WO2010043438A1 - Sensorvorrichtung sowie verfahren für den betrieb einer sensorvorrichtung - Google Patents

Sensorvorrichtung sowie verfahren für den betrieb einer sensorvorrichtung Download PDF

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WO2010043438A1
WO2010043438A1 PCT/EP2009/060862 EP2009060862W WO2010043438A1 WO 2010043438 A1 WO2010043438 A1 WO 2010043438A1 EP 2009060862 W EP2009060862 W EP 2009060862W WO 2010043438 A1 WO2010043438 A1 WO 2010043438A1
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impedance
sensor device
impedance characteristic
monitoring device
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Martin Reiche
Michael Frank
Dirk Schmid
Peter Preissler
Karl-Heinz Richter
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    • G01S2007/52009—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction, e.g. dirt- or ice-coating

Definitions

  • the invention relates to a sensor device with a sensor according to the preamble of claim 1 and a method for the operation of the sensor device according to the preamble of claim 13.
  • a sensor device for distance measurement with a functional test of the sensor is known, for example, from the document DE 10 2005 057 973 A1.
  • This document discloses a method for functional testing of an ultrasonic sensor on a motor vehicle, in which in a test operation such a large ultrasonic signal is emitted that under conventional conditions, this ultrasonic signal is reflected by a ground in front of the vehicle and received again.
  • the object of the present invention will be seen to provide a sensor device whose reliability is further improved.
  • the invention is based on a sensor device with a sensor, in particular an ultrasonic sensor, which has means for generating and detecting waves, in particular sound waves.
  • the means for detection convert waves, in particular sound waves into electrical signals, wherein the electrical signals can be evaluated by an evaluation unit.
  • the core of the invention is that the sensor device according to the invention has a function monitoring device which determines an impedance characteristic as a function of an excitation frequency.
  • the invention is based on the finding that reliable conclusions about the functionality of a sensor can be drawn from a characteristic curve. For this purpose, for example, individual sections of the characteristic curve can be evaluated.
  • the transmission and reception performance of a sensor can be impaired by the deposition of materials such as ice, snow and / or dirt (slush).
  • a functional impairment of a sensor for example, by aging or line break occur. About such impairments can be made with the previously known sensor devices no reliable statement.
  • a sound transducer of the sensor is excited to oscillate via its associated circuitry at a defined frequency
  • the impedance is calculated from the quotient of voltage and current, wherein an impedance curve over the excitation frequency has a characteristic course.
  • Contamination or aging of a sensor can be detected by a change in the course of the associated impedance characteristic.
  • the function monitoring device is designed to compare an existing impedance characteristic with a determined impedance characteristic.
  • a characteristic stored in the device of a perfectly functioning sensor in particular of the same type can be used.
  • the function monitoring device can generate a monitoring signal when comparing impedance characteristics as a function of detected differences or when analyzing the impedance characteristic.
  • the function monitoring device is able to make an evaluation of a measured impedance characteristic or to set a measured impedance characteristic in relation to an existing impedance characteristic and to draw conclusions about this from the sensor.
  • a generation of a monitoring signal is particularly advantageous when a permissible degree of contamination is exceeded, a wire tear e.g. on the piezoelectric element and / or a reduction of the transmitted and received signal due to aging to an intolerable extent occurs.
  • the function monitoring device does not evaluate a detected characteristic itself, but forwards it to a control unit for evaluation.
  • a comparison with an existing impedance characteristic can be made.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that storage means are provided for storing impedance values.
  • This memory means is that recourse can be made to already determined impedance values at any time in order to evaluate the functionality of the corresponding sensor.
  • the generation of a monitoring signal can be carried out by means of a corresponding control unit.
  • the function monitoring device is designed in the determination of the impedance characteristic to stimulate a comparable amplitude to a normal measurement operation.
  • the normal measurement operation can be performed without interruption for an impedance measurement.
  • Function monitoring device is designed to stimulate during an impedance measurement to a smaller normal amplitude measurement amplitude.
  • the function monitoring device is designed to perform a measurement of the impedance in existing pauses of the actual measurement operation of the sensor.
  • the function monitoring device is designed to replace individual measuring cycles of the sensor by measuring cycles for measuring the impedance. Frequently, a sufficient number of measuring cycles are available for this purpose.
  • the senor or the measuring system is designed to operate in the normal measuring operation with different frequencies in order to detect in parallel by means of the function monitoring device an impedance characteristic.
  • This mode of operation of the function monitoring device has the advantage of avoiding interfering sound overlays and of being able to carry out the impedance measurement in the background.
  • the function monitoring device is designed to determine parameters for an equivalent circuit of the sensor via appropriate algorithms based on the impedance characteristic, optionally a single impedance characteristic.
  • At least one characteristic of the impedance characteristic is considered in order to evaluate the electrical and acoustic properties of the sensor.
  • Another, essential aspect of the invention relates to a method for operating a sensor device with a sensor, in particular an ultrasonic sensor, wherein the Method is designed to generate and detect waves by means of a sensor device, and wherein the received waves are converted into electrical signals and evaluated in an evaluation unit.
  • the core of the method according to the invention for the operation of a sensor device is that an impedance characteristic curve is determined as a function of the excitation frequency.
  • the method is designed to be able to determine parameters of an electrical equivalent circuit diagram on the basis of the impedance characteristic curve.
  • an evaluation of the sensor can be made on the basis of component parameters of the equivalent circuit diagram.
  • Figure 1 a block diagram of a sensor device with
  • Figure 2 a graphical comparison of a course of the impedance over the frequency of an exemplary sensor in different conditions of use.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary sensor device 13 which is equipped with a function monitoring device according to the invention.
  • the circuit of the sensor device 13 comprises an oscillator 4 for generating a required frequency, a frequency divider 5 for generating different frequencies, a bridge amplifier 6, a transformer 7 and an electroacoustic transducer 8.
  • the electroacoustic transducer 8 can in a
  • Substitute circuit diagram are shown as a series resonant circuit 14, wherein the electrical circuit is designed as a parallel resonant circuit 15.
  • a / D converter in the microcontroller 11 is detected.
  • This voltage signal is used to calculate an impedance.
  • the voltage signal can be evaluated at a comparator.
  • the impedance is formed by quotient of a known current and the voltage signals detected, wherein the impedance values for an impedance characteristic curve 1, 2, 3 can be used.
  • the determined impedance values for forming characteristic curves can be evaluated in comparison with already determined and stored impedance values for a characteristic curve of a functional sensor.
  • Impedance curve with respect to an impedance curve of a non-contaminated sensor result.
  • FIG. 2 shows a profile of different impedance characteristics 1, 2, 3 of a sensor device 13, wherein a graphical representation of an impedance characteristic is carried out, for example, in a diagram in which the X axis is defined as the frequency axis and the Y axis as the impedance axis.
  • the impedance characteristic shown by the reference numeral 1 results in a conventional wiring of an ultrasonic sensor when it is ideally tuned.
  • an electroacoustic transducer 8 is assumed as wiring, in the equivalent electrical circuit diagram of a parallel and
  • Series resonant circuit 14 is made, which is connected to an electrical parallel resonant circuit 15.
  • electrical parallel resonant circuit 15 is connected to an electrical parallel resonant circuit 15.
  • other circuits are alternatively possible as well.
  • the resulting voltage level [U] at the sound converter 8 is measured at a given current [I] and at a given frequency [f].
  • the measurement is carried out at different frequencies, for example continuously increasing frequencies, in order to obtain an impedance characteristic over the frequency.
  • the impedance results from a quotient of voltage and current.
  • the impedance characteristic 1 is used as a reference characteristic for the
  • the reference numeral 2 an impedance characteristic is shown in Figure 2, wherein the function of the sensor is affected, for example, by contamination.
  • the transmission or reception power of the sensor is impaired such that, for example, the curve in a larger range of minimum and
  • FIG. 2 The course of an impedance characteristic of FIG. 2, which is designated by the reference numeral 3, shows by way of example a sensor whose functional impairment is due to aging of the sensor.
  • the position and size of extreme values can be used for the evaluation.
  • Measured and stored impedance values as well as possible comparison values can, for example, be forwarded to a control unit for an evaluation of a comparison.
  • This control unit then carries out an evaluation of the impedance values, wherein, for example, a corresponding evaluation leads to the generation of a reaction which, for example, switches off the sensor when a contamination has been detected and additionally outputs a monitoring signal.

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Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung mit einem Sensor, insbesondere Ultraschallsensor, welcher Mittel zur Erzeugung und Detektion von Wellen, insbesondere Schallwellen aufweist, vorgeschlagen, wobei die Mittel zur Detektion empfangene Wellen in elektrische Signale umwandeln und die elektrischen Signale mittels einer Auswerteeinheit auswertbar sind. Erfindungsgemäß ist eine Funktionsüberwachungsvorrichtung vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, eine Impedanzkennlinie des Sensors in Abhängigkeit einer Anregungsfrequenz zu ermitteln. Des Weiteren wird ein Verfahren für den Betrieb der Sensorvorrichtung vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Titel
„Sensorvorrichtung sowie Verfahren für den Betrieb einer Sensorvorrichtung"
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einem Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren für den Betrieb der Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 13.
Stand der Technik
Eine Sensorvorrichtung zur Abstandsmessung mit einer Funktionsprüfung des Sensors ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2005 057 973 Al bekannt.
Diese Druckschrift offenbart ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Ultraschallsensors an einem Kraftfahrzeug, bei dem in einem Prüfungsbetrieb ein so großes Ultraschallsignal ausgestrahlt wird, dass unter herkömmlichen Bedingungen dieses Ultraschallsignal von einem Boden vor dem Fahrzeug reflektiert und wieder empfangen wird.
Hierbei handelt es sich um eine vergleichsweise „grobe" Überprüfung
Die Aufgabenstellung zur vorliegenden Erfindung wird darin gesehen werden, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, deren Funktionssicherheit weiter verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Erweiterungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht von einer Sensorvorrichtung mit einem Sensor, insbesondere Ultraschallsensor aus, welcher Mittel zur Erzeugung und Detektion von Wellen, insbesondere Schallwellen aufweist.
Die Mittel zur Detektion wandeln Wellen, insbesondere Schallwellen in elektrische Signale um, wobei die elektrischen Signale von einer Auswerteeinheit auswertbar sind.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung eine Funktionsüberwachungsvorrichtung aufweist, welche eine Impedanzkennlinie in Abhängigkeit einer Anregungsfrequenz ermittelt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aus einem Kennlinienverlauf sich zuverlässige Rückschlüsse über die Funktionstüchtigkeit eines Sensors ziehen lassen. Hierzu können zum Beispiel einzelne Abschnitte der Kennlinie ausgewertet werden.
Allgemein kann die Sende- bzw. Empfangsleistung eines Sensors durch Ablagerung von Materialien, wie beispielsweise Eis, Schnee und/oder Schmutz (Matsch) beeinträchtigt werden.
Ist ein Sensor verschmutzt, so weist dieser aufgrund einer veränderten Masse ein verändertes Schwingverhalten auf.
Darüber hinaus kann eine Funktionsbeeinträchtigung eines Sensors beispielsweise durch Alterung oder Leitungsbruch auftreten. Über derartige Beeinträchtigungen lässt sich mit den bisher bekannten Sensorvorrichtungen keine zuverlässige Aussage treffen .
Für die Bestimmung einer Impedanz wird bei einem beispielhaften Sensor im Betriebszustand ein Schallumwandler des Sensors über seine zugeordnete Beschaltung mit einer definierten Frequenz zum Schwingen angeregt
(Anregungsfrequenz), während gleichzeitig der Spannungspegel am Schallumwandler gemessen wird.
Die Impedanz wird aus dem Quotient von Spannung und Strom berechnet, wobei eine Impedanzkurve über die Anregungsfrequenz einen charakteristischen Verlauf aufweist.
Eine Verschmutzung oder eine Alterung eines Sensors ist durch eine Änderung im Verlauf der zugehörigen Impedanzkennlinie feststellbar .
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung zu einem Vergleich einer vorhandenen Impedanzkennlinie mit einer ermittelten Impedanzkennlinie ausgebildet ist.
Durch einen Vergleich lassen sich Änderungen im Kennlinienverlauf, die insbesondere zu einer Funktionsbeeinträchtigung eines Sensors führen, leicht erkennen .
Zu einem Vergleich kann zum Beispiel eine in der Vorrichtung abgelegte Kennlinie eines einwandfrei funktionierenden Sensors, insbesondere des gleichen Typs herangezogen werden.
Es ist auch denkbar zum Vergleich eine Kennlinie zu benutzen, die sich aus einer Messung des Sensors ergibt, kurz nach der Inbetriebnahme, bei welcher eine einwandfreie Funktion angenommen werden kann. - A -
Im Weiteren ist es bevorzugt, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung beim Vergleich von Impedanzkennlinien in Abhängigkeit von festgestellten Unterschieden oder bei einer Analyse der Impedanzkennlinie ein Überwachungssignal generieren kann.
In diesem Fall ist die Funktionsüberwachungsvorrichtung in der Lage selbst eine Bewertung einer gemessenen Impedanzkennlinie vorzunehmen bzw. eine gemessene Impedanzkennlinie in Bezug zu einer vorhandenen Impedanzkennlinie zu setzen und hieraus Rückschlüsse auf den Sensor zu ziehen.
Dies weist den Vorteil auf, dass ein derart generiertes Überwachungssignal beispielsweise für einen Warnhinweis einer fehlerhaften Funktion des Sensors verwendet werden kann.
Eine Generierung eines Überwachungssignals ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein zulässiger Verschmutzungsgrad überschritten ist, ein Drahtabriss z.B. am Piezoelement und/oder eine Verminderung des Sende- und Empfangssignals durch Alterung in einem nicht mehr tolerierbaren Ausmaß auftritt.
Es ist auch denkbar, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung eine erfasste Kennlinie nicht selbst auswertet, sondern an eine Steuereinheit zur Auswertung weiterleitet. In dieser kann zum Beispiel auch ein Vergleich mit einer vorhandenen Impedanzkennlinie vorgenommen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Speichermittel zur Speicherung von Impedanzwerten vorgesehen sind.
Der Vorteil dieser Speichermittel ist, dass jederzeit auf bereits ermittelte Impedanzwerte zurückgegriffen werden kann, um eine Bewertung über die Funktionstüchtigkeit des entsprechenden Sensors vorzunehmen. Dabei kann die Erzeugung eines Überwachungssignals mittels einer entsprechenden Steuereinheit ausgeführt werden.
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung bei der Ermittlung der Impedanzkennlinie dazu ausgebildet ist, eine zu einem normalen Messbetrieb vergleichbare Amplitude anzuregen.
Die Anregung zu einer vergleichbaren Amplitude weist den
Vorteil auf, dass der normale Messbetrieb ohne Unterbrechung für eine Impedanzmessung ausgeführt werden kann.
Darüber hinaus ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die
Funktionsüberwachungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, während einer Impedanzmessung eine zu einem normalen Messbetrieb kleinere Amplitude anzuregen.
Durch die Anregung der Funktionsüberwachungsvorrichtung mit einer kleineren Amplitude können störende
Frequenzüberlagerungen während des normalen Messbetriebes vermieden werden.
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung dazu ausgelegt ist ein Messen der Impedanz in vorhandenen Pausen des eigentlichen Messbetriebes des Sensors auszuführen.
Dadurch wird der normale Messbetrieb durch die Überwachung nicht beeinträchtigt.
Insbesondere findet dadurch keine Verminderung der gewünschten Messzyklen statt.
Denkbar ist aber auch, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einzelne Messzyklen des Sensors durch Messzyklen zur Messung der Impedanz zu ersetzen. Häufig stehen hierzu eine ausreichende Anzahl von Messzyklen zur Verfügung.
Im Weiteren ist es bevorzugt, dass der Sensor bzw. das Messsystem so ausgelegt ist, im normalen Messbetrieb mit verschiedenen Frequenzen zu arbeiten, um mittels der Funktionsüberwachungsvorrichtung parallel eine Impedanzkennlinie zu erfassen.
Diese Arbeitsweise der Funktionsüberwachungsvorrichtung weist den Vorteil auf, störende Schallüberlagerungen zu vermeiden und im Hintergrund die Impedanzmessung vornehmen zu können.
Weiterhin ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, über entsprechende Algorithmen auf der Grundlage der Impedanzkennlinie, gegebenenfalls einer einzelnen Impedanzkennlinie, Parameter für eine Ersatzschaltung des Sensors zu bestimmen.
Dies weist den Vorteil auf, dass die Parameter einzeln vergleichbar sind und wesentliche Informationen zur Bewertung der Funktionstüchtigkeit eines Sensors liefern können.
Für eine Auswertung der ermittelten Impedanzkennlinie wird mindestens ein Merkmal der Impedanzkennlinie betrachtet, um die elektrischen und akustischen Eigenschaften des Sensors zu bewerten .
Diese Merkmale können absolut, durch Vergleich eines Merkmals mit früheren Messergebnissen eines Sensors oder durch den Vergleich mit Standardwerten für Sensoren einer Baureihe bewertet werden.
Ein weiterer, wesentlicher Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für den Betrieb einer Sensorvorrichtung mit einem Sensor, insbesondere Ultraschallsensor, wobei das Verfahren ausgelegt ist, mittels einer Sensorvorrichtung Wellen zu erzeugen und detektieren, und wobei die empfangenen Wellen in elektrische Signale umgewandelt und in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden.
Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Betrieb einer Sensorvorrichtung liegt darin, dass eine Impedanzkennlinie in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz ermittelt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren dazu ausgelegt, auf der Grundlage der Impedanzkennlinie Parameter eines elektrischen Ersatzschaltbildes bestimmen zu können.
Durch die Bestimmung eines Ersatzschaltbildes kann eine Bewertung des Sensors anhand von Bauteilparametern des Ersatzschaltbildes vorgenommen werden.
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei der Herstellung der Sensorvorrichtung auf der Grundlage einer bei der Herstellung gemessenen Impedanzkennlinie Parameter für eine Ersatzschaltung des Sensors ermittelt werden und die Parameter mit vorgegebenen Parametern für eine Bewertung der Funktionstüchtigkeit verglichen werden.
Dies weist den Vorteil auf, dass die Ergebnisse der Bewertung für den Fertigungsprozess verwendbar sind und dass notwendige Prüfungen der Sensorvorrichtungen hierdurch eingespart werden können .
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung hervor. Dabei zeigt :
Figur 1: ein Blockschaltbild einer Sensorvorrichtung mit
ÜberwachungsVorrichtung; Figur 2: eine grafische Gegenüberstellung eines Verlaufs der Impedanz über die Frequenz eines beispielhaften Sensors in verschiedenen Benutzungs zuständen .
In Figur 1 wird ein Blockschaltbild einer beispielhaften Sensorvorrichtung 13 gezeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Funktionsüberwachungsvorrichtung ausgestattet ist.
Dabei umfasst die Schaltung der Sensorvorrichtung 13 einen Oszillator 4 zur Erzeugung einer erforderlichen Frequenz, einen Frequenzteiler 5 zur Generierung unterschiedlicher Frequenzen, eine Brückenendstufe 6, einen Transformator 7 und einen elektroakustischen Schallumwandler 8. Der elektroakustische Schallumwandler 8 kann in einem
Ersatzschaltbild als Serienschwingkreis 14 dargestellt werden, wobei die elektrische Beschaltung als Parallelschwingkreis 15 ausgebildet ist.
Zur Erfassung einer Impedanz wird ein resultierender
Spannungspegel am Schallumwandler 8 gemessen.
Hierzu wird ein Abgriff im Serienschwingkreis 14 des
Schallumwandlers 8 gebildet, wobei der resultierende
Spannungspegel mittels eines Verstärkers 9, eines nachgeschalteten Bandpass-Filters 10 und einem nachfolgenden
A/D-Wandler im MikroController 11 ermittelt wird.
Dieses Spannungssignal wird zur Berechnung einer Impedanz verwendet .
Alternativ kann das Spannungssignal an einem Komparator ausgewertet werden.
Die Impedanz wird durch Quotientenbildung einer bekannten Stromstärke und der ermittelten Spannungssignale gebildet, wobei die Impedanzwerte für einen Impedanzkennlinienverlauf 1, 2, 3 verwendet werden können.
Die ermittelten Impedanzwerte zur Bildung von Kennlinien sind im Vergleich mit bereits ermittelten und gespeicherten Impedanzwerten für eine Kennlinie eines funktionstüchtigen Sensors auswertbar.
Durch den Vergleich eines generierten Impedanzverlaufs von beispielsweise eines verschmutzten oder eines durch Alterung beeinträchtigten Sensors mit dem Verlauf einer gespeicherten Referenzkennlinie können Rückschlüsse über die Funktionstüchtigkeit des Sensors gezogen werden, da eine Funktionsbeeinträchtigung eines Sensors durch beispielsweise Schmutz die Sende- bzw. Empfangsleistung des Sensors beeinträchtigt und einen entsprechend abweichenden
Impedanzverlauf mit Bezug auf einen Impedanzverlauf eines nicht verschmutzten Sensors zur Folge hat.
In Figur 2 ist ein Verlauf von unterschiedlichen Impedanzkennlinien 1, 2, 3 einer Sensorvorrichtung 13 gezeigt, wobei eine graphische Darstellung einer Impedanzkennlinie beispielsweise in einem Diagramm ausgeführt wird, in der die X-Achse als Frequenzachse und die Y-Achse als Impedanzachse definiert ist.
Die mit dem Bezugszeichen 1 gezeigte Impedanzkennlinie ergibt sich bei einer üblichen Beschaltung eines Ultraschallsensors, wenn dieser ideal abgestimmt wird. Dabei wird als Beschaltung ein elektroakustischer Schallumwandler 8 angenommen, der im elektrischen Ersatzschaltbild aus einem Parallel- und
Serienschwingkreis 14 besteht, welcher mit einem elektrischen Parallelschwingkreis 15 beschaltet wird. Andere Beschaltungen sind jedoch alternativ ebenso möglich.
Hier wird ein Zustand eines Ultraschallsensors aufgezeigt, welcher nicht durch Verschmutzungen oder durch Alterung beeinträchtigt wird. Zur Bestimmung des Impedanzverlaufs wird bei einem vorgegebenen Strom [I] und bei einer vorgegebenen Frequenz [f] der resultierende Spannungspegel [U] am Schallumwandler 8 gemessen . Die Messung wird bei verschiedenen Frequenzen, zum Beispiel kontinuierlich steigenden Frequenzen durchgeführt, um daraus eine Impedanzkennlinie über die Frequenz zu erhalten. Die Impedanz ergibt sich dabei durch eine Quotientenbildung von Spannung und Strom.
Die Impedanzkennlinie 1 ist als Referenzkennlinie für den
Vergleich mit kontinuierlich erfassten Impedanzkennlinien 2, 3 des Sensors verwendbar.
Mit dem Bezugszeichen 2 wird in Figur 2 eine Impedanzkennlinie gezeigt, wobei die Funktion des Sensors beispielsweise durch eine Verschmutzung beeinträchtigt ist.
Durch eine Verschmutzung wird die Sende- bzw. Empfangsleistung des Sensors derart beeinträchtigt, dass beispielsweise der Kurvenverlauf in einem größeren Bereich von Minimal- und
Maximalwerten für die Impedanz in einem tieferen Bereich der Frequenz erfolgt.
Der mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnete Verlauf einer Impedanzkennlinie der Figur 2 zeigt beispielhaft einen Sensor, dessen Funktionsbeeinträchtigung auf eine Alterung des Sensors zurückzuführen ist.
Hierbei liegt der Kurvenverlauf der Impedanz zwischen den
Impedanzkennlinien 1 für einen Sensor ohne Funktionsbeeinträchtigung und einer Impedanzkennlinie 2 eines
Sensors mit Funktionsbeeinträchtigung aufgrund Verschmutzung in einem mittleren Frequenzbereich dieser beiden
Impedanzkennlinien 1, 2.
Aus diesem Vergleich einer vorhandenen Impedanzkennlinie 1 mit einer ermittelten Impedanzkennlinie 12 und/oder 3 lassen sich bei einer eventuellen Abweichung Rückschlüsse über beispielsweise den Verschmutzungsgrad oder die Alterung des Sensors ziehen.
Zur Auswertung kann die Lage und Größe von Extremwerten herangezogen werden.
Gemessene und gespeicherte Impedanzwerte sowie eventuelle Vergleichswerte lassen sich beispielsweise für eine Bewertung eines Vergleichs an eine Steuereinheit weiterleiten.
Diese Steuereinheit nimmt dann eine Bewertung der Impedanzwerte vor, wobei beispielsweise eine entsprechende Bewertung zur Generierung einer Reaktion führt, die den Sensor beispielsweise bei einer erkannten Verschmutzung abschaltet und zusätzlich ein Überwachungssignal ausgibt.

Claims

Ansprüche
1. Sensorvorrichtung mit einem Sensor, insbesondere Ultraschallsensor, welcher Mittel zur Erzeugung und Detektion von Wellen, insbesondere Schallwellen aufweist, wobei die
Mittel zur Detektion empfangene Wellen in elektrische Signale umwandeln und die elektrischen Signale mittels einer Auswerteeinheit auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsüberwachungsvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine Impedanzkennlinie (1) des Sensors in Abhängigkeit einer Anregungsfrequenz zu ermitteln.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung zu einem Vergleich der ermittelten Impedanzkennlinie (1) mit einer vorhandenen Impedanzkennlinie (1, 2, 3) ausgebildet ist.
3. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung beim Vergleich von Impedanzkennlinien (1, 2, 3) in Abhängigkeit von festgestellten Unterschieden oder bei der Auswertung einer erfassten Impedanzkennlinie (1, 2, 3) ein vorgegebenes Überwachungssignal generieren kann.
4. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel (12) zur Speicherung von Impedanzwerten vorhanden sind.
5. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung bei der Ermittlung der Impedanzkennlinie (1, 2, 3) dazu ausgebildet ist, eine zu einem normalen Messbetrieb vergleichbare Amplitude anzuregen.
6. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Funktionsüberwachungsvorrichtung ausgelegt ist, während einer Impedanzmessung eine zu einem normalen Messergebnis kleinere Amplitude anzuregen.
7. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsüberwachungsvorrichtung ausgebildet ist, über Algorithmen auf der Grundlage der Impedanzkennlinie (1, 2, 3) Parameter für eine Ersatzschaltung des Sensors zu bestimmen.
8. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Funktionsüberwachungsvorrichtung für einen Vergleich
Standardwerte von Sensoren vorgegebener Baureihen gespeichert werden .
9. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Funktionsüberwachungsvorrichtung für einen Vergleich Messwerte der jeweiligen Sensoren heranholt.
10. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Funktionsüberwachungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Impedanzmessung in Pausen eines herkömmlichen Messbetriebes des Sensors vorzunehmen.
11. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Funktionsüberwachungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einzelne Messzyklen des Sensors durch Messzyklen zur Messung der
Impedanz zu ersetzen.
12. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
Funktionsüberwachungsvorrichtung ausgelegt ist, im normalen Messbetrieb mit verschiedenen Frequenzen zu arbeiten, um parallel eine Impedanzkennlinie (1, 2, 3) erfassen zu können.
13. Verfahren für den Betrieb einer Sensorvorrichtung , insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem mit einem Sensor Wellen erzeugt und detektiert werden, wobei die zur Detektion empfangenen Wellen in elektrische Signale umgewandelt und die elektrischen Signale in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Impedanzkennlinie (1, 2, 3) des Sensors in Abhängigkeit einer Anregungsfrequenz ermittelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuell gemessene Impedanzkennlinie (2, 3) mit einer vorhandenen Impedanzkennlinie (1) des Sensors verglichen wird und in Abhängigkeit von festgestellten Unterschieden beim Vergleich der Impedanzkennlinien (1, 2, 3) ein vorgegebenes Überwachungssignal ausgegeben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage der Impedanzkennlinie (1, 2, 3) Parameter für eine Ersatzschaltung des Sensors ermittelt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Sensorvorrichtung auf der Grundlage einer, bei der Herstellung gemessenen Impedanzkennlinie (1, 2, 3) , Parameter für eine Ersatzschaltung des Sensors ermittelt werden und die Parameter mit vorgegebenen Parametern für eine Bewertung der Funktionstüchtigkeit verglichen werden.
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