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Title:
METHOD FOR PROCESSING/EVALUATING USEFUL SIGNALS IN SENSORS AND ASSOCIATED SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/026793
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for processing/evaluating useful signals in sensors is described. A useful signal generated by a sensor element of the sensor is supplied to a signal processing/evaluation section of the sensor and processed/evaluated there. The working frequencies used internally in the sensor are subjected to a frequency modulation by frequency spreading in order thereby to reduce the interference susceptibility of the sensor. Also discussed is a sensor with a sensor element and a signal processing/evaluation section, the sensor having a frequency modulator that performs frequency spreading of the internal working frequencies of the sensor for the signal processing chain.

Inventors:
BEUSS, Jochen (Seestraße 5, Erzhausen, 64390, DE)
LICHTERFELD, Stefan (Rosenweg 34, Taunusstein, 65232, DE)
ÖSTREICH, Christian (Karlsbader Str. 19, Gründau, 63584, DE)
SCHRÖDER, Sven (Haingasse 45, Friedrichsdorf, 61381, DE)
Application Number:
EP2012/066091
Publication Date:
February 28, 2013
Filing Date:
August 17, 2012
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG (Guerickestraße 7, Frankfurt, 60488, DE)
BEUSS, Jochen (Seestraße 5, Erzhausen, 64390, DE)
LICHTERFELD, Stefan (Rosenweg 34, Taunusstein, 65232, DE)
ÖSTREICH, Christian (Karlsbader Str. 19, Gründau, 63584, DE)
SCHRÖDER, Sven (Haingasse 45, Friedrichsdorf, 61381, DE)
International Classes:
G01D3/08; G01P15/00
Domestic Patent References:
WO1991020128A1
Foreign References:
DE102007041646A1
EP0945984A2
US20080094055A1
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG (Guerickestraße 7, Frankfurt, 60488, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Verarbeitung/Auswertung von Nutzsignalen in Sensoren, bei denen ein von einem Sensorelement des Sensors erzeugtes Nutzsignal einem Signal- verarbeitungs/auswertebereich des Sensors zugeführt und dort verarbeitet/ausgewertet wird, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass

wenigstens eine der im Sensor eingesetzten sensorinternen Arbeitsfrequenzen einer Frequenzmodulation durch Frequenzspreizung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mit einer konstanten Arbeitsfrequenz, sondern einer sich ständig verändernden Arbeitsfrequenz innerhalb eines Sweep-Bereiches operiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz moduliert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ansteue- rung des Sensorelementes moduliert wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der analogen Signalkonditionierung moduliert wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der A/D- Konverter-Samplingstufe moduliert wird. Sensor mit einem Sensorelement und einem Signalverar- beitungs/auswertebereich, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Frequenzmodulator für die Signalverarbeitungskette besitzt, der eine Frequenzspreizung der sensorinternen Arbeitsfrequenzen durchführt.

Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzmodulator einer A/D-Konverter-Sampling- stufe zugeordnet ist.

Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzmodulator die Taktfrequenz des Sensors moduliert .

Description:
Verfahren zur Verarbeitung/Auswertung von Nutzsignalen in Sensoren und zugehöriger Sensor Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung/Auswertung von Nutzsignalen in Sensoren, bei denen ein von einem Sensorelement des Sensors erzeugtes Nutzsignal einem Signalverarbeitungs/auswertebereich des Sensors zugeführt und dort verarbeitet/ausgewertet wird.

Bei der Entwicklung der verschiedenartigsten Sensoren, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, wie beispielsweise Beschleu ¬ nigungssensoren, wurde festgestellt, dass sich derartige Sen ¬ soren bei den sensorinternen Arbeitsfrequenzen leicht stören lassen. Die Störempfindlichkeit der Sensoren tritt hier ty ¬ pisch in sehr schmalen Frequenzbereichen auf und wird insbesondere durch einen Aliasing-Effekt hervorgerufen. Bei Störfrequenzen nahe dem Vielfachen der Takt- oder Abtastfrequenzen kann es so zu Schwebungen oder zu konstanten Signalabwei- chungen kommen.

Eine Störung eines Sensors kann beispielsweise durch folgende Einflüsse erfolgen: Störfrequenzen auf der Spannungsversor- gung, elektromagnetische Störfeldeinstrahlung, mechanische Schwingungen. Zur Verbesserung der Störfestigkeit hat man beispielsweise eine Filterung der Versorgungsleitung, eine HF-Schirmung der Sensoren oder eine mechanische Entkopplung der Sensoren durchgeführt.

Insbesondere ergibt sich bei speziellen Messverstärkeranord ¬ nungen, die in den Signalverarbeitungs/auswertebereichen von Sensoren Verwendung finden, durch die üblicherweise sehr kur- zen Sampling-Intervalle ein zugehöriges Linienspektrum, auf dessen vielfachen Einzelfrequenzen unerwünschte Aliasing- Mischprodukte entstehen. Je kürzer das Tastintervall, desto höher ist die Ordnung der Harmonischen, die signifikant auftreten .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich die Störempfindlichkeit von Sensoren auf besonders sig ¬ nifikante Weise reduzieren lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass wenigstens eine der im Sensor eingesetzten sensorinternen Arbeitsfrequenzen einer Frequenzmodulation durch Frequenzspreizung unterzogen wird.

Die Problematik hinsichtlich der Störfestigkeit des Sensors wurde bereits vorstehend erörtert. Beispielsweise kann sich die durch den Aliasing-Effekt entstehende Schwebung mit dem Nutzsignal mischen und innerhalb der schmalen Auswerteband- breite zu den erwähnten Signalabweichungen führen. Erfindungsgemäß wird nunmehr die sensorinterne Arbeitsfrequenz, beispielsweise die Taktfrequenz, so moduliert, dass eine Fre ¬ quenzspreizung stattfindet, so dass die Vielfachen der Fre- quenz ein Frequenzband überstreichen, das deutlich größer als die Auswertebandbreite werden kann. Das Linienspektrum wird daher aufgeweitet. Es tritt nunmehr keine ausgeprägte kon ¬ stante Überlagerung mit Signalabweichung auf. Insgesamt wird daher der Sensor unempfindlicher gegen interne Mischprodukte durch eingekoppelte, schmalbandige HF-Störungen.

Erfindungsgemäß wird somit eine Frequenzmodulation mit ent ¬ sprechender Frequenzspreizung innerhalb der Signalverarbei- tungskette eines Sensors durchgeführt, um dessen Störfestig ¬ keit ohne externe Maßnahmen zu erhöhen. Diese auf der Spreizspektrum-Methode basierende Vorgehensweise erleichtert die Grenzwerteinhaltung sowohl bei der Störfestigkeit als auch bei der Störaussendung.

Erfindungsgemäß kann daher mit geringem Schaltungsaufwand die Störfestigkeit von Sensoren, beispielsweise in Bezug auf EMV und mechanische Vibrationen, erhöht werden. Dies ist insbe ¬ sondere für Sensoren in Kraftfahrzeugen von Bedeutung, da diese besonders starken Störeinflüssen ausgesetzt sind, bei ¬ spielsweise Hochfrequenzeinstrahlungen, Vibrationen durch Ventilansteuerung, einzuhaltende Restwechselspannungen (beispielsweise Lichtmaschine) etc. Demgegenüber sind bekannte Sensoren sehr empfindlich gegen schmalbandige Hochfrequenz- Störungen und können in bestimmten Anwendungsbereichen nicht zum Einsatz kommen.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise nicht mit einer konstanten Arbeitsfrequenz, sondern einer sich ständig verändernden Ar- beitsfrequenz innerhalb eines Sweep-Bereiches operiert.

Der hier verwendete Begriff „sensorinterne Arbeitsfrequenz" ist vorzugsweise breit auszulegen und betrifft sämtliche Ar- beitsfrequenzen des Sensors, insbesondere Systemfrequenzen, Ansteuerfrequenzen, Auswertefrequenzen und sonstige Arbeitsfrequenzen. Insbesondere werden erfindungsgemäß Abtastfre ¬ quenzen, Ansteuerfrequenzen, Frequenzen der analogen Signal- konditionierung, Frequenzen der A/D-Konverter-Samplingstufe moduliert. Dabei kommt das erfindungsgemäße Verfahren insbe ¬ sondere zur Modulation in der Systemtaktfrequenz und zur Beeinflussung der Ansteuerung oder Auswertung einer analogen/digitalen Signalverarbeitung zum Einsatz. Externe Isola- tionsmaßnahmen können vermieden werden, und die Störempfindlichkeit kann insgesamt reduziert werden.

Es ist zweckmäßig, dass sämtliche der im Sensor eingesetzten sensorinternen Arbeitsfrequenzen einer Frequenzmodulation durch Frequenzspreizung unterzogen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Sensor mit einem Sensorelement und einem Signalverarbeitungs/auswerte- bereich, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Fre ¬ quenzmodulator für die Signalverarbeitungskette besitzt, der eine Frequenzspreizung der sensorinternen Arbeitsfrequenzen durchführt. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann es sich hierbei bei der sensorinternen Arbeitsfrequenz um eine Systemfrequenz, Ansteuerfrequenz, Abtastfrequenz, Frequenz der analogen Signalkonditionierung, Frequenz der A/D-Konverter- Samplingstufe etc. handeln.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines

Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Sensors.

Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Beschleu ¬ nigungssensor eines Kraftfahrzeuges handeln, wobei konstruk- tionsmäßige Einzelheiten eines derartigen Sensors hier nicht gezeigt sind und für die Erfindung keine Rolle spielen. Auch das eigentliche Sensorelement ist nicht dargestellt. Vielmehr ist der Signalverarbeitungs/auswertebereich des Sensors im Blockschaltbild gezeigt.

Eine Einheit 1 stellt die Taktfrequenz für die Signalverar- beitung/auswertung des Sensors zur Verfügung, wobei dieser Einheit 1 ein erster Frequenzmodulator 2 zugeordnet ist, welcher eine Frequenzspreizung durchführt. Mit 4 ist der Analog ¬ teil des Sensors bezeichnet, wobei Sensor und Verstärker mit 3 gekennzeichnet sind. Die entsprechend modulierte Taktfre ¬ quenz findet für die Signalverarbeitung in der Analog-Stufe 4 Verwendung. Das verstärkte Nutzsignal gelangt über einen Tiefpassfilter 5 zu einer A/D-Konverter-Samplingstufe 7 und wird digitalisiert. Eine entsprechende Digital-Stufe mit ei ¬ nem Tiefpassfilter 10 ist bei 6 dargestellt.

Zum Modulieren der Frequenz der A/D-Konverter-Samplingstufe 7 findet ein weiterer Frequenzmodulator 8 Verwendung, der mit dem Modulator 2 abgestimmt ist und mit einem Modulationssig ¬ nal 9 beaufschlagt wird, um die Sample-Frequenz zu spreizen.