TWI276781B - Method and device for diagnosing trouble with sensor function - Google Patents

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1276781 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明（1 ) 本發明係關於，將物理量變換成電氣信號而輸出之感 應器所輸出之電氣信號輸入單晶片微電腦，藉此進行輸出 控制之裝置之感應器功能之故障診斷方法*及其装置。 先參照第7圖，說明傳統之感應器功能之故障診斷系 統之一涸例子。驅動電路1之輸出信號S1輸入感應器2， 驅動該感應器2。感應器2將物理量變換成電氣信號，輸出 感應器輸出信號S2。該感應器輸出信號S 2輸入到介面電路 3。該介面電路3將感應器輸出信號S 2加工成單晶片微電 腦4可以辨認之信號，而輸出電氣信號（數位信號）S3。 軍晶片微電腦4將從介面電路3接受之電氣信號S3* K預先記億在記憶器4A之程式變換成帶有一定之功能之控 制信號S4，輸出到輸出電路5。輸出電路5則依控制信號 S4驅動負荷6。 上述感應器輸出信號S 2通常是在感應器輸出之輸出範 圍內。惟，當感應器2發生功能故障，感應器輸出信號S2 未能在該輸出範圍時，介面電路3之電氣信號S3便會脫離 單晶片微電腦4之輸入範圍。因此，單晶片微電腦4便輸 出失效信號S5。輸出電路5在輸入該失效信號S5時，則點 亮失效燈7。其结果，可檢出感應器輸出信號s 2未能在上 逑輸出範圍內之感應器功能之故障。 然而’雖然已發生感應器功能之故障，但感應器輸出 信號S 2仍在上述輸出範圍內時，從介面電路3輸出之電氣 信號S3成為那一種信號並不清楚，要檢出該感應器功能之 故障很困難。 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（2Ι〇χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-------- •線 — 1276781 Λ7 Π7 五、發明說明（2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之目的在提供，縱使從感應器輸出之感應器輸 出信號S 2仍在上逑輸出範圍內，也可K檢出感應器功能之 故障之感應器功能之故障診斷方法，及裝置。 為了達成上述目的，本發明係將物理量變換成電氣信 號而輸出之感應器所輸出之電氣信號輸入單晶片微處電腦 ，藉此進行輸出控制之感應器功能之故障診斷方法，其特 徵在於，驅動上述感應器之驅動電路，由上述單晶片微電 腦輸出之驅動信號加Μ控制。 同時，本發明係具有，將物理量變換成電氣信號而輸 出之感應器，及具有輸入其電氣信號Μ進行輸出控制之單 晶片微電腦之輸出控制裝置之感應器功能之故障診斷裝置 ，其特徵在於，具備有，由上逑單晶Μ微電腦輸出之驅動 信號控制，驅動上述感應器之驅動電路，而由上逑單晶片 微電腦控制上逑驅動電路之驅動，藉此診斷感應功能之故 障。 依據本發明時，也可Μ檢出感應器輸出在輸出範圍內 之感應器功能之故障。 茲參照附圖，詳细說明本發明如下。第1圖係表示本 發明一實施形態之感應器功能之故障診斷条統之方塊圖。 在該圖，單晶片微電腦14藉由預先記億在記憶器14Α 之程式輸出驅動信號S16(例如，時間脈衝信號），該驅動 信號S1 6輸入驅動電路11。驅動電路11之輸出信號S11輸入 感應器12，驅動該感應器12。感應器12將物理量變換成電 氣信號，輸出感應器輸出信號S12。該感應器輸出信號S12 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 X 297公髮） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 - -I I^OJ«ΙιίΙΙ — i— I I i I I I ^ -ϋ ϋ 4 n I n ϋ ϋ I- n ϋ n ϋ I I _ 1276781 Λ7 B7 77 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（3 ) 輸入到介面電路13。該介面電路13將感應器輸出信號S12 加工成單晶Η微電腦14可K辨認之信號，輸出電氣信號（ 數位信號）S13。 單晶Η微電腦14將從介面電路13接受之電氣信號S13 ，以預先記憶在記憶器14 Α之程式變換成帶有一定之功能 之控制信號S14,輸出到輸出電路15。輸出電路15則依該 控制信號S14，驅動負荷16。 當單晶片微電腦14M驅動信號S16而使驅動電路11停 止動作時，感應器12便輸出預定之一定之感應器輸出信號 S12。介面電路13在接到該一定之感應器輸出信號S12時， 則輸出對應此之一定之電氣信號（數位信號）S13。 在此，假設雖然感應器12故障，但感應器12仍輸出某 一輸出範圍內之感應器輸出信號S12時之情形。這時，簞 晶片微電腦14停送驅動信號S16，使驅動電路11停止動作 時，感應器12便不再輸出上述預定之一定之感應器輸出信 號S12，介面電路13也不再輸出上述一定之電氣信號S13。 其结果，簞晶片微電腦14便判斷是感應器12故障，而向輸 出電路15輸出失效信號S15。藉此，輸出電路15則點亮失 效燈17。 再者，因感應器12故障，感應器輸出信號S12未能在 上述輸出範圍内時，從介面電路13送出之電氣信號S13便 會脫離單晶片微電腦14之輸入範圍。因此，單晶片微電腦 14便輸出失效信號S15，點亮失效燈7,而診斷為故障，這 與傳統裝置相同。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)/\4規格（210 X 297公釐） ^------：---.-------------訂ϋ 1 n an 11 II I 線！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t 1276781 Λ7 .B7 五、發明說明（4 ) 第2圖係說明單晶片微電腦14之動作之流程圖。在步 驟S1，判斷是否是故障診斷模式，此判斷為否定（執行模 式）時，前進到步驟S2，驅動驅動電路11。在步驟S3，判 斷從介面電路13送出之電氣信號S13是否在一定之輸出範 圍内。此判斷是肯定時，前進到步驟S4，判定感應器12是 正常。在步驟S5，驅動負荷16，在步驟S6，判斷是否已接 到结束驅動感應器12之指令。此判斷是肯定時，结束動作 ，否定時，回到步驟S1。如此，正常動作時，返覆步驟S1 〜S6，但若步驟S3之判斷變成否定時，單晶片微電腦14便 判斷感應器2發生功能故障而前進到步驟S12，點亮失效 燈17 〇 接著，上逑步驟S1之判斷若為肯定，是故障診斷模式 時，則前進到步驟S8，單晶片微電腦14便停止驅動電路11 之動作。在步驟S9，判斷從介面電路13送出之電氣信號S 13 是否是預定之一定值，此判斷是肯定時，前進到步驟S10 •感應器12則判斷為正常。另一方面，步驟S9之判斷是否 定時，則前進到步驟S 11，感應器1 2判斷為異常。而前進 到步驟S 1 2，點亮失效燈1 7。 如上述，單晶片微電腦14可K檢出感應器12之故障。 其次·舉具體例子說明本發明如下。第3圖係使用將 電介質液體之液面之傾斜做為靜電電容量之變化而檢出之 傾斜感應器，將從單晶片微電腦輸出之驅動信號控制之傾 斜感應器之傾斜角度變換成電氣信號，將該電氣信號輸入 單晶片微電腦，藉此進行輸出控制之裝置之方塊圖。 -7- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A 1規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一-口 t i n n >1·— ϋ n ϋ I l ϋ «ϋ n n i n 1276781 Λ7 L;7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（5) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 單晶片微電腦24藉由預先記憶在記憶器24A之程式產 生時鐘脈衝信號S26*將該時鐘脈衝信號S2 6供給驅動電路 之緩衝電路（例子C-MOS反向器）21。緩衝電路21將該時鐘 脈衝信號S26加K波形整形。經過波形整形之時鐘脈衝信 號S21供給傾斜感應器22。 傾斜感應器2 2將電介質液體之傾斜當做靜電電容量之 變化而檢出。該傾斜感應器2 2係由因傾斜而變化之靜電電 容22C、22D〗及將該兩個靜電電容變換成電壓之C-V (電容 -電壓）變換器22A、22B所構成，從該C-V變換器22A、22B 分別輸出電壓VI、V2。而如此將傾斜角度變換成（V2-V1) 。再者，該傾斜感應器2 2之原理及構造係已知，因此簡軍 說明如下。 第4 A圖、第4B圖、及第4 C圖係Μ模式方式表示傾斜感 應器22及其傾斜角度Θ之圖。傾斜感應器22係由共同電極 30、兩端被削掉之略呈半圓形之第1電極31a、第2電極31b 、收容在該共同電極30與第1、第2電極31a、31b間之電介 質液體34、所構成，上逑共同電極30及第1、第2電極31a 、31b係配置成相互平行且分開一定間隔。 傾斜角度0=0時，如第4 A圖所示，電介質液體34之 液面34a未到達第1電極31a，另一方面，完全浸泡第2電 極31b。因此，第1電極31 a之靜電電容量C1與第2電極31b 之靜電電容量C2之差最大*上述（V2-V1)之絕對值變成最 大。其次，Θ >0、0 <〇時，則分別成為第4B圖、第4C圖 所示，第1電極31 a之靜電電容量C1與第2電極31b之靜電 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公釐） 1276781 Λ/ __ Π7 __ 五、發明說明（6 ) 電容量C2之差之絕對值會隨著0之向正或負之方向變大而 減少。 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 而傾斜角度0向正或負之方向變大時，（V2-VU之絕 對值則以2次函數之方式減少。 上逑作為介面電路之放大電路2 3係由兩個蓮算放大器2 3A、23B、基準電壓（Vref)23C、電阻 23D 〜23G(R1 〜R4)構 成，上述傾斜感應器22之輸出電壓VI、V2係分別輸入蓮算 放大器23A、23B。放大電路23之輸出信號S2 3可由下式（1) 表示之。 S23 = -[ (R1 + D/R2] X | V2-V1 | + Vref——(1) 其中，R1=R4 、 R2=R3 在此，輸出信號S2 3係由R1與R2之比率調整成單晶片 微電腦2 4能夠辨認之增益而輸出。例如*設定在IV〜4 V之 電壓範圍。同時，（V2-V1)之絕對值則K2次函數之方式 變化。 單晶片微電腦2 4藉由預先記憶在記億器24A之程式及 輸出信號S23，辨認傾斜角度，將輸出信號S24輸出到輸 出電路25。輸出電路2 5則依輸出信號S24驅動負荷26。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此，輸出信號S23係被設定成輸出某一定之電壓範 圍（例如，IV〜4V)。傾斜感應器2 2輸出不正常之電壓VI、 V2，輸出信號S23之輸出電壓脫雔設定之電壓範圍時，單 晶片微電腦24則依預先記憶在記億器24 A之程式，判斷是 傾斜感應器22故障。而輸出失效信號S25，經輸出電路25 點亮失效燈27。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 X 297公釐） 1276781 Λ7 I)： 五、發明說明（7 ) 而傾斜感應器22係由時鐘脈衝信號S21驅動，時鐘脈 衝信號S21停止（固定在” H”或” L”）時，傾斜感應器22之輸 出（V1-V2)變成0V，由上逑式（1)，輸出信號S23成為S23 = Vref。亦即，若傾斜感應器22正常，時鐘脈衝信號S21停 止時，在單晶片微電腦24輸入一定電壓Vref〇 換言之，若單晶片微電腦24使時鐘脈衝信號S26停止 時之輸出信號S23之電壓是Vref之期望值時，判斷感應器 之功能正常、非Vr e f時，判斷感應器之功能異常，亦即發 生故障。 同時•將電介質液體之傾斜當作靜電電容之變化檢出 之傾斜感應器之靈敏度係依存於時鐘脈衝之頻率。因此， 不使時鐘脈衝信號停止而只是變更頻率，亦可實現變更傾 斜感應器之靈敏度，獲得期待值之故障診斷方法。 第5圖係表示，將電介質液體之傾斜當作靜電電容之 變化檢出之傾斜感應器之輸出，Μ差動放大電路放大時之 對代表性角度之輸出電壓之圖。圖中之直線a條單晶片微 電腦24使時鐘脈衝信號S21停止時（故障診斷模式）之特性 ’曲線b係單晶片微電腦24送出時鐘脈衝信號S21時（執 行模式）之特性。如圖示，在執行模式時，傾斜角度0=0 時，輸出電壓最低，而傾斜角度0向正或負之方向變大時 ’則Μ 2次函數之方式增大。 第6圖係表示，Μ差動放大電路放大將電介質液體之 傾斜當作靜電電容之變化檢出之傾斜感應器之輸出時之頻 率依存性之圖。如圖示，隨著時鐘脈衝信號變低，輸出電 -1 0 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A.i規格（U0 x烈7公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

· ϋ n ϋ n n ϋ n 一-o, I ϋ ϋ ϋ ϋ n ϋ n I ϋ ί I n I I 1276781 Λ7 B7 五、發明說明（8 ) 壓之特性會向上方推移。 如上逑，依據本發明時，可Μ藉由預先記憶在單晶片 微電腦之程式，自行確認感應器功能，因此可Κ早期診斷 感應器功能之故障，通知外部發生故障，可Κ防止誤動作 ^同時可Κ提高安全性。 再者，本發明不限定如上述實施形態，可Μ根據本發 明之主旨進行各種變更，此等不應從本發明之範圍排除。 依據本發明時，可Κ藉由預先記憶在單晶片微電腦之 程式，自行確認感應器功能，因此可Κ早期診斷感應器功 能之故障，通知外部發生故障。 圖式之簡單說明 第1圖係表示本發明一實施形態之感應器功能之故障 診斷系統之方塊圖。 第2圖係表示單晶片微電腦之動作之概要之流程圖。 第3圖係表示本發明一具體例子之傾斜感應器之故障 診斷系統之方塊圖。 第4 Α圖〜第4C圖係表示傾斜感應器之電極與電介質液 (請先閉讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線^--^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 特 壓 電 出 輸 之 度 角 之 器 應 感 斜 傾 對 。 之 圖圖 之 3 係第 闞係 之圖 面 5 液第。 之 圖 體性 之 方 器 之 應 統 感 条 斜 斷 傾 診 對 障 之 故 性 之 存 能 依 功 率 器 頻 應 示 感 表。之 之圖統 圖性傳 3 特示 第壓表 係電係 圖出圖 6 輸 7 第之第 度 角 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Ai規格G10 x四7公釐） 1276781 Λ7 B7 五、發明說明（9 塊圖。 符號說明 1、 1 1-- •-驅 WSm 動 電 路 1、 12 — -感 應 器 3、 13 > 23------ -介 面 電 路 4、 14 \ 24------ -單 晶 片 微電腦 4 A 、14A 、2 4 A--- -記 憶 器 5、 15 > 2 5------ -輸 出 電 路 6、 16 ^ 26------ -負 荷 7、 17 > 27------ -失 效 燈 21 22 23 緩衝電路 傾斜感應器 放大電路 22A、22B---------C-V 變換器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ____ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22C 〜22D 23A、23B 23D〜23G. 30------- 31a > 31b_ 34------- •靜電電容 -蓮算放大器 -電阻 •共同電極 第1、第2電極 電介質疲體 -12- 本纸張尺度適用中國國家標準（CN:S)A4規格（2]0 X 297公釐） 訂---------線丨

Claims (1)

1276781 Α9 Β9 C9 D9 年[稽 t. 第901 15863號專利申請案 民國91年12·月ί日 修正申請專利範圍 1· 一種感應器功能之故障診斷方法，係將物理量變 換成電氣信號而輸出之感應器，及將其電氣信號輸入犟晶 Η微電腦，藉此進行輸出控制之裝置之感應器功能之故障 診斷方法，其特徽在於， 驅動上述感應器之驅動電路，係由上逑單晶Η徹電腦 輸出之驅動信號所控制·， 當上逑犟晶片徹電腦輸出驅動信號時，感應器輸出正 常動作時之感應器電氣信號，而當上述單晶Η徼電腦送出 之驅動信號停止時，感應器即輸出預定之一定值之電氣信 號； 於上述驅動信號停止時，若無輸出上述一定值之電氣 信號，則診斷感應功能有故障。 2·如申請專利範圍第1項之感應器功能之故障診斷 方法，其中，該單晶片微電腦具有預先記億之程式，自行 執行感應器功能之確認。 3. —種感窿器功能之故障診斷方法，偽將物理量變 換成電氣信號而輸出之感應器，及將其電氣信號輸入犟晶 Η微電腦，藉此進行輸出控制之裝置之感薩器功能之故障 診斷方法，其特徽在於， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ---.----T j--— (請先閱讀背面之注意事項再行繪製) —訂I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1276781

A9 B9 C9 D9 驅動上逑感應器之驅動電路，係由上述單晶片徼電腦 輸岀之驅動信號所控制； 上述單晶片微電腦輸出驅動信號時，感應器输出正常 動作時之感應器電氣信號，另一方面，藉變更上逑單晶片 微電腦送出之驅動信號之頻率而變更感應器之靈敏度，輸 出預先期待之電氣信號； 於變更上逑驅動信號之頻率時，若無輸出預先期待之 電氣信號，則診斷感應功能有故障。 4·如申請專利範圍第3項之感應器功能之故障診斷 方法，其中，該單晶片微電腦具有預先記憶之程式，自行 執行感應器功能之確認。 5· —種感應器功能之故障診斷裝置，備有：將物理 量變換成電氣信號而輸出之感應器，及_入該電氣信虢進 行輸出控制之單晶Η微電腦之輸出控制装置；其特徵在於 備有： 由上逑單晶Η微電腦輸出之驅動信號控制而驅動上逑 感應器之驅動電路； 藉由上述單晶片微電騰停止上逑驅動電路之驅動並檢 出上逑感應器之輸出是否一定值，Κ診斷感應功能有無故 障。 6.如申請專利範圔第5項之感應器功能之故障診斷 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） II——Γ—# — (請先閲讀背面之注意事項再行繪製) |訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1276781% \y °] iL· A9 B9 C9 D9 裝置，其中該驅動電路像由，用以對從犟晶H微電腦輸出 之信號進行波形整形之緩衝電路所構成。 7. 如申請專利範圍第5項之感應器功能之故障診斷 裝置，進一步備有：一用以放大上逑感應器之輸出而將該 放大之信號送至上逑單晶Η徼電腦之介面電路。 8. —種感應器功能之故障診斷裝置，備有：將物理 量變換成電氣信號而輸出之感應器，及輸入該電氣信號進 行輸出控制之單晶Η徼電腦之輸出控制裝置；其特徽在於 備有： 由上述單晶Η撤電腦輸出之驅動信號控制而驅動上逑 感鼴器之驅動電路； ， 上述單晶Η微電腦變更供給上述驅動電路之_動信號 之頻率，並檢出上述感應器之輸出最否已輸出預先期待之 電氣信號，以診斷感應功能有無故障。 (請先閱讀背面之注意事項再行繪製) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 斷岀 診輸 障腦 故電 之微 能 Η 功晶 器單 。 應從成 感對構 之以所 項用路 Ι^ΒΙ 8 , ΡΓ 第由衝 圍僳緩 範路之 利電形 專動整 讅驅形 申該波 如中行 其進 9.，號 置信 裝之 斷該 診將 障而 故出 之輸 。 能之路 功器電 器應面 應感介 感述之 之上腦 項大電 〇〇 放徹 第以片 圍用晶 範一單 和：过 專有上 請備至 申步送 如一號 • 進信 10，之 置大 裝放 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐）