(13) 具有第四、第五和第六电阻元件(R4-R6)，这些电阻元件在第一供 电线路(7)和第二供电线路(8)之间串联，其中在第四和第五电阻 元件(R4、R5)之间的第三节点(K3)与传感器线路(9)连接并且在 第五和第六电阻元件(R5-R6)之间的第四节点(K4)与电压检测器 (10)连接。
9.按权利要求8所述的传感器系统，其中设计所述第一到第六电 阻元件(R1-R6)的尺寸，使得由连接线路之一中断引起的故障可以 根据测量电势所处的故障电势范围明确地鉴定。
10.按权利要求8或9所述的传感器系统，其中此外设计第一到 第六电阻元件(R1-R6)的尺寸，使得由具有固定电势的传感器线路 短路引起的故障可以根据测量电势明确地鉴定。
11.按权利要求1到10中任一项所述的传感器系统，其中所述传 感器(11)是具有数字输出端的逻辑传感器，其中传感器(11)具有 开关，该开关与第一到第三电阻之一并联并且根据传感器状态闭合或 者断开。
12.按权利要求1到11中任一项所述的传感器系统，其中所述传 感器包括霍尔-传感器。
技术领域
本发明涉及一种具有传感器单元以及局部与之分开布置的处理单 元的传感器系统，该传感器单元和处理单元至少通过传感器线路相互 连接。
背景技术
在具有处理单元和外部的传感器单元的系统操作中的可靠性可以 提高，方法是人们执行对上面所述故障的连接线路的诊断。为此，对 最多一个在连接线路上测量的电压进行可信度测试。为了能确定在传 感器供给上的、也就是说在相应的带有供电电压的连接线路上的线路 断开，例如通过位于连接线路内的测量电阻(旁路)监控电压降。在 正确的连接中，传感器单元的供电电流造成可以被测量的电压降。如 果不存在电压降，那么可以推断出线路的中断。如果-假定传感器单 元比整个系统的处理单元具有更小的供电电压-在电阻后的电压太 大，那么这意味着在处理单元的电压供给后面的短路。如果所测量的 电压太小，那么在接地电势后存在短路。传感器单元输出端的电压升 高通过相应地连接电阻限制在大于0V(接地电势)并且小于传感器单 元的供电电压的值上，从而可以根据传感器单元或处理单元的接地和 供电电压区分正常工作和短路。
由于传感器单元的供电电流的关于使用寿命和温度的公差以及供 电线路和传感器单元的电阻的关于使用寿命和温度的公差，在测量电 阻上获得了明显的电压降，这可能导致供电线路中测量电阻中的高功 率损失，从而必须使用能消耗相应的大功率的大结构。此外，对于每 个有待诊断的连接线路，在处理单元中需要测量电阻和相应的测量通 道。这通常是耗费的并且整个装置需要大的空间。
发明内容
该任务通过按权利要求1所述的传感器系统得到解决。
本发明其它优选的设计方案在从属权利要求中进行说明。
按本发明设置传感器系统，该传感器系统具有处理单元和布置在 其外部的用于检测测量参量的传感器单元。传感器单元和处理单元通 过一个或多个连接线路相互连接。传感器单元具有传感器，该传感器 接有供电电压并且包括用于取决于测量参量的测量信号的信号输出 端。处理单元具有电压检测器，从而根据电势检测测量参量的状态。 传感器单元包括与传感器连接的第一变阻器，并且处理单元包括与电 压检测器连接的第二变阻器。第一和第二变阻器通过一个或多个连接 线路相互耦合并且形成电阻网。如此构造第一和第二变阻器，使得电 压检测器在传感器系统的一个或多个连接线路的无故障状态中根据测 量参量检测在一个或多个定义的测量电势范围内的一个或多个测量电 势，并且在故障情况下检测位于故障电势范围内的测量电势。如此设 计第一和第二变阻器的大小，使得故障电势范围位于一个或多个定义 的测量电势范围外。
在本传感器系统中，可以以简单的方法借助于在传感器单元和处 理单元中设置的变阻器定义测量电势范围和与之不同的故障电势范 围，这些范围用测量实现了检测测量参量的状态，或者当在一个或多 个连接线路上出现故障时根据所属的故障电势范围识别并且鉴定该故 障。这可以按本发明用处理单元中的仅仅一个电压检测器来执行，使 得传感器系统的构造可以以简单的方式并且节约空间地进行构造。
按本发明的一种实施方式，第一和/或第二变阻器分别构造成电阻 链。
第一和第二变阻器可以优选地如此进行构造，使得在多个故障情 况中可以通过在相应多个故障电势范围内的多个测量电势进行检测， 从而识别各个故障情况的类型。
第一和第二变阻器尤其可以如此进行构成，使得电压表在连接线 路之一中断时检测测量电势，该测量电势位于各个属于故障类型的故 障电势范围内。
按本发明的一种优选实施方式，传感器单元和处理单元通过传感 器线路、第一和第二供电线路相互连接。处理单元以这种方式向传感 器单元提供供电电压，并且传感器单元可以通过传感器线路向处理单 元提供相应的测量参量。
此外，第一和第二变阻器可以分别构造为电阻链，该电阻链在不 同的节点上通过传感器线路以及第一和第二供电线路相互连接。电阻 网具有电阻元件，设计电阻元件的尺寸，使得在连接线路之一中断时 将测量电势调节到相应的故障电势范围上。
按一种优选的实施方式，第一变阻器具有第一、第二和第三电阻 元件，这些电阻元件在第一供电线路和第二供电线路之间串联。在第 一和第二电阻元件之间的第一节点与传感器线路连接并且在第二和第 三电阻元件之间的第二节点与传感器的信号输出端连接。
此外可以规定第二变阻器具有第四、第五和第六电阻元件，这些 电阻元件在第一供电线路和第二供电线路之间串联，其中在第四和第 五电阻元件之间的第三节点与传感器线路连接并且在第五和第六电阻 元件之间的第四节点与电压表连接。
可以如此设计第一到第六电阻元件的尺寸，使得由连接线路之一 中断引起的故障可以根据在其中测量测量电势的故障电势范围明确地 鉴定。
按一种优选的实施方式，传感器可以是具有数字输出端的逻辑传 感器，其中传感器具有开关，该开关与第一到第三电阻之一并联并且 根据检测的状态闭合或者断开。传感器尤其可以包括霍尔传感器。
附图说明
下面借助于附图对本发明的优选实施方式进行更详细地解释。附 图示出：
图1是按本发明第一实施方式的传感器系统的方框图；
图2是按本发明另一种实施方式的传感器系统；
图3是在图2的实施方式中测量电势范围和故障电势范围的分 布。
具体实施方式
处理单元1用于通过连接线路5建立与布置在电子系统外部的传 感器单元2的连接。调节系统和传感器单元2的这种分开的布置尤其 在必须检测测量值的粗糙的环境条件下是有意义的。因此为了保护调 节系统的电子装置，将该电子装置与传感器单元2分开布置。
由处理单元1中的电源6确保传感器单元2的供电。为此，处理 单元1在第一供电线路7上向传感器单元2提供第一供电电势并且在 第二供电线路8上向传感器单元2提供第二供电电势。传感器单元2 提供输出测量信号到传感器线路9上，该传感器线路与处理单元1的 单独的输入端连接。
处理单元1具有模拟-数字-转换器10，该转换器产生在输出线 路4上输出的控制值。传感器单元2具有传感器11，该传感器根据测 量参量例如温度、压力或其它参量产生测量信号MS。
传感器11与第一和第二供电线路7、8连接，从而向传感器11提 供供电电压。传感器单元2具有第一变阻器12，该第一变阻器与第一 和第二供电线路7、8、传感器线路9以及传感器11的输出端连接。处 理单元1具有第二变阻器13，该第二变阻器与第一和第一供电线路7、 8、传感器线路9以及模拟-数字-转换器10的输入端连接。第一和 第二变阻器12、13因此通过第一和第二供电线路7、8以及传感器线 路9相互连接并且在其共同的错接中形成电阻网。由第一和第二变阻 器12、13组成的电阻网在没有故障的工作状态中在模拟-数字-转换 器的输入端上提供测量电势，该测量电势取决于传感器11输出端上的 测量信号MS。
此外，如此构造电阻网，使得在故障情况中，例如在连接线路5 之一中断时，将测量电势施加在模拟-数字-转换器10上，该测量电 势位于不同于测量电势在正常操作中所处的电势范围的电势范围中。
电阻网优选地形成分压器，该分压器由第一和第二变阻器12、13 的错接形成。如果两个变阻器12、13之间的连接线路之一中断，那么 由此改变分压器的电阻比，并且在模拟-数字-转换器10的输入端上 的测量电势不根据测量信号或者只在很小的程度内根据测量信号调节 到位于故障电势范围内的电势上。由此可以确定存在故障并且确定故 障是那种类型的。因为在第一或第二供电线路7、8之一中断时传感器 11不再正常工作并且另一方面在传感器线路9中断时不能再识别取决 于传感器11测量信号的测量电势，所以故障电势范围在示出的实施例 中基本上不取决于传感器11的状态。此外，通过合适地设计第一和第 二变阻器12、13的尺寸，可以将每种可能的故障情况的故障电势范围 放在不同的电势范围内，从而根据测量电势可以识别连接到传感器单 元2的连接线路的状态是否无故障或者该故障是否以连接线路5之一 中断的形式存在。
连接线路5之间的短路也可以如此探测，并且尤其可以识别第二 供电线路8和传感器线路9之间的短路，从而有利的是为了区分各个 故障类型将用于显示连接线路中断故障的故障电势范围从0V开始放 到不同的电势范围内。
在图2中示出了本发明一种可行的实施方式的更详细的视图。作 为传感器11设置了霍尔-集成电路形式的霍尔传感器，该传感器具有 开集输出端。也就是说，根据霍尔传感器的测量状态，输出端接有或 者高欧姆地接通施加在第二供电线路8上的电势。
第一变阻器具有第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，这些 电阻在第一供电线路7和第二供电线路8之间串联。在第一和第二电 阻R1、R2之间的第一节点K1与传感器线路9连接。在第二电阻R2和 第三电阻R3之间的第二节点K2与霍尔传感器的输出端连接，该输出 端提供测量信号MS。
处理单元1的第二变阻器13具有第四电阻R4、第五电阻R5和第 六电阻R6，这些电阻在第一供电线路7和第二供电线路8之间串联。 在第四电阻和第五电阻R4、R5之间的第三节点K3与传感器线路9连 接。位于第五电阻R5和第六电阻R6之间的第四节点K4连接在模拟- 数字-转换器10的输入端上，从而提供测量电势。
由第一变阻器12和第二变阻器13形成的电阻网分布地布置在处 理单元1和传感器单元2中，其中连接线路5相应地使得电阻并联。 例如第一供电线路7和传感器线路9使得第一电阻R1和第四电阻R4 在由整个电阻网形成的分压器中形成一个总电阻。如果连接线路5之 一中断，那么由此引起的相应电阻的并联取消，从而在第四节点K4上 的测量电势跳到相应故障电势范围中的电势上，该电势不取决于霍尔 传感器11的测量信号MS，因为该传感器不是由于第一和第二供电线 路7、8的中断而功能无效，就是不能再将相应于测量信号的信号在传 感器线路9中断时传递到处理单元1上。
在图3中示例性地示出了在无故障的工作状态中以及在三个连接 线路可能中断时测量电势的电势范围V1-V6。此外，设置了在0V处 的电势范围，当传感器线路或者说第一供电线路和第二供电线路之间 出现短路时，该电势范围由测量电势占据。该电势范围相应于确定的 电势差，该电势差由公差和干扰产生。如果在控制单元中确定所测的 测量电势位于这样的范围内，那么认为是系统的属于该电势范围的状 态。
用V0表示的电势范围说明第一供电线路7或者说传感器线路9与 第二供电线路8短接，而用V1和V3表示的电势范围说明了相应于在无 故障的工作状态中霍尔传感器11的检测状态的范围。电势范围V1由 下面的公式获得，
并且电势范围V3由下面的公式获得：
其中霍尔传感器11的输出端是高欧姆地接通的。电势范围V3由霍尔 传感器11的状态获得，在该状态中输出端连接置于第二供电线路8的 电势上，例如置于测量电势上。
电势范围V2是故障电势范围，该范围显示了第一供电线路7的中 断。电势范围V2由下面的公式获得：
如果传感器线路9中断，那么测量电势位于电势范围V4内，该电 势范围V4可以根据下面的公式计算获得：
当第二供电线路8中断时，测量电势范围V5中的电势。电势范围 V5由下面的公式获得：
优选地如此选择电阻R1到R6的电阻值，使得没有一个电势范围是 相交或者重叠的。
这里示出的实施例包括传感器，该传感器只发出两个输出状态。 然而也可以使用传感器11，该传感器在确定的范围内发出模拟测量信 号。在此，优选地设置电阻R1到R6的电阻值，使得没有一个故障电势 范围位于由测量信号预先给定的测量电势范围内，从而可以根据测量 电势明确区分正常操作和故障情况。
上面列举的用于计算电势范围的计算公式只说明了电势范围的计 算上的平均值，没有考虑霍尔-晶体管的集电极饱和电流，其中这些 范围的差距由公差和干扰确定。在设计电阻值的大小时要注意，故障 电势范围或者说测量电势范围不重叠。为此例如可以给由上面给出的 公式、由其平均值确定的电势范围设置公差范围，该公差范围由默认 值确定，各个电势范围相互间必须具有确定的距离，其中对电阻可能 的组合反复地计算或者通过反复试验进行计算。如与这里示出的实施 例相应，例如可以在各个电势范围的预先给定的0.1V的差距下借助于 下面的不等式对电阻值R1到R6进行计算。
V1+/-0.05V＜V2+/-0.05V＜V3+/-0.05V＜V4+/-0.05V＜V5+/-0.05V
由这样的不等式反复地计算第一到第六电阻的电阻值的可能的组 合。电阻的数值例如可以具有以下值：R1＝2.15kΩ，R2＝1kΩ， R3＝3.09kΩ，R4＝825Ω，R5＝1.5kΩ以及R6＝75Ω。
变阻器12、13也可以以其它方式进行构造，然而其中做到由两个 变阻器12、13形成电阻网，该电阻网根据可能的故障情况对测量电势 具有不同的作用。然而尤其值得追求的是第一供电线路7和第二供电 线路8尽可能是没电阻的，从而供电电压在到传感器单元2之前不出 现显著的下降。
下面的表格给出了在调节或者说选择电阻R1到R6时的帮助，其中 相应的在列中说明的电阻的改变对作为列标题说明的电势范围的影响 通过字母的大小来描述。在此，k表示电阻值变小并且g表示电阻值变 大。为了表示电阻值改变的特别微小的影响，字母g和k置入括号内。
R的变化 (kg) 对电压的影响 V1 V2 V3 V4 V5 1 (gk) gk (gk) 2 kg (kg) kg 3 kg kg 4 gk gk gk gk 5，6 (kg) (kg) kg kg
首先确定电阻R1、R3到R6，其中相同地选择电阻R1和R4的电阻 值，使得在节点K4上的电压小于A/D-转换器的参考电压，从而可以 识别传感器线路与第一供电线路的短路状态。然后确定电阻R2的电阻 值，从而调节用于第一检测状态的电势范围，也就是说为了调节电势 范围V3而进行调节，并且随后确定用于第二检测状态的电阻R3的电阻 值，该电阻值由电势范围V1确定。借助于上述表格，现在优选地改变 电阻的电阻值，这些电阻值对从表格中可以获知的电势范围具有尽可 能大的影响，从而为不同的故障状态很好地分开电势范围。
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