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DE10141331B4 - Method for offset calibration of a sensor signal and sensor arrangement for performing the method - Google Patents

Method for offset calibration of a sensor signal and sensor arrangement for performing the method Download PDF

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DE10141331B4 DE2001141331 DE10141331A DE10141331B4 DE 10141331 B4 DE10141331 B4 DE 10141331B4 DE 2001141331 DE2001141331 DE 2001141331 DE 10141331 A DE10141331 A DE 10141331A DE 10141331 B4 DE10141331 B4 DE 10141331B4
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Abstract

Verfahren zur Offsetkalibrierung eines Sensorsignal, bei dem unter Einwirkung einer zu ermittelnden Messgröße ein am Ausgang eines Sensors anliegendes Sensorsignal in einer zu einer Sensoranordnung gehörenden Sensorsignalverarbeitungsschaltung bearbeitet wird, indem es mit einem von Null verschiedenen Verstärkungsfaktor verstärkt, mit einem Kalibriersignal beaufschlagt und als Sensorausgangssignal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Sensors (3) in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung (4) ein Flag in einem nichtflüchtigen Speicher (14) auf einen ersten Wert gesetzt wird, dass bei einer Inbetriebnahme des Sensors (3) der Sensor (3) einen definierten Wert der Messgröße ausgesetzt wird und dabei automatisch oder manuell gesteuert ein Kalibriervorgang ausgelöst wird, wenn das Flag den ersten Wert aufweist, wobei bei dem Kalibriervorgang der Wert des Kalibriersignals so lange verändert wird, bis sich ein dem definierten Wert der Messgröße entsprechendes Sensorausgangssignal einstellt und der dabei auftretende Wert des Kalibriersignals oder eine zur Erzeugung dieses Wertes geeignete Größe als Kalibrierwert in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung...method for the offset calibration of a sensor signal in which under the influence a measured variable to be determined on Output of a sensor applied sensor signal in one to one Sensor arrangement belonging Sensor signal processing circuit is edited by using amplification factor other than zero, with a calibration signal and as a sensor output signal is issued, characterized in that in the manufacture of the sensor (3) in the sensor signal processing circuit (4) Flag in a non-volatile Memory (14) is set to a first value that at a Commissioning of the sensor (3) the sensor (3) a defined Value of the measured variable exposed a calibration process is controlled automatically or manually triggered when the flag has the first value, with the calibration process the value of the calibration signal is changed until a corresponding value of the measured variable Sets the sensor output signal and the value of the Calibration signal or a suitable for generating this value Size as a calibration value in the sensor signal processing circuit ...

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Offsetkalibrierung eines Sensorsignals, bei dem unter Einwirkung einer zu ermittelnden Messgröße ein am Ausgang eines Sensors anliegendes Sensorsignal in einer zu einer Sensoranordnung gehörenden Signalverarbeitungsschaltung bearbeitet wird. Dabei wird es mit einem von Null verschiedenen Verstärkungsfaktor verstärkt, mit einem Kalibriersignal beaufschlagt und als Sensorausgangssignal ausgegeben.The The invention relates to a method for offset calibration of a sensor signal, in the case of a measured variable to be determined, one at the output sensor signal applied to a sensor arrangement belonging Signal processing circuit is processed. It will be with amplification factor other than zero, with a calibration signal and as a sensor output signal output.

Die Erfindung betrifft auch eine Sensoranordnung mit einem Sensor und einer Sensorsignalverarbeitungsschaltung, die ein Verstärker, einen nichtflüchtigen Kalibrierwertspeicher und eine Addierstelle beinhaltet.The The invention also relates to a sensor arrangement with a sensor and a sensor signal processing circuit, which is an amplifier, a non-volatile Includes calibration value memory and an adding point.

Mit der deutschen Patentschrift DE 198 44 663 C2 ist eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Einstellen von Schaltpunkten eines von einem analogen Eingangssignal angesteuerten Entscheiders bekannt.With the German patent DE 198 44 663 C2 A circuit arrangement and a method for setting switching points of a decision-maker controlled by an analog input signal are known.

Bei dieser Schaltungsanordnung handelt sich um eine Anordnung zum Auswerten von Sensorsignalen, vorzugsweise Hall-Sensorsignalen, mit denen dynamische nichtelektrische Messgrößen wie Bewegung/Drehzahl beziehungsweise Lagezustand von ro tierenden Teilen erfasst werden.at this circuit arrangement is an arrangement for evaluation of sensor signals, preferably Hall sensor signals, with which dynamic non-electrical measurands such as movement / speed or the position of rotating parts.

Das analoge elektrische Ausgangssignal des verwendeten Sensors dient der Auswerteschaltung als ihr analoges elektrisches Eingangssignal, wobei diese an ihrem Ausgang eine von Störgrößen bereinigte und in seinen Kennwerten angepasste elektrische Messgröße bereitstellt.The analog electrical output signal of the sensor used the evaluation circuit as its analog electrical input signal, at the output of which one cleaned of disturbance variables and in its Provides adjusted electrical measurement parameters.

Hierbei wird am Ende der Messkette: Messobjekt-Sensor-Auswerteschaltung eine Impulsfolge eines elektrischen Signals mit ihrer Frequenz als repräsentierende Messgröße von dieser Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung angeboten.in this connection at the end of the measuring chain: measuring object sensor evaluation circuit a pulse train of electrical signal with its frequency as a representative measurement of this Evaluation circuit offered for further processing.

Damit wird realisiert, dass die genaue Arbeitsweise des am Ausgang dieser Auswerteschaltung befindlichen Entscheiders einen maßgeblichen Einfluss auf die Genauigkeit und Störunterdrückung dieser Auswerteschaltung hat.In order to is realized that the exact functioning of the output of this Evaluation circuit located decision maker a significant influence on the accuracy and interference suppression of this Has evaluation circuit.

Bezüglich der verfahrensseitigen Merkmale ist dieses Verfahren bzw. dessen Ausführungsformen als ein adaptives/dynamisches Verfahren zu charakterisieren, bei dem mittels verschiedener Schritte die Schaltpunkte des Entscheiders nachführend gesteuert werden, um das am Eingang des Entscheiders zusammen mit dem Nutzsignal überlagert anliegende Störsignal zu kompensieren.Regarding the procedural features is this method and its embodiments as to characterize an adaptive / dynamic process in which the switching points of the decision maker by means of various steps auto search to be controlled at the entrance of the decision maker along with superimposed on the useful signal pending interference signal to compensate.

Dabei wird vor der Ausführung der verschiedenen Schritte die vom dem Störsignal verursachte fehlerhafte Abweichung des Ausgangsignals des Entscheiders zusammen mit dem festgestellten Gleichanteil und der Signallage an dessen Eingang erfasst und bewertet.there will before execution of the various steps, the faulty one caused by the interference signal Deviation of the output signal of the decision maker together with the detected DC component and the signal position at its input and rated.

Im Hinblick auf die nach dem Stand der Technik erforderlichen Kalibrierungen ist festzustellen, dass bei dieser Lösung durch eine nachführende Einstellung von Schaltpunkten zum Kompensieren des Gleichanteils am Eingang des Entscheiders zwar die Arbeitsweise dieses Entscheiders verbessert wird, aber es wird damit nicht die Kalibrierung der gesamten Messkette ermöglicht.in the With regard to the calibrations required by the prior art it can be stated that with this solution by a subsequent adjustment of switching points to compensate for the DC component at the input of the decision maker improves the way this decision maker works will, but it will not be the calibration of the entire measuring chain allows.

Weiterhin ist durch die japanische Patentschrift JP 05203459 A eine Anordnung bekannt, bei der die Offset- und Verstärkungswerte einer Messvorrichtung für elektrische Messgrößen (Spannung) weitestgehend unabhängig von der Störgröße Temperatur gewährleistet werden.Furthermore, the Japanese patent JP 05203459 A an arrangement is known in which the offset and gain values of a measuring device for electrical measured variables (voltage) are largely ensured independently of the disturbance variable temperature.

Dies wird dadurch erreicht, dass während bestimmter Kalibrierzyklen über einen Multiplexer nacheinander an den Eingang der Messvorrichtung Masse und eine Referenzspannung angelegt werden.This is achieved in that during certain Calibration cycles over a multiplexer successively to the input of the mass measuring device and a reference voltage is applied.

Die dabei anliegenden Messwerte werden mit Datensätzen von Korrekturwerten einkalibriert, die vorher jeweils in einem speziellen Messgang bei angelegter Masse und bei angelegter Referenzspannung bei jeweils unterschiedlichen Temperaturen ermittelt und auf Speicherplätzen mit entsprechenden Flags gekennzeichnet in der Auswerteschaltung abgelegt wurden.The Measured values applied are calibrated with data sets of correction values that beforehand in a special measuring cycle with the mass applied and when the reference voltage is applied with different ones Temperatures are determined and stored in memory with corresponding flags marked in the evaluation circuit.

Im Normalbetrieb der Messvorrichtung ermittelt ein Temperaturmonitor die Temperatur und damit wird der mit dem entsprechenden Flag gekennzeichnete Speicherplatz des Datensatzes für die zugeordneten Temperaturkorrekturwerte von aktuellem Offset- und Verstärkungswert zur Verarbeitung gebracht.in the A temperature monitor determines normal operation of the measuring device the temperature and thus the one marked with the corresponding flag Storage space of the data record for the assigned temperature correction values from the current offset and gain value brought to processing.

Auch bei dieser Lösung wird ersichtlich, dass eine Kalibrierung der gesamten Messkette nicht vorgenommen wird, sondern es wird mittels temperaturabhängig ausgeführten Korrekturrechnungen mit zugeordneten Vergleichswerten nur eine Temperaturstabilisierung der Zwischengrößen der Verstärkerspannungen erreicht. Darüber hinaus werden hierbei die bei Kalibriervorgängen so wichtigen Zeitdriften der Messkette generell nicht berücksichtigt.Also with this solution it can be seen that a calibration of the entire measuring chain is not carried out, but it is carried out by means of temperature-dependent correction calculations with assigned comparison values only a temperature stabilization the intermediate sizes of amplifier voltages reached. About that In addition, the time drifts that are so important in calibration processes Measuring chain generally not taken into account.

Sensoranordnungen der eingangs genannten Art müssen zur Abgabe eines definierten Sensorausgangssignals kalibriert werden. Diese Kalibrierung folgt nach zwei Gesichtspunkten, nämlich einer Kalibrierung der Steilheit und einer Offsetkalibrierung. Bei der Kalibrierung der Steilheit wird die Verstärkung in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung der Steilheit des Sensors so angepasst, dass Messgrößenänderungen am Eingang des Sensors eine entsprechende Sensorsignalausgangsgrößenänderung bewirkten. Bei der Offsetkalibrierung wird Sorge dafür getragen, dass ein festgelegter Wert der Messgröße auch einen als Nullwert definierten des Sensorausgangssignals hervorruft. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausschließlich auf die Offsetkalibrierung.Sensor arrangements of the type mentioned at the outset have to be calibrated to emit a defined sensor output signal. This calibration follows two aspects, namely one Calibration of the slope and an offset calibration. When the slope is calibrated, the gain in the sensor signal processing circuit is adapted to the slope of the sensor in such a way that changes in measured variables at the input of the sensor bring about a corresponding change in the sensor signal output variable. In the case of offset calibration, care is taken to ensure that a fixed value of the measured variable also produces one of the sensor output signal defined as zero value. The present invention relates only to offset calibration.

Nach der Kalibrierung, die zumeist als eine Grundkalibrierung bei der Herstellung erfolgt, liefern Sensoren, die durch Fertigungsschwankungen in ihren Sensorsignalverhalten von einander abweichen, im Rahmen ihrer Genauigkeit identische Ausgangssignale bei gleichen Messgrößen.To the calibration, which is mostly used as a basic calibration for the Manufacturing is done, sensors supply by manufacturing fluctuations differ in their sensor signal behavior, in the frame their accuracy identical output signals with the same measured variables.

Wird nun eine so kalibrierte Sensoranordnung in ein Gerät eingebaut, so kann es geschehen, dass sich beim Einbau durch mechanische Beanspruchung des Sensors der Nullpunkt verschiebt. Dabei wird zum Beispiel beim Nullwert der Messgröße nicht mehr das dazugehörige Sensorausgangssignal ausgegeben. Folglich ist eine Nachkalibrierung erforderlich, die den erneuten Offset beseitigt.Becomes a sensor arrangement calibrated in this way is now installed in a device, So it can happen that during installation due to mechanical stress the sensor shifts the zero point. For example, the Zero value of the measured variable not more the associated Sensor output signal output. As a result, recalibration is required which eliminates the new offset.

Es ist bekannt, diesem durch den Einsatz bedingten Offset durch mechanische Mittel zu begegnen. Dabei können einerseits Einbauvorschriften ausgegeben werden, die beim Einsatz genau zu beachten sind, indem zum Beispiel ein maximales Drehmoment beim Einschrauben eines Sensors nicht überschritten werden darf. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein mechanisch stabiles Gehäuse für den Sensor vorzusehen, welches den Eingangsoffset minimiert.It is known for this offset caused by the use of mechanical Means to counter. You can On the one hand, installation instructions are issued that are used must be carefully observed, for example, by a maximum torque when screwing in a sensor must not be exceeded. A different possibility consists in providing a mechanically stable housing for the sensor, which minimizes the input offset.

Signalseitig kann der Einbauoffset dadurch ausgeglichen werden, dass ein Nachkalibrierungswert als Korrekturfaktor in einem an den Ausgang der Sensorsignalverarbeitungsschaltung angeschlossnen Gerät eingestellt und gespeichert wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass, insbesondere beim Anschluss einer Vielzahl von Sensoranordnungen an ein Auswertegerät, für jede einzelne Sensoranordnung eine getrennte Speicherung des Nachkalibrierwertes vorgesehen werden muß und dass auch dieses Nachkalibrieren für jeden einzelnen Sensor manuell vorgenommen werden muß, was den Arbeitsaufwand erheblich erhöht.signal side the installation offset can be compensated for by a recalibration value as a correction factor in a to the output of the sensor signal processing circuit connected device is set and saved. However, this has the disadvantage that, especially when connecting a variety of sensor arrangements to an evaluation device, for every individual sensor arrangement a separate storage of the recalibration value must be provided and that this recalibration is manual for each individual sensor must be made which significantly increases the amount of work.

Die Aufgabe der beseht nunmehr darin, den Aufwand zur Beseitigung eines durch den Einsatz eines Sensor bedingten Offsets zu verringern.The The task of the now consists in the effort to eliminate a by using a sensor-related offset.

Verfahrensseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Herstellung der Sensoranordnung in der zu der Sensoranordnung gehörenden Signalverarbeitungsschaltung ein Flag in einem nichtflüchtigen Speicher auf einen ersten Wert gesetzt wird. Bei einer Inbetriebnahme der Sensoranordnung wird der Sensor einem definierten Wert der Messgröße ausgesetzt. Dabei wird automatisch oder manuell gesteuert ein Kalibriervorgang ausgelöst, wenn das Flag den ersten Wert aufweist. Bei dem Kalibriervorgang wird der Wert des Kalibriersignals so lange verändert, bis sich ein dem definierten Wert der Messgröße entsprechenden Sensorausgangssignal einstellt. Der dabei auftretende Wert des Kalibriersignals oder eine zur Erzeugung dieses Wertes geeignete Größe wird in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung als Kalibrierwert nichtflüchtig gespeichert. Anschließend wird das Flag auf einen vom ersten Wert verschiedenen zweiten Wert gesetzt.the method, the task is solved by that in the manufacture of the sensor arrangement in the to the sensor arrangement belonging Signal processing circuit a flag in a non-volatile Memory is set to a first value. When commissioning the sensor arrangement, the sensor is exposed to a defined value of the measured variable. A calibration process is controlled automatically or manually fires if the flag has the first value. During the calibration process the value of the calibration signal is changed until the defined one Corresponding value of the measured variable Sensor output signal. The value of the calibration signal or a quantity suitable for generating this value is stored in the sensor signal processing circuit as a non-volatile calibration value saved. Subsequently the flag becomes a second value different from the first value set.

Durch dieses Verfahren wird es möglich, dass sich die Sensoran ordnung nach dem Einsatz, das heißt nach dem der Sensor eingebaut wurde , hinsichtlich des Offset selbst kalibriert. Es wird dabei lediglich erforderlich, den Sensor nach dem Einbau und vor der ersten Inbetriebnahme mit einer definierten Messgröße zu beaufschlagen, für die das zu erreichende Sensorausgangssignal bekannt ist. Sodann wird der Sensor in Betrieb genommen, indem er zum Beispiel eingeschaltet oder anderweitig mit Betriebsspannung versorgt wird. Da herstellungsseitig das Flag noch auf den ersten Wert gesetzt ist, erfolgt die automatische Kalibrierung auf den definierten Sensorausgangssignalwert. Nach Speicherung des entsprechenden Kalibrierwertes wird dann das Flag auf einen anderen Wert gesetzt, wodurch bei einer nächsten Inbetriebnahme der Kalibriervorgang nicht noch einmal wiederholt wird. Somit wird es möglich, die Sensoranordnung unter Beaufschlagung undefinierter Messgrößen ein- und auszuschalten, ohne das der Kalibrierungsvorgang erneut durchgeführt wird. Der bei der ersten Inbetriebnahme eingestellte Wert bleibt erhalten.By this procedure will make it possible for that the sensor arrangement after use, that is after the sensor was installed with regard to the offset itself calibrated. It is only necessary to read the sensor installation and before the first start-up with a defined To apply the measured variable, for the the sensor output signal to be reached is known. Then will the sensor started up, for example, by being turned on or otherwise supplied with operating voltage. Because the manufacturer Flag is still set to the first value, the automatic takes place Calibration to the defined sensor output signal value. To The flag is then saved to the corresponding calibration value set a different value, which means that the next time you start up the calibration process is not repeated again. This makes it possible to Sensor arrangement under exposure to undefined measurement variables and switch off without the calibration process being carried out again. The value set at the first start-up is retained.

Grundsätzlich ist es möglich, dass dieser Kalibriervorgang den ersten Kalibriervorgang der Sensoranordnung darstellt, dass heißt also dass während der Herstellung keine Offsetkalibrierung erfolgt, da ohnehin beim Einsatz eine Offsetkalibrierung erforderlich ist und erfindungsgemäß auch erfolgt.Basically is it possible that this calibration process is the first calibration process of the sensor arrangement represents that means so that while no offset calibration is carried out during production, since at Use an offset calibration is required and also takes place according to the invention.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind auch vorgesehen, dass bei der Herstellung der Sensoranordnung ein Grundkalibriervorgang in der Art des Kalibriervorgangs durchgeführt wird. Der dabei ermittelte wert des Kalibriersignals oder eine zur Erzeugung geeignete Größe wird als Grundkalibrierwert in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung gespeichert. Der Grundkalibrierwert wird sodann bei dem Kalibriervorgang vom Kalibrierwert ü berschrieben. Eine derartige Grundkalibrierung ist insbesondere bei einer digitalen Einstellung des Kalibriersignals von Vorteil, bei der keine negativen Zahlen des Kalibrierwertes verwendet werden können. Dabei kann der Grundkalibrierwert nämlich durch eine Digitalzahl in der Mitte des möglichen Zahlenvorrates abgespeichert werden. Eine solche Digitalzahl stellt dann die zur Erzeugung des Kalibriersignals geeignete Größe dar, indem diese Zahl beispielsweise über einen Digital-/Analogwandler ein entsprechendes Kalibriersignal erzeugt, welches dem Sensorsignal hinzugefügt wird. Wird eine negative Kalibrierung erforderlich, das heißt der Kalibrierwert soll gegenüber dem Grundkalibrierwert verringert werden, so wird die dem Kalibrierwert entsprechende Zahl verringert, allerdings immer noch im positiven Zahlenbereich.In one embodiment of the invention, provision is also made for a basic calibration process to be carried out in the manner of the calibration process when producing the sensor arrangement. The value of the calibration signal determined in the process or a size suitable for generation is stored as a basic calibration value in the sensor signal processing circuit. The basic calibration value is then overwritten by the calibration value during the calibration process ben. Such a basic calibration is particularly advantageous in the case of a digital setting of the calibration signal, in which no negative numbers of the calibration value can be used. The basic calibration value can be saved by a digital number in the middle of the possible number of numbers. Such a digital number then represents the quantity suitable for generating the calibration signal, in that this number generates, for example via a digital / analog converter, a corresponding calibration signal which is added to the sensor signal. If a negative calibration is required, that is to say the calibration value is to be reduced compared to the basic calibration value, the number corresponding to the calibration value is reduced, but still in the positive number range.

Besonders zweckmäßig ist es, dass der definierte Wert der Messgröße auf den Nullwert oder einen als Nullwert definierten Wert eingestellt wird. Dabei muß der Nullwert nicht unbedingt dem physikalischen Nullwert der Messgröße entsprechen. Besteht der Sensor beispielsweise aus einem Dehnmessstreifen, der an ein bereits mechanisch vorgespanntes Bauteil angebracht wird, um dessen Spannungsänderungen zu überwachen, so kann der Nullwert oder deren als Nullwert definierte Wert der Messgröße zu Beginn des Einbaus auch diesen Zustand beschreiben. Auf jeden Fall ist es jedoch zweckmäßig, die erste Inbetriebnahme der Sensoranordnung im unbelasteten Zustand des Sensors durchzuführen und das Sensorausgangssignal auf seinen Nullwert oder seinen als Nullwert definierten Wert einstellen zu lassen.Especially is appropriate it that the defined value of the measurand to zero or one value defined as zero value is set. The zero value must be used do not necessarily correspond to the physical zero value of the measured variable. For example, if the sensor consists of a strain gauge, the is attached to an already mechanically pre-stressed component, for its voltage changes to monitor the zero value or its value defined as zero value can be the Measured variable at the beginning of the installation also describe this condition. Definitely is however, it is appropriate to First start-up of the sensor arrangement in the unloaded state of the sensor and the sensor output signal to its zero value or to its zero value to have a defined value set.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Flag durch einen externen Eingriff in die Sensorsignalverarbeitungsschaltung auf den ersten wert einstellbar ist.In Another embodiment of the method provides that the flag by an external intervention in the sensor signal processing circuit is adjustable to the first value.

Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, die Nachkalibrierung zu einem späteren Zeitpunkt auch noch einmal zu wiederholen, wenn beispielsweise der Sensor aus und wieder eingebaut werden musste.By this configuration will make it possible Recalibration to a later one Repeat the time again if, for example, the Sensor had to be removed and reinstalled.

Die anordnungsseitige Lösung der Aufgabenstellung besteht darin, dass in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung ein nichtflüchtiger Flagspeicher angeordnet ist, in dem mindestens ein Flag speicherbar ist. Dieser Speicher ermöglicht es, den erfindungsgemäßen Kalibiervorgang nach Abfrage des Flags durchzuführen.The arrangement-side solution The task is that in the sensor signal processing circuit a non-volatile Flag memory is arranged in which at least one flag can be stored is. This memory enables it, the calibration process according to the invention after querying the flag.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichen zeigt:The The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the associated Character shows:

1 eine Anordnung mehrer Sensoranordnungen an einer Auswerteeinrichtung, 1 an arrangement of several sensor arrangements on one evaluation device,

2 eine Sensoranordnung mit analogen Ausgang und einer digitalen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und 2 a sensor arrangement with analog output and a digital implementation of the inventive method and

3 eine Sensoranordnung mit einem digitalen Ausgang. 3 a sensor arrangement with a digital output.

An die in 1 dargestellte Auswerteschaltung 1 sind mehrere Sensoranordnungen 2, bestehend aus je einem Sensor 3 und einer Sensorsignalverarbeitungsschaltung 4, angeschlossen. Dabei kann der Anschluss der Sensoranordnung 2 an die Auswerteschaltung direkt vorgenommen werden, wie dies im oberen Teil der Auswerteschaltung 1 dargestellt ist. Die andere Möglichkeit besteht in dem Anschluss mehrer Sensoranordnungen 2 über ein durch die Sensorsignalverarbeitungsschaltungen 4 verlaufenden Bus 5. Schließlich besteht die Möglichkeit, einen externen Bus 6 nach außen zu führen, an den dann mehrere Sensoranordnungen 2 angeordnet sind. Nach dem Stand der Technik war es zu einer Offsetkalibrierung erforderlich, für jede einzelne Sensoranordnung 2 in der Auswertesschaltung 1 einen Kalibrierwert zu speichern, der vorher für jede einzelne Sensoranordnung 2 ermittelt werden musste. Dies wird durch die Erfindung vermieden. Hierzu werden Schaltungsanordnungen verwendet, wie sie in den 2 und 3 dargestellt sind.To the in 1 shown evaluation circuit 1 are several sensor arrangements 2 consisting of one sensor each 3 and a sensor signal processing circuit 4 , connected. The sensor arrangement can be connected 2 be made directly to the evaluation circuit, as is the case in the upper part of the evaluation circuit 1 is shown. The other possibility is to connect several sensor arrangements 2 via one through the sensor signal processing circuits 4 trending bus 5 , Finally, there is the possibility of an external bus 6 lead to the outside, on which then several sensor arrangements 2 are arranged. According to the prior art, an offset calibration was required for each individual sensor arrangement 2 in the evaluation circuit 1 to store a calibration value that was previously for each individual sensor arrangement 2 had to be determined. This is avoided by the invention. For this, circuit arrangements are used, as shown in the 2 and 3 are shown.

Die in 2 dargestellte Sensoranordnung 2 besteht aus einem Sensor 3 und einem Sensorsignalverarbeitungsschaltung 4. In der Sensorsignalverarbeitungsschaltung 4 ist eine Verstärker 7 angeordnet, der eingangsseitig mit dem Sensorsignal auf der Signalleitung 8 beaufschlagt wird. Der Ausgang des Verstärkers 7 ist mit einem Addierer 9 verbunden. Der Ausgang 10 des Addierers 9 stellt gleichzeitig auch den Ausgang der Sensorsignalverarbeitungsschaltung 4 dar, an dem das Sensorausgangssignal anliegt. Mit dem Ausgang 10 ist ein Analog-/Digitalwandler, im einfachsten Falle eine Komparator 11 verbunden. Der Komparator 11 liegt ausgangsseitig an einer Auswerteelektronik 12 an. Die Auswerteelektronik 12 ist mit einem nichtflüchtigen Speicher 13 verbunden, der einen Flagspeicher 14 beinhaltet. Der Speicher 13 ist mit einem Digital-/Analogwandler 15 verbunden, dessen analoger Ausgang 16 ebenfalls mit dem Addierer 9 verbunden ist.In the 2 sensor arrangement shown 2 consists of a sensor 3 and a sensor signal processing circuit 4 , In the sensor signal processing circuit 4 is an amplifier 7 arranged, the input side with the sensor signal on the signal line 8th is applied. The output of the amplifier 7 is with an adder 9 connected. The exit 10 of the adder 9 also provides the output of the sensor signal processing circuit 4 represents the sensor output signal. With the exit 10 is an analog / digital converter, in the simplest case a comparator 11 connected. The comparator 11 is on the output side of an evaluation electronics 12 on. The evaluation electronics 12 is with a non-volatile memory 13 connected to a flag store 14 includes. The memory 13 is with a digital / analog converter 15 connected, its analog output 16 also with the adder 9 connected is.

Alle in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Sensoren 3 können beispielsweise Drucksensoren darstellen. Dementsprechend sind diese Sensoranordnungen 2 bei der Herstellung derart offsetkalibriert, dass bei fehlender Druckbeaufschlagung auf die Sensoren 3 das Sensorausgangssignal am Ausgang 10 Null ist. Bei der Sensoranordnung 2 gemäß 2 ist hierzu im Speicher 13 ein Grundkalibrierwert in Form einer Digitalzahl gespeichert. Durch den Digital-/Analogwandler 15 wird daraus ein analoger Spannungswert, der zusammen mit dem Ausgang des Verstärkers 7 am Addierer den Sensorausgangswert am Ausgang 10 ergibt.All sensors shown in the exemplary embodiment 3 can represent pressure sensors, for example. Accordingly, these are sensor arrangements 2 offset-calibrated during manufacture such that no pressure is applied to the sensors 3 the sensor output signal at the output 10 Is zero. With the sensor arrangement 2 according to 2 is in memory for this 13 a basic calibration value stored in the form of a digital number. Through the digital / analog converter 15 it becomes an analog voltage value, which together with the output of the amplifier 7 at the adder the sensor output value at the output 10 results.

Ebenfalls bei der Herstellung ist bei dem Flagregister 14 ein Flag auf logisch EINS gesetzt worden, was bedeutet, dass an der Sensoranordnung 2 bisher lediglich die Grundkalibrierung vorgenommen worden ist.The flag register is also in production 14 a flag has been set to logic ONE, which means that on the sensor array 2 so far only the basic calibration has been carried out.

Wird der Sensor 3 nunmehr mechanisch eingebaut, so wirken auf ihn mechanische Einbaukräfte, die einen dauerhaften Einbauoffset erzeugen, so dass ein anderes Sensorausgangssignal am Ausgang 10 erzeugt würde, selbst wenn der Sensor 3 nicht mit einem Druck beaufschlagt würde.Will the sensor 3 now mechanically installed, mechanical installation forces act on it, which generate a permanent installation offset, so that another sensor output signal at the output 10 would be generated even if the sensor 3 would not be pressurized.

Um dies zu vermeiden, wird das Sensorausgangssignal über den Komparator 11 bewertet. Da in aller Regel das Sensorausgangssignal einen von Null verschiedenen Wert zeigt und der Komporator 11 auf Null eingestellt ist, wird dieser an seinem Ausgang eine logische EINS zeigen. Dies wird von der Auswertelektronik 12 festgestellt. Weiterhin stellt die Auswertelektronik 12 fest, dass das Flag im Flagspeicher 14 auf logisch EINS steht. Mit diesen beiden Informationen wird die Auswerteschaltung 12 so lange veränderte Werte in den Speicher 13 schreiben, bis sich über den Digital-/Analogwandler 15 und den Addierer 9 eine Sensorausgangsspannung am Ausgang 10 einstellt, die dem Wert Null entspricht. Damit wird der Komparator 11 an seinem Ausgang den Wert einer logischen NULL annehmen. Damit stoppt die Auswertelektronik 12 den Vorgang der Veränderung des Speicherinhalts des Speicher 13 und setzt das Flag in dem Flagspeicher 14 auf logisch NULL. Damit ist in dem Speicher 13 der Zahlenwert eingespeichert, der das Kalibriersignal am Ausgang 16 für alle weiteren Einsatzfälle ergibt.To avoid this, the sensor output signal is sent through the comparator 11 rated. As the sensor output signal usually shows a value different from zero and the comparator 11 is set to zero, it will show a logical ONE at its output. This is from the evaluation electronics 12 detected. Furthermore, the evaluation electronics 12 determines that the flag is in the flag store 14 is logically ONE. The evaluation circuit is provided with these two pieces of information 12 so long changed values in memory 13 write until over the digital / analog converter 15 and the adder 9 a sensor output voltage at the output 10 that corresponds to the value zero. This will be the comparator 11 assume the value of a logical ZERO at its output. This stops the evaluation electronics 12 the process of changing the memory content of the memory 13 and sets the flag in the flag memory 14 at logical ZERO. So that is in the memory 13 the numerical value stored, which is the calibration signal at the output 16 for all other applications.

Von dem Flagspeicher 14 ist eine externe Flagleitung 17 nach außen geführt. Über diese Flagleitung 17 kann der Inhalt des Flagspeichers 14 von außen verändert werden. Er kann damit beispielsweise wieder auf logisch EINS gesetzt werden. Dies bewirkt, dass beim nächsten Einschalten der Sensoranordnung 2 der Vorgang erneut beginnt, dass heißt erneut eine Kalibrierung vorgenommen wird. Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn beispielsweise der Sensor aus- und wieder eingebaut wurde, da sich ja dann die Druckverhältnisse an dem Sensor 3 aller Voraussicht nach geändert haben werden.From the flag store 14 is an external flag line 17 led to the outside. About this flag line 17 can the content of the flag memory 14 be changed from the outside. For example, it can be reset to logical ONE. This causes the next time the sensor arrangement is switched on 2 the process begins again, that is, a calibration is carried out again. This is particularly expedient if, for example, the sensor has been removed and reinstalled, since the pressure conditions on the sensor then change 3 will most likely have changed.

Die Sensoranordnung 2 gemäß 3 besteht ebenfalls aus einem Sensor 3 und einem Verstärker 7. Am Ausgang des Verstärkers 7 ist hier ein Analog-/Digitalumsetzer 18 angeschlossen. Dieser liefert an seinem digitalen Ausgang verstärkte digitale Sensorsignale an ein Rechenwerk 20. An das Rechenwerk 20 ist ebenfalls wieder ein nichtflüchtiger Speicher 13 mit einem Flagspeicher 14 angeschlossen. Ist nun das Flagregister in der oben dargestellten Art und Weise auf logisch 1 gesetzt, so wird durch das Rechenwerk der Speicherinhalt im Speicher 13 ständig so lange verändert, bis das Ergebnis der Addition aus dem Signal am digitalen Ausgang 19 und dem Inhalt des Speichers 13 Null ergibt. Sodann wird die Veränderung des Speicherinhalts 13 angehalten und das Flag im Flagspeicher 14 auf logisch NULL gesetzt. Sodann bleibt in dem nichtflüchtigen Speicher 13 der Kalibrierwert für den weiteren Einsatz der Sensoranordnung 2 bestehen.The sensor arrangement 2 according to 3 also consists of a sensor 3 and an amplifier 7 , At the output of the amplifier 7 here is an analog / digital converter 18 connected. This provides amplified digital sensor signals to an arithmetic unit at its digital output 20 , To the calculator 20 is also a non-volatile memory 13 with a flag memory 14 connected. If the flag register is now set to logic 1 in the manner shown above, the arithmetic unit stores the memory content in the memory 13 constantly changed until the result of the addition from the signal at the digital output 19 and the content of the memory 13 Results in zero. Then the change in memory content 13 stopped and the flag in the flag memory 14 set to logic ZERO. Then remains in the non-volatile memory 13 the calibration value for the further use of the sensor arrangement 2 consist.

11
Auswerteschaltungevaluation
22
Sensoranordnungsensor arrangement
33
Sensorsensor
44
SensorsignalverarbeitungsschaltungSensor signal processing circuit
55
Busbus
66
externer Busexternal bus
77
Verstärkeramplifier
88th
SensorsignalleitungSensor signal line
99
Addiereradder
1010
Ausgangoutput
1111
Komparatorcomparator
1212
Auswerteelektronikevaluation
1313
SpeicherStorage
1414
Flagspeicherflag memory
1515
Digital-/AnalogwandlerDigital / analog converter
1616
Analoger Ausganganalog output
1717
externe Flagleitungexternal flag line
1919
digitaler Ausgangdigital output
2020
Rechenwerkcalculator

Claims (5)

Verfahren zur Offsetkalibrierung eines Sensorsignal, bei dem unter Einwirkung einer zu ermittelnden Messgröße ein am Ausgang eines Sensors anliegendes Sensorsignal in einer zu einer Sensoranordnung gehörenden Sensorsignalverarbeitungsschaltung bearbeitet wird, indem es mit einem von Null verschiedenen Verstärkungsfaktor verstärkt, mit einem Kalibriersignal beaufschlagt und als Sensorausgangssignal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Sensors (3) in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung (4) ein Flag in einem nichtflüchtigen Speicher (14) auf einen ersten Wert gesetzt wird, dass bei einer Inbetriebnahme des Sensors (3) der Sensor (3) einen definierten Wert der Messgröße ausgesetzt wird und dabei automatisch oder manuell gesteuert ein Kalibriervorgang ausgelöst wird, wenn das Flag den ersten Wert aufweist, wobei bei dem Kalibriervorgang der Wert des Kalibriersignals so lange verändert wird, bis sich ein dem definierten Wert der Messgröße entsprechendes Sensorausgangssignal einstellt und der dabei auftretende Wert des Kalibriersignals oder eine zur Erzeugung dieses Wertes geeignete Größe als Kalibrierwert in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung (4) nichtflüchtig gespeichert wird und das anschließend das Flag auf einen von dem ersten Wert verschiednen zweiten Wert gesetzt wird.Method for offset calibration of a sensor signal, in which, under the action of a measured variable to be determined, a sensor signal present at the output of a sensor is processed in a sensor signal processing circuit belonging to a sensor arrangement by amplifying it with a gain factor other than zero, applying a calibration signal and outputting it as a sensor output signal , characterized in that during the manufacture of the sensor ( 3 ) in the sensor signal processing circuit ( 4 ) a flag in a non-volatile memory ( 14 ) is set to a first value that when the sensor is started up ( 3 ) the sensor ( 3 ) a defined value of the measured variable is exposed and a calibration process is triggered automatically or manually controlled when the flag has the first value, the value of the calibration signal being changed during the calibration process until a sensor output signal corresponding to the defined value of the measured variable hires and the thereby occurring value of the calibration signal or a variable suitable for generating this value as a calibration value in the sensor signal processing circuit ( 4 ) is stored in a non-volatile manner and the flag is then set to a second value different from the first value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Sensors (3) ein Grundkalibriervorgang in der Art des Kalibriervorgangs durchgeführt und der dabei ermittelte Wert des Kalibriersignals oder eine zur Erzeugung geeignete Größe als Grundkalibrierwert in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung (4) gespeichert wird und dass der Grundkalibrierwert vom Kalibrierwert überschrieben wird.A method according to claim 1, characterized in that in the manufacture of the sensor ( 3 ) a basic calibration process is carried out in the manner of the calibration process and the value of the calibration signal determined in the process or a variable suitable for generation as the basic calibration value in the sensor signal processing circuit ( 4 ) is saved and that the basic calibration value is overwritten by the calibration value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Wert der Messgröße auf deren Nullwert oder einem als Nullwert definierten Wert eingestellt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the defined value of the measured variable is at its zero value or a value defined as zero value is set. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flag durch externen Eingriff in die Sensorsignalverarbeitungsschaltung (4) auf den ersten Wert einstellbar ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flag by external intervention in the sensor signal processing circuit ( 4 ) can be set to the first value. Sensoranordnung mit einem Sensor und einer Sensorsignalverarbeitungsschaltung, die einen Verstärker, einen nichtflüchtigen Kalibrierwertspeicher und eine Addierstelle beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensorsignalverarbeitungsschaltung (4) ein nichtflüchtiger Flagspeicher (14), in dem mindestens ein Flag speicherbar ist, angeordnet ist.Sensor arrangement with a sensor and a sensor signal processing circuit, which contains an amplifier, a non-volatile calibration value memory and an adding point, characterized in that in the sensor signal processing circuit ( 4 ) a non-volatile flag memory ( 14 ), in which at least one flag can be stored.
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