用于检测影响传感器的短路的方法和系统的制作方法
【专利摘要】用于检测影响传感器的短路的方法和系统。根据本发明，检测影响传感器（10，110）的短路的方法包括以下步骤，其中，该传感器的至少一个端子（B1，B2）连接到偏置电阻器（21，22，121）：向至少一个偏置电阻器（21，22，121）施加具有至少一个预定特征的至少一个测试偏置电压，所述至少一个预定特征不同于所述电阻器的标称偏置电压的相应特征；测量跨过所述传感器的端子的所得差分电压；以及，根据与所述测试偏置电压的所述预定特征对应的测量差分电压的至少一个特征，确定所述传感器是否呈现短路。
【专利说明】用于检测影响传感器的短路的方法和系统
[0001]本发明的背景
[0002]本发明涉及传感器的一般领域，所述传感器诸如是用于感测温度、压力、移动等的传感器。
[0003]本发明更具体地涉及检测影响获取链中传感器的短路。
[0004]本发明的优选但非限制性应用因而在于其中使用多种传感器的航空领域(例如，在飞行器上)。
[0005]在现有技术中，存在用于检测简单电阻性传感器被针对已知电势的短路(例如，对地或对电源电压的短路)影响的技术。使用这种类型的传感器，对地或电源电压的短路使得传感器的电阻被测量为零。
[0006]这种技术的示例实施方式在文档US2006/0036381中描述。在该文档中，根据传感器的端子处的电压的总和与传感器的电源电压的比例，确定影响电阻性传感器的短路的存在。
[0007]这种技术使得可以有利地改善使用这种简单电阻性传感器、尤其是诸如电阻性温度传感器做出的测量，由此改善这种传感器的可靠性。
[0008]然而，对于诸如具有应变片桥的传感器、电感性传感器或电容性传感器之类更复杂的传感器，不可以应用这种检测技术。
[0009]因此存在对用于检测影响获取`链中传感器的短路的简单机制的需要，该技术适于应用到更广范围的传感器。
[0010]本发明的目的和内容
[0011]本发明通过提出检测影响传感器的短路的方法满足这种需求，传感器的至少一个端子连接到偏置电阻器，该方法包括以下步骤:
[0012]?向至少一个偏置电阻器施加具有至少一个预定特征的至少一个测试偏置电压，所述至少一个预定特征不同于所述电阻器的标称偏置电压的相应特征；
[0013]?测量跨过所述传感器的端子的所得差分电压；以及
[0014]?根据与所述测试偏置电压的所述预定特征对应的测量差分电压的至少一个特征，确定所述传感器是否呈现短路。
[0015]本发明使得:通过改变常规地连接到传感器的偏置电阻器的偏置电压(该偏置电阻器还已知为“上拉”电阻器)，例如，通过使用被电子系统的数字核心控制的数模转换器，可以检测影响传感器的短路。
[0016]通过向偏置电阻器施加测试偏置电压执行这种改变，该测试偏置电压具有至少一个预定特征，该至少一个预定特征不同于电阻器的标称偏置电压的相应特征。术语“标称偏置电压”此处用于表示通常施加到偏置电阻器以确保传感器的“正常”操作的偏置电压。
[0017]各个特征可以用于从其标称电压区分施加到偏置电阻器的测试偏置电压。因而，施加的信号的属性可以不同:例如标称偏置电压可以对应于直流(DC)信号,而测试偏置电压包括预定频率的交流(AC)信号成分。在变型中，测试偏置电压可以通过其参数(诸如幅值)中的一些值从标称偏置电压区分。[0018]因而，通过向偏置电阻器注入适当测试偏置电压，本发明使得可以从在传感器的端子处引起零差分电压的其它配置区分传感器的短路类型故障。本发明因而有利地使得可以检测影响各种类型的传感器的短路，所述传感器诸如尤其是电阻性传感器且是诸如电感性传感器(例如线性可变差分变压器(LVDT)传感器、分解器、或音轮传感器)、电容性传感器、应变片桥传感器、热耦传感器等更复杂的传感器。
[0019]另外，可以检测不同类型的短路，尤其是机械接地(且因而可以未知的电势)的短路以及被称为“差分”短路(即，在传感器的两个电线之间)的短路。
[0020]更精确地，在本发明的具体实施例中，如果测量的差分电压的特征不同于当传感器不呈现短路时如针对跨过传感器的端子测量的差分电压所期望的相应特征，则确定传感器呈现短路。
[0021]应当观察到:术语“跨过传感器的端子的差分电压”此处用于表示在传感器的两个端子之间存在的电势差。用于简化目的，当传感器的端子中的一个连接到地时，也使用相同的术语。
[0022]在本发明的第一变型实施例中:
[0023]?传感器的每个端子连接到偏置电阻器；
[0024]?为了向每个电阻器施加测试偏置电压，在与传感器的工作频率不同的预定频率的AC信号被施加到两个偏置电阻器；以及
[0025]?如果所得差分电压包括在所述预定频率的AC成分，则确定传感器呈现短路。
[0026]有利地，该第一变型使得可以检测影响考虑的传感器的机械接地的短路。仅需要差分电压的一次测量，该测量例如可以通过使用传感器的获取链完成。该第一变型因而应用于被称为相对于地“浮置”(即，其中共模不通过激励或一些其它设备强加)且因此可以在其上动作的传感器。
[0027]在该第一变型中，根据偏置电阻的特征和获取链的限制，有利地，可以确定其中发布AC信号的频率，尤其使得可以通过获取链测量差分电压。
[0028]在本发明的第二变型中，检测短路的方法还包括当偏置电阻器被馈入标称偏置电压时测量跨过传感器的端子的标称差分电压。再者，如果在施加测试偏置电压之后测量的所得差分电压基本等于标称差分电压，则确定传感器呈现短路。
[0029]该第二变型使得可以检测影响传感器的差分类型的短路。
[0030]在该第二变型中，为了施加测试偏置电压，尤其可以向每个电阻器施加DC信号。举例而言，DC信号可以具有与电阻器的标称偏置电压的幅值不同的幅值。
[0031]为了施加测试偏置电压，还可以向每个电阻器施加在与传感器的工作频率不同的预定频率的AC信号。
[0032]当传感器的每个端子连接到偏置电阻器时，施加到电阻器的AC信号尤其可以是相位相反的正弦信号。
[0033]相位相反的正弦AC信号的使用呈现使得短路更容易被检测的优点。
[0034]本发明还提供用于检测影响传感器的短路的系统，传感器的至少一个端子连接到偏置电阻器，该系统包括:
[0035]?用于向至少一个偏置电阻器施加具有至少一个预定特征的测试偏置电压的装置，所述至少一个预定特征不同于所述电阻器的标称偏置电压的相应特征；[0036]?用于测量跨过所述传感器的端子的所得差分电压的装置；以及[0037]?用于根据与所述测试偏置电压的所述预定特征对应的测量差分电压的至少一个特征，确定所述传感器是否呈现短路的装置。
[0038]在本发明的特定实施例中，用于施加测试偏置电压的装置包括数模转换器。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]本发明的其它特征和优点从下面参考附图做出的描述显现，附图示出具有非限制特征的实施例。在附图中:
[0040]?图1示出根据本发明的检测系统的特定差模实施例，在其环境中示出该系统；
[0041]?图2A和2B示出图1中示出、用于检测影响传感器的差分短路的检测系统的示例应用；
[0042]?图3示出根据本发明当被图2A和2B示出的系统执行时用于检测短路的方法的主要步骤；
[0043]?图4示出图1中示出、用于检测影响传感器的机械接地短路的检测系统的示例应用；
[0044]?图5示出根据本发明当被图4示出的系统执行时用于检测短路的方法的主要步骤；以及
[0045]?图6示出根据本发明的检测系统的特定共模实施例。
【具体实施方式】
[0046]图1示出根据本发明的短路检测系统I的具体实施例，在其环境中示出该系统。
[0047]在该实施例中，将确定短路是否影响差模获取链Cl中的传感器10。然而，如下面参考图6所述，本发明也等同地应用于共模获取链。
[0048]举例而言，传感器10是用于检测位置或移动的电感性传感器，包含特征为其电阻Rl的至少一个电阻性元件11和特征为其电感LI的电感性元件12。可以在校准传感器的先前步骤中测量Rl和LI的值。
[0049]在下面的描述中，用于Rl和LI的最小值被写为Rlmin和Llmin。这些值取决于讨论的传感器且它们通过制造商提供。
[0050]自然地，这些假设是非限制性的，传感器10等同地可以是用于测量诸如温度、压力、速度等其它参数的电阻性传感器或电容性传感器。
[0051]如本领域技术人员所已知，传感器10的端子BI和B2分别连接到两个“偏置”电阻器21和22。偏置电阻器21连接到高电势电平且对应于“上拉”电阻器，而偏置电阻器22连接到低电势电平且对应于“下拉”电阻器。
[0052]在当前描述的示例中，偏置电阻器21和22相同，均具有电阻R2。在下面的描述中，电阻R2的最小值被写为R2min。术语Vmax用于指示可以应用于偏置电阻器21和22而不损害传感器10的最大偏置电压。值R2min和Vmax取决于考虑的偏置电阻器和传感器10，且它们对于制造商而言是已知的。
[0053]在变型中，可以考虑使用具有不同电阻且代表承受不同最大和最小偏置电压的偏置电阻器。自然地，在这种情形中，本领域技术人员知道如何调整如下所述的计算。[0054]在下面的描述中，应当理解，用于简化目的，取决于环境，针对设计AC电压和设计DC电压均使用相同的标记。
[0055]偏置电阻器21和22连接到适于改变其相应偏置电压的相应数模转换器31和32。数模转换器31和32本身通过数字核心40控制。
[0056]传感器10的获取链Cl还以已知的方式通过共模或差模过滤器51以及随后用于改善传感器10发送的测量信号的信噪比的放大器52构建。此处并不更详细描述构建获取链的元件和本领域技术人员已知的其操作原理。
[0057]参考图2A、2B和3，下面是使用图1中示出、用于检测差分短路是否影响传感器10的系统I的使用的第一示例的描述。术语“差分短路”此处用于表示在传感器的两个电线之间存在的短路。
[0058]参考图2A，假设电感性传感器10的端子两端的差分电压的第一测量Vl给出接近
0伏特的值(步骤E10)，在偏置电阻器21和22分别连接到标称偏置电压Vnom_h和Vnom_l时执行该第一测量。
[0059]该第一测量Vl构建本发明意义中的标称差分电压。使用系统I的获取链Cl以此处未描述的已知方式执行测量。
[0060]标称电压Vnom_h和Vnom_l是DC电压。它们分别经由数模转换器31和32应用于偏置电阻器21和22，这些转换器通过数字核心40控制。
[0061]这些标称电压代表通常在偏置电阻器的端子应用以用于确保传感器10的正常操作的电压。以已知方式，它们取决于传感器10的特征，且它们容易由本领域技术人员确定。
[0062]在检测到传感器的端子两`端为0的第一差分测量Vl之后，相应测试偏置电压VtestJ^P Vtest_l经由转换器31和32应用于偏置电阻器21和22的端子(步骤E20)。根据本发明，电压Vtest_h和Vtest_l具有不同于标称电压Vnom_h和Vnom_l的相应特征的至少一个预定特征。
[0063]向偏置电阻器21和22应用测试偏置电压Vtest_h和Vtest_l的目的是使得可以通过执行传感器的端子两端的所得差分电压的第二测量V2确定在传感器10的端子两端是否存在短路。更精确地，在当前描述的示例中，如果差分电压V2的上述预定特征不同于当不呈现短路时针对传感器10的端子两端测量的差分电压期望的相应特征，则确定传感器10受短路影响。
[0064]以已知方式，偏置电阻器21和22原则上(包括在其偏置电压的一个或更多特征的变化事件中)并不刻意扰乱传感器10的操作。再者，在本发明中，有利的是，为了识别是否存在差分短路，测试电压VtestJ1和Vtest_l应当以利用偏置电阻器21和22中缺陷的方式确定大小。
[0065]这种缺陷用于获得在存在影响传感器10的差分短路时等同于第一差分测量Vl的第二差分测量V2，或者实际与之相同的测量V2 (即，处于阈值>0的范围内)。
[0066]相反地，如果在第一差分测量Vl和第二差分测量V2之间检测到差异，则这意味着即使针对差分电压Vl测量到零值，传感器10也正常地行为，即它不呈现差分短路。
[0067]设想两个方案:根据传感器10的最小DC阻抗的值(换句话说Rlmin),确定电压Vtest_l 和 Vtest_h 的大小。
[0068]方案1:传感器10的DC阻抗满足以下不等式:
【权利要求】
1.一种检测影响传感器(10，110)的短路的方法，所述传感器的至少一个端子(B1，B2)连接到偏置电阻器(21，22，121)，所述方法的特征在于所述方法包括以下步骤: ?向至少一个偏置电阻器(21，22，121)施加(E20，F10)具有至少一个预定特征的至少一个测试偏置电压(Vtest_h，Vtest_l)，所述至少一个预定特征不同于所述电阻器的标称偏置电压(Vnom_h, Vnom_l)的相应特征； ?测量(E30，F20)跨过所述传感器的端子的所得差分电压(V2，V3);以及 ?根据与所述测试偏置电压的所述预定特征对应的测量差分电压的至少一个特征(E40, F30)，确定(E50，E60, F40, F50)所述传感器是否呈现短路。
2.根据权利要求1所述的检测短路的方法，其特征在于，如果所述测量差分电压的所述特征不同于当所述传感器不呈现短路时如针对跨过所述传感器的端子测量的差分电压所期望的相应特征，则确定所述传感器呈现短路。
3.根据权利要求1或2所述的检测短路的方法，其特征在于， ?所述传感器(10)的每个端子(B1，B2)连接到偏置电阻器(21，22)； ?为了向每个电阻器施加所述测试偏置电压(Vtest_h，Vtest_l )，在与所述传感器的工作频率不同的预定频率的AC信号被施加到所述两个偏置电阻器(21，22);以及 ?如果所得差分电压包括在所述预定频率的AC成分，则确定所述传感器呈现短路。
4.根据权利要求1或2所述的检测短路的方法，其特征在于，所述方法还包括:当所述偏置电阻器^。。。，^^被馈入标称偏置电压…!^!^!!，Vnom_l)时，测量跨过所述传感器的端子(BI，B2)的标称差分电压(VI`)，以及，如果在施加所述测试偏置电压之后测量的所得差分电压基本等于所述标称差分电压，则确定(E50)所述传感器呈现短路。
5.根据权利要求4所述的检测短路的方法，其特征在于，为了施加所述测试偏置电压，将DC信号施加到每个电阻器。
6.根据权利要求5所述的检测短路的方法，其特征在于，所述DC信号具有与所述电阻器的所述标称偏置电压的幅值不同的幅值。
7.根据权利要求4所述的检测短路的方法，其特征在于，为了施加所述测试偏置电压，在与所述传感器的工作频率不同的预定频率的AC信号被施加到每个电阻器。
8.根据权利要求7所述的检测短路的方法，其特征在于，所述传感器的每个端子连接到偏置电阻器，以及，为了施加所述测试偏置电压，施加到所述电阻器的所述AC信号是相位相反的两个正弦信号。
9.一种检测影响传感器(10，110)的短路的系统(1，101)，所述传感器的至少一个端子(BI，B2)连接到偏置电阻器(21，22，121)，所述系统的特征在于所述系统包括: ?用于向至少一个偏置电阻器(21，22，121)施加具有至少一个预定特征的测试偏置电压(Vtest_h，Vtest_l)的装置，所述至少一个预定特征不同于所述电阻器的标称偏置电压的相应特征； ?用于测量跨过所述传感器的端子的所得差分电压的装置(Cl，C2);以及 ?用于根据与所述测试偏置电压的所述预定特征对应的测量差分电压的至少一个特征，确定所述传感器是否呈现短路的装置。
10.根据权利要求9所述的检测短路的系统，其特征在于，用于施加所述测试偏置电压的所述装置包括数模转换器(31，32 )。
【文档编号】G01R31/28GK103518141SQ201280017467
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年4月5日
【发明者】B·拉克姆贝, N·热内斯特 申请人:萨甘安全防护公司