Meßanordnung zur Messung des Induktivitäts- und des Widerstandswertes eines induktiven Sensors

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zur Mes- sung des Induktivitäts- und des Widerstandswertes eines induktiven Sensors .

Zur Messung mechanischer Bewegungen werden vielfach induktive Sensoren eingesetzt, bei denen sich die Induktivität abhängig von der Position eines ferromagnetischen Bauteiles ändert. Beispiele sind Raddrehzahlsensoren von Kraftfahrzeugen, Lage-, Drehwinkel- und Wegsensoren jeglicher Art. Induktivitätsbehaftete Sensoren haben stets auch einen ohmschen Widerstand, weshalb man für den Einsatz der Sensoren sowohl den Induktivitätswert als auch den Widerstandswert erfassen muß.

Aus der Meßtechnik ist es allgemein bekannt, zur Messung einer Induktivität einen Meßspannungsimpuls an die Induk- tivität zu legen und die Sprungantwort auszuwerten. Zur

Bestimmung des ohmschen Widerstandes verwendet man dagegen eine stationäre Gleichspannung und mißt im eingeschwungenen Zustand den Strom oder bei bekanntem Strom den Spannungsabfall an dem Widerstand. Für die Messung muß man al- so zwei unterschiedliche Spannungen anwenden, was unterschiedliche Spannungsquellen, Umschalter und weitere Bauelemente erfordert, so daß eine solche Meßanordnung auf-

wendig und teuer ist und sich für den praktischen Einsatz, beispielsweise in Kraftfahrzeugen nicht eignet .

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau die gesuchten Induktivitäts- und Widerstandswerte des Sensors liefert.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebe- nen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der Meßanordnung nach der Erfindung benötigt man nur eine Spannungsquelle mit nichtkonstanter Spannung, vorzugsweise einer Rechteckspannung, und greift lediglich Strom- und Spannungsverlauf am Sensor ab und wertet diese mit einer modellbasierten Identifikationseinrichtung aus, die beispielsweise ein Schätzfilter, ein Kaiman-Filter, ein Least-Sguare-Schätzer, ein rekursiver Least-Square- Schätzer oder ein Gauss-Markov-Schätzer ist, mit dem die beiden unbekannten Parameter von Widerstand und Induktivität bestimmt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert . Es zeigt :

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Meßanordnung nach der Erfindung .

In Fig. 1 ist ein Sensor 1 gezeigt, der im Ersatzschaltbild eine Induktivität L ₈ und einen Widerstand R ₃ in Rei-

henschaltung aufweist . Dieser Sensor 1 ist über einen Vorwiderstand R ₁ an eine Spannungsquelle 2 angeschlossen, die eine nichtkonstante Spannung erzeugt. Diese Spannung ist im einfachsten Fall eine Rechteckspannung, wobei aber auch andere Spannungsverläufe verwendet werden können, wie z.B. Dirac-Impulse, Frequenzgemische oder sonstige Spannungsverläufe, die keine Gleichspannung sind.

Die Spannungsquelle 2 hat üblicherweise einen Innenwider- stand, der hier als parallel zur Spannungsquelle 2 liegender Widerstand R ₂ im Ersatzschaltbild dargestellt ist.

Der durch den Sensor 1 fließende Strom I ₃ bewirkt an dem Vorwiderstand R ₁ einen Spannungsabfall U ₁ und beträgt

I ₃ = O ₁ ZR ₁ .

Diese Spannung U ₁ wird einem Eingang einer Auswerteschaltung 3 zugeführt . Die am Sensor 1 abfallende Spannung U ₃ beträgt

U _s = U ₂ - U ₁

und wird zwischen Masse und Sensoranschluß als Spannung U ₂ abgegriffen und ebenfalls der Auswerteschaltung 3 zugeführt, die auch einen Masseanschluß 4 aufweist. Bei geeigneter Dimensionierung bzw. Auslegung der Spannungsquelle 2 und des Vorwiderstandes R ₁ können die beiden Spannungen U ₁ und U ₂ direkt den Eingängen der Auswerteschaltung zugeführt werden, die als MikroController ausgebildet ist.

Diese Auswerteschaltung ermittelt nach einem modellbasierten Identifikationsverfahren die gesuchten Werte von L _s und R ₃ .

Die Modellgleichung für die Schaltung im Laplace-Bereich lautet :

mit den Meßgrößen I ₈ (I ₈ = Ui/Ri) und U _s (U ₈ = U ₂ - U ₁ ) und den zu identifizierenden Parametern L ₈ und R ₈ . Im Zeitbereich erhält man

oder

als Identifikationsgleichung, wobei I _s (t) und U ₈ (t) jeweils eine Reihe von n Meßwerten darstellt mit n > 2. Diese Identifikationsgleichung wird dann mit dem modellbasierten Identifikationsverfahren ausgewertet unter Anwendung der an sich bekannten Gleichungen von Schätzern, wie Kaiman- Filter, Least-Square-Schätzer, recursive Least-Square- Schätzer oder Gauss-Markσv-Schätzer.

Die mathematischen Gleichungen und die Theorie dieser Schätzer sind an sich bekannt (vgl. Methoden der Signalverarbeitung, Vorlesungsskript Prof. Dr. Ing. U. Kiencke,

Wintersemester 2004/2005; Universität Karlsruhe (TH) Institut für Industrielle Informationstechnik, insbesondere Seiten 143 bis 192) .

Das Zeitverhalten der Schätzer ist hier unkritisch, da sich die Meßwerte von Lg und R ₈ in Relation zur Geschwindigkeit der Auswertung langsamer ändern.

Da in heutigen Steuerungen, die Sensorsignale auswerten, ohnehin Mikrocontroller vorhanden sind, die auch die Aufgabe des Schätzers übernehmen können, wird durch die Erfindung eine sehr einfache Schaltung geschaffen, die mit extrem geringem Hardware-Aufwand die gesuchten Meßwerte liefert .