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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, umfassend
einen Sensor und eine daran angeschlossene Verarbeitungseinheit
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Derartige Sensoranordnungen kommen
in den verschiedensten Messapplikationen zum Einsatz. Eine aus der
Fahrzeugtechnik bekannte Sensoranordnung zur Messung einer Raddrehzahl
der Räder
eines Kfz ist in 1 dargestellt.
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1 zeigt
eine aus dem Stand der Technik bekannte Sensoranordnung mit einem
Radsensor 1 und einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit 2. Bei
den Radsensoren 1 handelt es sich üblicherweise um Hall-Sensoren,
die mit einem am Rad befestigten magnetischen Geber (nicht gezeigt)
zusammenwirken.
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Der Radsensor 1 wird von
der Auswerteeinheit 2 über
eine 2-Draht-Schnittstelle
(Anschlussleitungen 9,25) mit Spannung V versorgt,
die über
Dioden 10,11 und einen Schalter 12 zugeführt wird.
Der Radsensor 1 umfasst ferner zwei parallel geschaltete Stromquellen 4,5,
von denen die Stromquelle 5 mittels eines Schalters 6 schaltbar
ist. Bei Vorbeilaufen des Gebers (nicht gezeigt) wird die Stromquelle 5 zugeschaltet,
ansonsten bleibt sie ausgeschaltet. Auf diese Weise werden Rechteckimpulse
mit einer Stromstärke
von z.B. 7 mA (low-Pegel)
und 14 mA (high-Pegel) erzeugt, die dem Versorgungsstrom aufmoduliert
werden. Auf den Anschlussleitungen 9,25 wird neben
dem Versorgungsstrom somit auch das Messsignal geführt.
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Die eigentliche Auswertung des Messsignals erfolgt
durch Strommessung an der Minus-Leitung 25 (masseseitige
Anschlussleitung) des Sensors 1. Hierzu umfasst die Auswerteeinheit 2 eine
Auswerteschaltung 3 mit einem in der Minus-Leitung 25 angeordneten
Messwiderstand 21 und einem Komparator 22.
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Der Komparator 22 der Auswerteschaltung 3,
der Schalter 12 und die Diode 11 sind in einem IC-Schaltkreis 18 (ASIC)
integriert. Der IC-Schaltkreis 18 hat ebenfalls einen versorgungsseitigen Plus-Anschluss 13 und
einen masseseitigen Minus-Anschluss 14.
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Der Ausgang des Komparators 22 ist
mit einem Mikroprozessor 19 verbunden, der weitere Einrichtungen
(nicht gezeigt) wie z.B. Radbremsen, ansteuern kann.
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In der Versorgungsleitung 9 sind
ferner Entstörkondensatoren 17,23 zur
Einhaltung von EMV-Vorschriften vorgesehen.
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Die dargestellte Sensoranordnung
hat den Nachteil, dass die Verdrahtung von Sensor 1 und Auswerteeinheit 2 über eine
2-Draht-Schnittstelle
relativ aufwändig
und kostenintensiv ist. Darüber
hinaus erfordert die elektromagnetische Entstörung der masseseitigen Anschlussleitung 25 zusätzlichen
Aufwand.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten
Sensoranordnung besteht darin, dass Sensor und Auswerteeinheit nur
in der vorgegeben 2-Draht-Anordnung angeschlossen werden können und
keine Möglichkeit
besteht, in speziellen Anwendungen auch andere Anschlussvarianten
zu realisieren.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Sensoranordnung zu schaffen, die kostengünstiger ist, und bei der der
Sensor masseseitig je nach Bedarf unterschiedlich an die Auswerteeinheit
oder Masse angeschlossen werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung
durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der wesentliche Gedanke der Erfindung
besteht darin, die Auswertung des vom Sensor gelieferten Messsignals
auf der Seite der Energieversorgung des Sensors (d.h. auf der Seite
auf der die Versorgungsspannung zugeführt wird bzw. auf der Seite des
Plus-Anschlusses) durchzuführen.
Hierzu ist eine Auswerteschaltung vorgesehen, die auf der Seite
der Energieversorgung des Sensors angeordnet ist und die das vom
Sensor erzeugte, auf einer Versorgungsleitung geführte Messsignal
auswertet. Durch die Anordnung der Auswerteschaltung auf der Seite
der Energieversorgung des Sensors ist es möglich, die masseseitige Anbindung
des Sensors je nach Bedarf unterschiedlich zu gestalten.
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Sofern der Sensor ein Metallgehäuse aufweist,
ist es möglich,
das Metallgehäuse
direkt (ohne zusätzliche
Kabelverbindung) mit Masse zu verbinden. Dies kann beispielsweise
mit Hilfe eines Bolzens erfolgen, an dem das Sensorgehäuse befestigt, insbesondere
festgeschraubt oder festgeschweißt, wird.
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Handelt es sich bei dem Sensor um
einen Fahrzeugsensor, wie z.B. einen Radsensor, kann der Bolzen
beispielsweise direkt an der Fahrzeug-Karosserie befestigt sein.
Diese Ausführungsform
hat insbesondere den Vorteil, dass kein zusätzliches masseseitiges Anschlusskabel
zwischen Sensor und Einheit erforderlich ist und die entsprechenden
masseseitigen Anschlüsse
an Sensor und Einheit eingespart werden können. Ein EMV-Schutz der masseseitigen
Anschlussleitungen, wie er im dargestellten Stand der Technik durch
einen EMV-Kondensator 20 verwirklicht
wurde, ist ebenfalls nicht mehr erforderlich.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann der Sensor auch über ein kurzes Leitungsstück, welches
am Minus-Anschluss
des Sensors angeschlossen ist, mit Masse verbunden sein. Dies ist
insbesondere dann sinnvoll, wenn das Sensorgehäuse nicht aus Metall besteht.
Auch in diesem Fall kann eine lange masseseitige Anschlussleitung zwischen
Sensor und Auswerteinheit, der masseseitige Anschluss der Auswerteeinheit
sowie der EMV-Schutzkondensator eingespart werden.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung ist der Sensor masseseitig mit einer Leitung an der
Auswerteeinheit angeschlossen, wobei sich die Masseverbindung in
der Auswerteeinheit befindet. Der masseseitige Anschluss der Auswerteeinheit
ist vorzugsweise unmittelbar mit Masse verbunden. Bei dieser Ausführungsform
kann ebenfalls der an der masseseitigen Anschlussleitung angeschlossene
EMV-Entstörkondensator
eingespart werden.
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Gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit einen Schalter, der am
Minus-Anschluss des Sensors angeschlossen ist. Der Schalter ist
vorzugsweise in einem IC integriert und selbst an Masse angeschlossen. Dies
hat den Vorteil, dass im Falle eines Kurzschlusses die Sensor-Masse
mit Hilfe des Schalters abgeschaltet werden kann.
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Die Auswerteschaltung zur Auswertung
des Messsignals umfasst vorzugsweise einen in der Versorgungsleitung
angeordneten Messwiderstand sowie einen daran angeschlossenen Komparator.
Der Messwiderstand und/oder der Komparator sind vorzugsweise in
einem IC-Schaltkreis (ASIC) integriert.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der beigefügten
Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Sensoranordnung, bei der die Auswertung des Messsignals in der masseseitigen Anschlussleitung
erfolgt; und
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2 eine
Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung mit mehreren Anschluss-Alternativen.
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Bezüglich der Erläuterung
von 1 wird auf die Beschreibungseinleitung
verwiesen.
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2 zeigt
eine Sensoranordnung mit einem Radsensor 1, der über Anschlussleitungen 9,25 an
eine Auswerteeinheit 2 angeschlossen ist. Der Radsensor 1 hat
einen Plus-Anschluss 7 (Versorgungsanschluss), an dem eine
Versorgungsspannung V anliegt, sowie einen masseseitigen Minus-Anschluss 8.
Die Auswerteeinheit 2 hat entsprechende Plus- und Minus-Anschlüsse 15,16.
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Der Radsensor 1 umfasst
einen Hall-Sensor 27, der bei Vorbeilaufen eines am Rad
befestigten Gebers (nicht gezeigt) ein Signal erzeugt. Letzteres wird
genutzt, um eine Stromquelle 5 mittels eines Schalters 6 ein-
und auszuschalten. Das auf diese Weise erzeugte Sensor- bzw. Messsignal
wird auf den auf der Versorgungsleitung 9 fließenden Versorgungsstrom
aufmoduliert.
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Zur Auswertung des Sensorsignals
ist eine Auswerteschaltung 3 vorgesehen, die einen in der Versorgungsleitung 9 angeordneten
Messwiderstand 21, sowie einen daran angeschlossenen Komparator 22 umfasst.
Der Messwiderstand 21 und der Komparator 22 sind
in einem IC-Schaltkreis 18 (ASIC) integriert, der Bestandteil
der Auswerteeinheit 2 ist.
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Wie zu erkennen ist, ist die Auswerteschaltung 3 auf
der Seite der Energieversorgung des Sensors 1 angeordnet.
Dadurch kann der Anschluss des Sensors 1 an Masse 26 je
nach Bedarf gestaltet werden. Mehrere Anschlussmöglichkeiten des Sensors 1 an
Masse 26 sind mit den Bezugszeichen A-D angegeben.
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Bei der Anschlussvariante A kann
das Sensorgehäuse,
sofern dieses aus Metall besteht, direkt mit Masse 26 verbunden
werden. Die Anbindung an Masse kann z.B. über einen Bolzen erfolgen,
der z.B. am Fahrzeuggehäuse
befestigt ist. In diesem Fall können
die Minus-Anschlüsse 8,16 von
Sensor 1 und Auswerteeinheit 2, die masseseitige
Anschlussleitung 25 sowie der EMV-Entstörkondensator 20 eingespart
werden.
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Bei der Anschlussvariante B wird
der Sensor 1 über
eine kurze Anschlussleitung 25 mit Masse 26 verbunden.
Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Sensorgehäuse z.B.
aus Kunststoff besteht und keine direkte Masseanbindung möglich ist. In
diesem Fall können
zumindest ein Stück
der masseseitigen Anschlussleitung 25, der Minus-Anschluss 16 der
Auswerteeinheit 2, der EMV-Entstörkondensator 20 und
die geräteinterne
Anschlussleitung zum ASIC 18 entfallen.
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Bei der dritten Anschlussvariante
C wird der Minus-Anschluss 8 des Sensors 1 über das
masseseitige Anschlusskabel 25 an der Auswerteeinheit 2 angeschlossen.
Der Minus-Anschluss 16 der Auswerteeinheit 2 ist
direkt mit Masse 26 verbunden. Der Masseanschluss 26 liegt
in diesem Fall innerhalb der Auswerteeinheit 2. Auch bei
dieser Anschlussvariante C kann somit zumindest die geräteinterne
Verbindungsleitung zum ASIC 18 sowie ein Minus-Anschluss 14 des
ASIC 18 eingespart werden.
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Bei einer vierten Anschlussvariante
D ist der Minus-Anschluss 8 des Sensors 1 mit
einem Schalter 24 verbunden, der im ASIC 18 integriert
ist. Der Schalter 24 ist üblicherweise ein Transistor,
der im Falle eines Kurzschlusses ausgeschaltet werden kann, um den
Stromfluß nach
Masse 26 zu unterbrechen. Der Schalter 24 wird
dabei von einer Einrichtung (nicht gezeigt) angesteuert, welche
in der Lage ist, einen Kurzschluss zu erkennen.
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- 1
- Sensor
- 2
- Auswerteeinheit
- 3
- Auswerteschaltung
- 4
- Stromquelle
- 5
- Stromquelle
- 6
- Schalter
- 7
- Plus-Anschluss
- 8
- Minus-Anschluss
- 9
- Versorgungsleitung
- 10
- Diode
- 11
- Diode
- 12
- Schalter
- 13,14
- IC-Anschlüsse
- 15,16
- Anschlüsse der
Auswerteeinheit
- 17
- EMV-Kondensator
- 18
- IC-Schaltkreis
- 19
- Mikrocontroller
- 20
- EMV-Kondensator
- 21
- Messwiderstand
- 22
- Komparator
- 23
- Kondensator
- 24
- Schalter
- 25
- Masseseitige
Anschlussleitung
- 26
- Masse
- A-D
- Anschlussvarianten
- V
- Versorgungsspannung