专利名称：用于诊断电容传感器的装置及方法
技术领域：
本文公开的实施方案通常涉及用于诊断电容传感器的装置和方法。
背景技术：
可期望的是对电容传感器实施诊断。对电容传感器实施诊断的一个示例在Garrard等的美国出版号2010/0043531( “’ 531出版物”)中提出。' 531出版物提供了用于检测具有至少两个经由包括一个或更多电容器的保护电路连接的端子的远程电容传感器的存在的检测器电路。检测器电路包括用于改变在传感器上的电荷的电流源和保护电路以及用于测量一个或更多的端子的电压的检测器。传感器的存在通过以预定的方式改变电容传感器和保护电路的一个或更多的电容器上的电荷来确定，以使当传感器存在时的一个或更多的端子上的电压测量与当没有传感器时的电压测量显著地不同。
发明内容
在至少一个实施方案中，提供了用于诊断电容传感器的状态的装置。装置包括用于可操作地耦合到表现出漂移状态的去耦设备和耦合到电容传感器的控制单元。控制单元被配置来确定电容传感器的阻抗，并至少基于阻抗确定电容传感器的特性。控制单元还被配置基于电容传感器的特性来确定去耦设备的特性，并基于去耦设备的特性提供估计电容，估计电容指示电容传感器的状态。
本公开内容的实施方案具体在所附的权利要求中指出。然而，通过参照下面的详细描述并配合所附的图，不同的实施方案的其它特性将变得更加清楚，并将被最好的理解，其中:图1示出了根据一个实施方案的用于诊断电容传感器的装置；图2示出了根据一个实施方案的用于诊断电容传感器的装置；图3示出了表示图1的装置的方框图的实现；图4示出了根据一个实施方案的用于校准电容的值的装置；图5A-5B每个示出了根据一个实施方案的作为电容的函数的电阻的值；图6示出了对于一范围内的不同值的电阻的相对误差；图7示出了用于实施电容传感器的诊断的方法，其补偿了去耦设备的漂移。
具体实施例方式如所需要的，本发明的详细的实施方案在本文中被公开；然而，可以理解的是，公开的实施方案仅是本发明的示例，其可以体现在不同的和替代的形式中。图不一定按照比例；一些特性可能被夸大或缩小，以显示特定组件的细节。因此，本文所公开的具体的结构和功能细节不能被解释为限制，而仅是作为用于指导本领域内的技术人员来不同地使用本发明的代表性基础。本公开内容的实施方案通常被提供用于多个电路或其它电子设备。所有对电路和其它电子设备以及由其每个提供的功能的引用，不旨在被限制到仅涵盖本文所示出的和描述的。虽然特定的标签可能被分配到公开的不同电路或其它电子设备，该标签并不旨在限制电路和其它电子设备的操作的范围。该电路和其它电子设备也可以基于所需的特定类型的电气实现以任何方式相互组合和/或分离。应认识到的是，本文所公开的任何电路或其他电子设备可以包括任意数量的微处理器、集成电路、存储器设备(例如，FLASH、RAM、ROM、EPROM、EEPROM，或它们的其它合适的变体)和软件，这些部件相互合作以实施本文所述的操作。本文中所提到的不同方面通常提供装置和方法来诊断通过去耦设备连接到测量电路的电容传感器。本公开内容的不同的特性可包括:(i)通过数字信号处理(DSP)技术在频域中实施的诊断。因为可使用测量电路的操作范围内的任何频率(或频率的组合)，这可能会引入大的灵活性，和(ii)不需要在使用期限内使用去耦设备的校准，并可以确保电容传感器的诊断误差在预定的范围内。一个方面可以是确定具有电容行为的传感器(和/或元件)具有的并联电阻，以诊断由于该并联电阻的变化导致的泄漏。不同的实施方案可用于监视系统中的故障，例如但不限于，通过电容传感器探测座椅占用情况(例如，汽车工业)或使用大的去耦电容(例如，作为汽车(或交通工具)高压(HV)系统中的(^电容器)的系统。图1示出了根据一个实施方案的用于诊断电容传感器12的装置10。装置10包括用于诊断电容传感器12的测量电路14。测量电路14包括微控制器单元(MCU) 16，其被配置来产生数字域中的命令信号(例如，x[n])，并通过测量信号(例如，r[n]，基准信号)和(例如，v[n]，电压信号)来确定电容传感器12的阻抗，并将应用DSP技术用于测量相同的信号。数字到模拟转换器(DAC) 18被配置来将命令信号的数字形式X[η]转换成相应的模拟信号X (t)。第一模拟到数字转换器(ADC) 20被配置来将基准信号(例如Ht))的基于模拟的信号转换成相应的数字信号r [η]。第二 ADC 22被配置为将基于模拟的信号v (t)转换成相应的数字信号V [η]。第一电压传感器24通常被配置来感测模拟域中的信号r(t)。此外，第二电压传感器26通常被配置来感测模拟域中的信号V(t)。这样的信号可由具有大的阻抗隔离以防止误差被引入到所测量的阻抗的第一电压传感器24和第二电压传感器26感测。例如为电容器(Cx)的去耦设备28被提供以将电容传感器12从测量电路14去耦。例如，去耦设备28通常被布置来防止能量从测量电路14转移到电容设备12。图1的去耦设备28通常被布置为半去耦电路，其中在电容传感器12和测量电路14之间使用共地。图2总体示出 装置10'，其与图1的装置10类似。然而，装置10'提供了具有全去耦电路的形式的去耦设备28a-28b( “28”)，其中电容传感器12从测量电路14完全地隔离。通常，可以预期的是，去耦设备28可能不需要在其使用期限内进行校准。还认识到的是，电容传感器12的诊断误差通常在预定的范围内。电容传感器12通常被建模为与电容器Cx并联的电阻。装置10和10'可以被配置来实施以下操作:(i)测量电容传感器12以及去耦装置28的总阻抗，和(ii)不需要校准去耦设备28，在预定义的误差内确定电容传感器12的Ry和Cy的值。通常情况下，Ry和Cy的值由MCU 16通过基于信号X[n]、y[n]和v[n]应用欧姆定律来计算。图3示出了表示图1的装置10的方框图实现。为测量总阻抗，装置10将生成由在所期望的频率的一个或多个子载波组成的信号(例如，x[n])，并在去耦装置28之前实施电压和电流信号(例如，分别为v(t)和Ht))的频域分析。换句话说，所测得的总阻抗是使用如在Cy(例如，去耦电路28)的左边示出的电压(例如，如在图3中示出为V)和电流(例如，如在图3中示出为I)的值来计算。通常，产生多载波信号的概念是在不同的频率确定总阻抗，以使装置10、10'可确定哪些是确定元件Ry和Cy的值最适于使用的频率。这可能包括(i)放弃那些存在干扰的频率(例如，举个例子，存在AC功率信号的情况，装置10、10'可以检测到在50Hz (或60Hz)存在干扰，并自动放弃这个频率)，和/或(ii)放弃可能发生不需要的电路响应可将大的测量误差引入测量这一情况的频率。 产生的信号x(t)包括N个正交子载波，如下所示:
权利要求
1.一种用于诊断电容传感器的状态的装置，所述装置包括: 控制单元，其被可操作地耦合到表现漂移状态的去耦设备并耦合到所述电容传感器，所述控制单元被配置来: 确定所述电容传感器的阻抗； 至少基于所述阻抗，确定所述电容传感器的特性； 基于所述电容传感器的所述特性，确定所述去耦设备的特性；及 基于所述去耦设备的所述特性，提供估计电容，所述估计电容指示所述电容传感器的状态。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述电容传感器的所述特性与所述电容传感器的电阻相对应。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述电容传感器的所述电阻与所述电容传感器的最小电阻值相对应。
4.如权利要求1所述的装置，其 中所述去耦设备的所述特性与所述去耦设备的电容相对应。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述电容传感器的所述特性和所述去耦设备的所述特性补偿表现在所述去耦设备的漂移。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述控制单元还被配置来比较所述估计电容和预定的电容值，以诊断所述电容传感器。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述控制单元还被配置为，如果所述估计电容超出所述预定的电容值，则确定所述电容传感器表现出故障状态。
8.一种用来诊断电容传感器的状态的方法，所述方法包括: 确定所述电容传感器的阻抗； 至少基于所述阻抗，确定所述电容传感器的特性； 基于所述电容传感器的所述特性，确定表现出漂移状态的去耦设备的特性；和 基于所述去耦设备的所述特性，提供估计电容，所述估计电容指示所述电容传感器的状态。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述电容传感器的所述特性与所述电容传感器的电阻相对应。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述电容传感器的所述电阻与所述电容传感器的最小电阻值相对应。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述去耦设备的所述特性与所述去耦设备的电容相对应。
12.如权利要求8所述的方法，还包括使用所述电容传感器的所述特性和所述去耦设备的所述特性来补偿表现在所述去耦设备的漂移。
13.如权利要求8所述的方法，还包括比较所述估计电容和预定的电容值，以诊断所述电容传感器。
14.如权利要求13所述的方法，还包括如果所述估计电容超出所述预定的电容值，则确定所述电容传感器表现出故障状态。
15.一种用于诊断电容传感器的状态的装置，所述装置包括:控制单元，其被可操作地耦合到去耦设备和所述电容传感器，所述去耦设备表现出漂移状态并被配置成防止能量转移到所述电容传感器，所述控制单元被配置来: 确定所述电容传感器的阻抗； 至少基于所述阻抗，确定所述电容传感器的特性； 基于所述电容传感器的所述特性，确定所述去耦设备的特性；及 基于所述去耦设备的所述特性，提供估计电容，所述估计电容指示所述电容传感器的状态。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述电容传感器的所述特性与所述电容传感器的电阻相对应。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述电容传感器的所述电阻与所述电容传感器的最小电阻值相对应。
18.如权利要求15所述的装置，其中所述去耦设备的所述特性与所述去耦设备的电容相对应。
19.如权利要求15所述的装置，其中所述电容传感器的所述特性和所述去耦设备的所述特性补偿表现在所述去耦设备的漂移。
20.如权利要求15所述的装置，其中所述控制单元还被配置成比较所述估计电容和预定的电容值，以诊断所述电容传感器。
全文摘要
本发明公开了用于诊断电容传感器的装置及方法。在至少一个实施方案中，提供了用于诊断电容传感器的状态的装置。装置包括用于被可操作地耦合到表现漂移状态的去耦装置和电容传感器的控制单元。控制单元被配置成至少基于阻抗来确定电容传感器的阻抗和确定电容传感器的特性。控制单元还被配置成基于电容传感器的特性来确定去耦设备的特性，并基于去耦设备的特性提供估计电容，估计电容指示电容传感器的状态。
文档编号G01D18/00GK103217185SQ20131001957
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月18日 优先权日2012年1月20日
发明者马克·多马尔·赫赖斯, 劳拉·卡斯蒂罗-瓦兹奎兹, 安东尼·费雷·法布雷加斯 申请人:李尔公司