EP1251474A1 - Two-wire sensor using pulse width modulation - Google Patents

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EP1251474A1 EP02007440A EP02007440A EP1251474A1 EP 1251474 A1 EP1251474 A1 EP 1251474A1 EP 02007440 A EP02007440 A EP 02007440A EP 02007440 A EP02007440 A EP 02007440A EP 1251474 A1 EP1251474 A1 EP 1251474A1
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Abstract

The two-wire sensor generates pulse-width modulation signals. The pulse width of the two-wire sensor signals may be pulse-width modulated by the physical parameter to be measured. The sensor may generate an error signal of predetermined pulse width ratio to indicate an error or fault. The pulse width ratio of the error signal is preferably 1:1. Independent claims are also included for: (a) a two-wire sensor (b) a method or sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer physikalischen Größe mittels eines Zweidrahtsensors.The invention relates to a method for measuring a physical Size using a two-wire sensor.

Die Erfindung betrifft weiter einen Zweidrahtsensor zur Messung einer physikalischen Größe.The invention further relates to a two-wire sensor for measurement a physical quantity.

Zweidrahtsensoren sind aus einem Meßsensor, der eine physikalische Größe wie z. B. die Temperatur, den Druck oder die Feldstärke eines Magnetfeldes mißt, und elektronischen Bauteilen zur Verarbeitung der vom Meßsensor gelieferten Signale aufgebaut. Sowohl die Stromversorgung als auch die Weiterleitung der gemessenen und verarbeiteten Meßsignale erfolgt über nur zwei Leitungen, worauf der Name Zweidrahtsensor zurückzuführen ist. Ein Zweidrahtsensor hat deshalb nur zwei Anschlüsse, die gleichzeitig der Stromversorgung und der Weiterleitung der gemessenen und verarbeiteten Meßsignale dienen.Two-wire sensors are made of a measuring sensor, which is a physical Size such as B. the temperature, the pressure or the Measures field strength of a magnetic field, and electronic components for processing the signals supplied by the measuring sensor built up. Both the power supply and the forwarding the measured and processed measurement signals take place via only two lines, which gives the name two-wire sensor is. A two-wire sensor therefore only has two connections, the same time the power supply and forwarding serve the measured and processed measurement signals.

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 unterschiedlicher Stärke liefern. Das Bauelement ist von außen gesehen passiv, im einfachsten Fall (die Strom/Spannungskennlinie kann sich ev. auch auf andere Weise ändern) ändert sich sein innerer Widerstand. Bei Stromeinprägung ändert sich die abgreifbare Spannung und bei Spannungseinprägung der resultierende Strom. Beides kann (auch in Kombination) als Signal auf der Empfänferseite ausgewertet werden. Derartige Zweidrahtsensoren werden z. B. in Kraftfahrzeugen als Gurtschloßschalter oder Positionsschalter eingesetzt. Werden Zweidrahtsensoren in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt, ist hohe Zuverlässigkeit erforderlich. Insbesondere sollte ein defekter oder fehlerhaft arbeitender Zweidrahtsensor rechtzeitig erkannt werden. Two-wire sensors are e.g. B. as a contactless magnetic Switch executed depending on the strength and direction of the measuring magnetic field as a measurement signal z. B. a stream of different Deliver strength. The component is seen from the outside passive, in the simplest case (the current / voltage characteristic may change in other ways) his inner resistance. With current impressions changes the voltage that can be tapped and the resulting voltage Electricity. Both can (also in combination) as a signal be evaluated on the recipient side. such Two-wire sensors are used e.g. B. in motor vehicles as a buckle switch or position switch used. Become two-wire sensors used in safety-relevant areas, high reliability is required. In particular, a defective or faulty two-wire sensor in time be recognized.

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.It is therefore an object of the invention to provide a method for measurement a physical quantity by means of a two-wire sensor and to design a two-wire sensor so that a malfunction of the two-wire sensor is detectable.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß der Zweidrahtsensor pulsweitenmodulierte Signale erzeugt.In procedural terms, this task is performed with those specified in claim 1 Features solved in that the two-wire sensor pulse width modulated signals generated.

Schaltungsmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 10 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die vom Zweidrahtsensor erzeugten Signale pulsweitenmoduliert sind.In terms of circuitry, this task is performed with those specified in claim 10 Features solved in that the two-wire sensor generated signals are pulse width modulated.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, ein pülsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen, lassen sich Fehler und fehlerhafte Funktionen des Zweidrahtsensors leicht detektieren, denn bei einem Fehler erzeugt der Zweidrahtsensor kein pulsweitenmoduliertes Signal mehr.Through the measure according to the invention, a pulse width modulated Errors and faulty functions can be generated to generate signal easily detect the two-wire sensor, because with one The two-wire sensor does not generate a pulse-width-modulated error Signal more.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, die Pulsweite der vom Zweidrahtsensor erzeugten Meßsignale in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe zu modulieren.An embodiment of the invention provides the pulse width the measurement signals generated by the two-wire sensor depending modulate from the physical quantity to be measured.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Fehler oder eine Fehlfunktion des Zweidrahtsensors durch ein Fehlersignal mit einer vorgebbaren Pulsweite angezeigt. Vorzugsweise beträgt das Pulsweitenverhältnis des Fehlersignals 1:1, während für die Darstellung der zu messenden physikalischen Größe Meßsignale mit unsymmetrischen Pulsweitenverhältnissen gewählt werden.In a further exemplary embodiment of the invention, a Failure or malfunction of the two-wire sensor caused by a Error signal with a specifiable pulse width is displayed. Preferably is the pulse width ratio of the error signal 1: 1, while for the representation of the physical to be measured Size measurement signals with asymmetrical pulse width ratios to get voted.

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.Different pulse width ratios cannot only represent the physical quantity to be measured, rather can also be determined by different pulse width ratios display other information from the two-wire sensor.

Bei einem Zweidrahtsensor, der eine physikalische Größe mißt, die nur zwei Werte oder Zustände annimmt, sieht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vor, den ersten Wert bzw. Zustand durch ein erstes Meßsignal mit einer ersten vorgebbaren Pulsweite darzustellen und den zweiten Wert bzw. den zweiten Zustand durch ein zweites Meßsignal darzustellen, das durch Invertieren des ersten Meßsignales erzeugt wird.For a two-wire sensor that measures a physical quantity, An exemplary embodiment provides only two values or states the invention, the first value or state by a first measurement signal with a first predeterminable pulse width to represent and the second value or the second state to represent by a second measurement signal, which by inverting of the first measurement signal is generated.

Wenn das Fehlersignal das symmetrische Pulsweitenverhältnis von 1:1 aufweist, wird durch eine Invertierung das Pulsweitenverhältnis nicht verändert. Daher haben z. B. Änderungen eines Magnetfeldes, welches die Signale invertiert, auf das Fehlersignal keinen Einfluß. Ist der Zweidrahtsensor defekt oder verpolt oder die Leitung zum Zweidrahtsensor unterbrochen oder kurzgeschlossen, so gibt er kein pulsweitenmoduliertes Signal ab.If the error signal the symmetrical pulse width ratio of 1: 1, the pulse width ratio becomes by an inversion not changed. Therefore z. B. Changes to a Magnetic field, which inverts the signals, to the error signal no influence. Is the two-wire sensor defective or reverse polarity or the line to the two-wire sensor interrupted or short-circuited, so it does not give a pulse width modulated signal from.

Anhand der Figuren werden das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Zweidrahtsensor näher beschrieben und erläutert.Using the figures, the method and the two-wire sensor according to the invention described and explained in more detail.

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweidrahtsensors und
Figur 2
ein pulsweitenmoduliertes Signal.
The drawing shows:
Figure 1
an embodiment of a two-wire sensor according to the invention and
Figure 2
a pulse width modulated signal.

In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweidrahtsensors gezeigt.1 shows an embodiment of an inventive Two-wire sensor shown.

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 S liegt auf Masse.The one connection of the two-wire sensor S, to which the pulse width modulated signal PWM is tapped via a resistor R is supplied with a supply voltage V. The other connection of the two-wire sensor S is grounded.

In Figur 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 Periodenzeit Tp ist.FIG. 2 shows a pulse width modulated signal with a pulse width ratio Th: Tp of 1: 4 and dashed lines of 1: 2. The rise time Trp and the fall time Tfp of the pulses of the pulse width modulated signal are chosen so that they satisfy the following inequalities: Trp <Tp · Rp / 2 Tfp <Tp · Rp / 2 where Tp is the period of the pulse width modulated signal and Rp is the ratio of the shortest high level to the period of time Tp.

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 bestimmt wird.The pulse width modulated signal can e.g. B. by measuring the Pulse width ratio or by filtering using a Low pass can be evaluated. The low pass filtering delivers a DC voltage value that determines the ratio high to low becomes.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Zweidrahtsensor sind insbesondere für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen geeignet, weil Fehler oder Fehlfunktionen des Zweidrahtsensors leicht detektierbar sind. The method according to the invention and the two-wire sensor according to the invention are especially for use in safety-relevant Suitable areas because of errors or malfunctions of the two-wire sensor are easily detectable.

Bezugszeichenliste

PWM
pulsweitenmoduliertes Signal
R
Widerstand
S
Zweidrahtsensor
Tfp
Abfallzeit des Impulses
Th
Dauer des High-Pegels
Tp
Periodendauer
Trp
Anstiegszeit des Impulses
LIST OF REFERENCE NUMBERS
PWM
pulse width modulated signal
R
resistance
S
Two-wire sensor
tfp
Fall time of the pulse
th
Duration of the high level
tp
period
Trp
Rise time of the pulse

Claims (18)

Verfahren zur Messung einer physikalischen Größe mittels eines Zweidrahtsensors (S),
dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (S) pulsweitenmodulierte Signale (PWM) erzeugt.Method for measuring a physical quantity using a two-wire sensor (S),
characterized in that the two-wire sensor (S) generates pulse width modulated signals (PWM). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsweite der vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Meßsignale in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe pulsweitenmoduliert werden.Method according to claim 1,
characterized in that the pulse width of the measurement signals generated by the two-wire sensor (S) are pulse width modulated as a function of the physical quantity to be measured. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (S) zur Anzeige eines Fehlers oder einer Fehlfunktion ein Fehlersignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis erzeugt.The method of claim 1 or 2,
characterized in that the two-wire sensor (S) generates an error signal with a predefinable pulse width ratio to indicate an error or a malfunction. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Pulsweitenverhältnis des Fehlersignals 1:1 beträgt.Method according to claim 3,
characterized in that the pulse width ratio of the error signal is 1: 1. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (S) zur Darstellung der zu messenden physikalischen Größe Meßsignale (PWM) mit unsymmetrischen Pulsweitenverhältnissen erzeugt.The method of claim 1, 2, 3 or 4,
characterized in that the two-wire sensor (S) generates measurement signals (PWM) with asymmetrical pulse width ratios to represent the physical quantity to be measured. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (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 Meßsignales erzeugt. Method according to one of the preceding claims 1-5,
characterized in that the two-wire sensor (S) generates a first measurement signal with a predeterminable pulse width ratio and a second measurement signal by inverting the first measurement signal to represent a physical quantity that only takes two states or values. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidrahtsensor (S) zu seiner Identifikation oder Adressierung ein Identifikationssignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis erzeugt.Method according to one of the preceding claims 1-6,
characterized in that the two-wire sensor (S) generates an identification signal with a predeterminable pulse width ratio for its identification or addressing. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die pulsweitenmodulierten Signale durch Ausmessen der Pulsweite ausgewertet werden.Method according to one of the preceding claims 1-7,
characterized in that the pulse width modulated signals are evaluated by measuring the pulse width. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die pulsweitenmodulierten Signale durch Filterung mittels eines Tiefpasses ausgewertet werden.Method according to one of the preceding claims 1-7,
characterized in that the pulse width modulated signals are evaluated by filtering using a low pass. Zweidrahtsensor zur Messung einer physikalischen Größe,
dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Signale (PWM) pulsweitenmoduliert sind.Two-wire sensor for measuring a physical quantity,
characterized in that the signals (PWM) generated by the two-wire sensor (S) are pulse-width modulated. Zweidrahtsensor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsweite der vom Zweidrahtsensor (S) erzeugten Meßsignale (PWM) in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe pulsweitenmoduliert sind.Two-wire sensor according to claim 10,
characterized in that the pulse width of the measurement signals (PWM) generated by the two-wire sensor (S) are pulse width modulated as a function of the physical variable to be measured. Zweidrahtsensor nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige eines Fehlers oder einer Fehlfunktion des Zweidrahtsensors (S) ein Fehlersignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis vorgesehen ist.Two-wire sensor according to claim 10 or 11,
characterized in that an error signal with a predefinable pulse width ratio is provided to indicate an error or a malfunction of the two-wire sensor (S). Zweidrahtsensor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das Pulsweitenverhältnis des Fehlersignals 1:1 beträgt.Two-wire sensor according to claim 12,
characterized in that the pulse width ratio of the error signal is 1: 1. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 - 13,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung der zu messenden physikalischen Größe Meßsignale (PWM) mit unsymmetrischen Pulsweitenverhältnissen vorgesehen sind.Two-wire sensor according to one of the preceding claims 10-13,
characterized in that measurement signals (PWM) with asymmetrical pulse width ratios are provided to represent the physical quantity to be measured. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 - 14,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung einer nur zwei Zustände oder Werte annehmender physikalischer Größe ein erstes Meßsignal mit einem vorgebbaren unsymmetrischen Pulsweitenverhältnis und ein zweites Meßsignal vorgesehen sind, das durch Invertieren des ersten Meßsignales gebildet ist.Two-wire sensor according to one of the preceding claims 10-14,
characterized in that a first measurement signal with a predeterminable asymmetrical pulse width ratio and a second measurement signal are provided to represent a physical quantity assuming only two states or values and a second measurement signal which is formed by inverting the first measurement signal. Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 - 15,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation oder Adressierung des Zweidrahtsensors (S) ein Identifikationssignal mit einem vorgebbaren Pulsweitenverhältnis vorgesehen ist.Two-wire sensor according to one of the preceding claims 10-15,
characterized in that an identification signal with a predeterminable pulse width ratio is provided for the identification or addressing of the two-wire sensor (S). Zweidrahtsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 - 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß des Zweidrahtsensors (S), an dem die pulsweitenmodulierten Signale (PWM) abnehmbar sind, über einen Widerstand (R) an einer Versorgungsspannung (V) liegt, während der andere Anschluß auf Masse liegt.Two-wire sensor according to one of the preceding claims 10-16,
characterized in that one connection of the two-wire sensor (S), at which the pulse-width-modulated signals (PWM) can be removed, is connected to a supply voltage (V) via a resistor (R), while the other connection is connected to ground. Verfahren oder Zweidrahtsensor nach einem der vorangehen den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegszeit 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 Periodenzeit ist.Method or two-wire sensor according to one of the preceding claims,
characterized in that the rise time Trp and the fall time Tfp of the pulses of the pulse width modulated signal are selected so that they satisfy the following inequalities: Trp <Tp · Rp / 2 Tfp <Tp · Rp / 2 where Tp is the period of the pulse width modulated signal (PWM) and Rp is the ratio of the shortest high level to the period.
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