數(shù)字傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)字傳感器，其具有傳感器元件、數(shù)字部件、采樣和保持級、輸出級并且具有用于存儲電能的器件，其中通過電源向傳感器元件、數(shù)字部件、采樣和保持級、輸出級和用于存儲電能的器件供給電能，其中在傳感器輸出端處，傳感器以數(shù)字形式提供后續(xù)電子電路的、由傳感器元件測定并由數(shù)字部件數(shù)字化和/或分析的測量值。為了提供一種當電源供應中斷后也盡可能長時間地提供需要測量的物理量的可使用的測量值的數(shù)字傳感器，當電源(19)有故障時，通過用于儲存電能的器件(5)為采樣和保持級(11)和輸出級(12)供應電流，其中輸出級(12)一直在信號線(7)中提供在采樣級和保持級(11)中最后存放的測量值，直到電源(19)的故障狀態(tài)結束，并且在采樣和保持級(11)中存放了新的測量值，并且其中當電源(19)有故障時，沒有電流從用于儲存電能的所屬器件(5)輸送給傳感器元件(3)。
【專利說明】數(shù)字傳感器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字傳感器，其具有傳感器元件、數(shù)字部件、采樣和保持級、輸出級并且具有用于存儲電能的器件，其中通過電源向傳感器元件、數(shù)字部件、采樣和保持級、輸出級和用于存儲電能的器件供給電能，其中在傳感器輸出端處，傳感器以數(shù)字形式提供后續(xù)電子電路的、由傳感器元件測定并由數(shù)字部件數(shù)字化和/或分析的測量值。
【背景技術】
[0002]例如在汽車技術中自從多年前就已經應用了傳感器，這些傳感器可以檢測大量測量形式的物理量并且此外有助于機動車更加安全、有效并且舒適地運行。在此首先檢測物理量作為模擬測量值。例如對液體流的物料流量和溫度的檢測特別是在汽車工業(yè)中具有重要意義，這是因為為了優(yōu)化對汽車中內燃機的控制而需要這些數(shù)值。至今為止也以模擬形式向汽車中的發(fā)動機控制器提供由傳感器為了檢測液體流的物料流量和溫度而測定的值。但是模擬信號的缺點在于，其易受干擾并且例如被電磁干擾場明顯擾亂。在此由傳感器元件測定的模擬測量值的數(shù)字化在傳感器自身中也是有利的。利用模擬/數(shù)字轉換器實現(xiàn)上述過程，所述轉換器在傳感器自身中可以布置在數(shù)字部件中。
[0003]但是當傳感器的電源有故障時，數(shù)字傳感器證明是有問題的，因為在電流有故障之后沒有立即可使用的數(shù)字信號，并且后續(xù)電子儀器因為缺少測量值而切換到應急模式，其通常引起需要控制的組合件的效率的顯著下降。此外在電流中斷之后需要重新配置數(shù)字傳感器，這同樣需要并不顯著的時間間隔。在該時間間隔中沒有可用的傳感器測量值。
[0004]在模擬工作的傳感器中，通過在電源的引線中或多或少的大電容器來解決此問題，電容器在電流中斷時在某個時間也為另外的供應提供電能。當來自電容器的能量在電源的引線中不夠用時，傳感器元件結束對相應物理量的測量。但是在模擬傳感器中，在傳感器輸出端的導線中同樣存在電容器，其在傳感器元件有故障后在某個時間還保持最后檢測的模擬測量值，并且然后所施加的與測量值成比例的電壓慢慢消失。由此在電源電流中斷后模擬傳感器仍較長時間地在傳感器輸出端處提供測量值，該測量值近似于最后被傳感器元件檢測的測量值。一旦再次建立電源至傳感器的供應，傳感器可以提供新測量值，而不需要執(zhí)行在數(shù)字傳感器中所需要的初始化過程。
[0005]在數(shù)字工作的傳感器中，當電流供應中斷時也可以通過在電源的引線中或多或少的大電容器正向地獲得傳感器的能量供應。在電源的引線中的電容器在電流中斷期間在某個時間也為另外的供應提供電能。但是因為許多傳感器元件(例如基于熱膜元件的空氣質量測量器)需要非常多的電能，因此在電源的引線中的電容器中的電能儲備迅速被用盡。因為數(shù)字傳感器在它的傳感器輸出處以數(shù)字方式(即例如作為位串)提供測量值作為物理量，在傳感器輸出端的導線中的電容器不能正向地獲得最后被測量的信號。一旦在供應電流中斷后用盡了來自在電源的引線中的電容器的電能，所有傳感器一起中斷并且完全不再給后續(xù)電子器件提供測量值。在這種情況下在后續(xù)電子器件中啟動應急程序，這導致了需要控制的組合件效率顯著下降。此外，已關閉的數(shù)字傳感器的重新啟動持續(xù)時間相對較長，對此需要相對較長的應急程序。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種數(shù)字傳感器，其在電源的供應中斷后還盡可能長時間地提供需要測量的物理量的可使用的測量值。
[0007]根據本發(fā)明通過獨立權利要求的特征實現(xiàn)該目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]本發(fā)明允許大量的實施方式。為進一步闡明它的基本原理，在附圖中示出其中一種并且以下進行說明。其示出:
[0009]圖1在示意圖中示出模擬傳感器，
[0010]圖2在示意圖中示出數(shù)字傳感器，
[0011]圖3是根據本發(fā)明的數(shù)字傳感器，
[0012]圖4是具有氣體傳感器元件的數(shù)字傳感器。
【具體實施方式】
[0013]圖1在示意圖中示出具有傳感器元件3的模擬傳感器I。傳感器元件3與電源線4相連，所述電路線連接至電源19。第一電容器5與電源線4相連，電容器將電源線4與地線6分開。第一電容器5由電源19充電。第一電容器5可以具有相對較高的電容，由此它可以存儲大量電能。如果電源19有故障或者暫時失靈,可以使用在第一電容器5中存儲的電能以供應傳感器元件3。由此傳感器I在電源19有故障時也可以繼續(xù)采集測量值并且通過此處未示出的后續(xù)電子器件、例如機動車中的發(fā)動機控制器的的信號線7提供測量值。
[0014]因為在第一電容器5中電能的儲備是有限的，模擬傳感器I僅在電源19有故障后的某個時間繼續(xù)工作并且檢測測量值。當?shù)谝浑娙萜?中的電能儲備用盡時，不能再驅動傳感器元件3，并且然后也不再給后續(xù)電子器件提供信號。盡管如此為了向后續(xù)電子器件提供測量值，該值盡可能的等于傳感器元件3的最后測量值，將第二電容器8與信號線7相連，在此實例中該電容器連接在信號線7和地線6之間。該第二電容器8具有盡可能地等于測量值的電勢能，該測量值由傳感器元件3測量并且作為電壓值提供給信號線7。然而當電源19有故障時并且在第一電容器5中存儲的電能用盡時，傳感器元件3不再向信號線7提供測量值。但是在信號線7處施加有由第二電容器8提供的勢能，其盡可能等于最后電壓值并且進而等于傳感器元件3的最后測量值。之后由第二電容器8提供的勢能只是慢慢下降并且接近地電位，對此在傳感器元件有故障之后在某個時間在信號線7上施加有信號，其盡可能等于傳感器元件3提供的最后信號。為此在模擬傳感器2的情況下，第二電容器8在信號線7中有大約10到IOOysec的時間常數(shù)，并且電容器的電容相應較高。從而在模擬傳感器I的電源19中斷之后，后續(xù)電子器件、例如汽車中的控制器還可以較長時間地繼續(xù)工作。
[0015]然后當再次建立電源19時，通常模擬傳感器非?？焖僭俅瓮瓿蓽y量準備，并且它可以將與需要測量的物理量相應的信號提供給信號線7，并且由此驅控機動車中的后續(xù)電子器件。[0016]圖2示出數(shù)字傳感器2。數(shù)字傳感器2由傳感器元件3、數(shù)字部件10、采樣和保持級11以及輸出級12組成。數(shù)字傳感器2也可以包括其他的數(shù)字和模擬電路元件。傳感器元件3檢測物理量并且以模擬形式提供與該量相應的測量值。通常以電壓的形式提供測量值，其與所測得的量成比例。在數(shù)字傳感器2中，電壓從它的模擬形式轉換到數(shù)字形式，這在數(shù)字部件10中實現(xiàn)。為此在數(shù)字部件10中存在模擬數(shù)字轉換器。模擬數(shù)字轉換器的工作方式對于本領域技術人員來說是已知的。模擬數(shù)字轉換器提供與模擬輸入數(shù)值成比例的數(shù)字信號。數(shù)字部件將該數(shù)字信號提供給采樣和保持級。該數(shù)字信號一直存儲在采樣和保持級中，直到數(shù)字部件10提供新的數(shù)字信號為止。輸出級12通過信號線7向后續(xù)電子器件、例如在機動車中的控制器發(fā)送數(shù)字信號。
[0017]電源電4將數(shù)字傳感器2與電源19連接。傳感器元件3、數(shù)字部件10、采樣和保持級11和輸出級12借助電源線4來供給電能。在數(shù)字傳感器12的情況下，電源線4也與第一電容器5相連，其存儲電能并且因此作為用于儲存電能的器件5。除了電容器5也可以考慮其他用于儲存電能的器件5，例如電池或者蓄電器。當電源19有故障時，可以使用存儲在用于儲存電能的器件中的電能，以便向傳感器元件3、數(shù)字部件10、采樣和保持級11和輸出級12供應電能。因此在電源10有故障時，數(shù)字傳感器2也仍在某個時間內可以繼續(xù)工作并且提供測量值，直到在用于儲存電能的器件5中、即在此實施例中在第一電容器5中的電能也被用盡。
[0018]與圖1中示出的模擬傳感器I的解決方法相反，在傳感器元件3有故障之后，在數(shù)字傳感器中的信號線7中的第二電容器8并不將與最后測量值相應的信號通過信號線7發(fā)送至后續(xù)的車輛電子器件。由數(shù)字傳感器2通過信號線7發(fā)送至后續(xù)車輛電子器件的信號僅僅是數(shù)字信號，即不能由第二電容器8復制的位串。在信號線7中的第二電容器8在數(shù)字傳感器2的情況下僅僅有信號線7的抗干擾功能，為此對于在數(shù)字傳感器2的信號線7中的第二電容器8的時間常數(shù)位于大約10到100 μ sec，并且相應地減少該電容器的電容。在電源19有故障并且第一電容器5中存儲的電能耗盡之后，數(shù)字傳感器2完全失靈，并且絕對沒有信息通過信號線提供給后續(xù)汽車電子器件。在此類情況時必須控制后續(xù)汽車電子器件進入應急程序中，其導致了對于例如內燃機的需要控制的組合件的非常差的驅控。當數(shù)字傳感器的傳感器元件3例如設計為物料流量傳感器元件13時，其根據熱膜原理工作，該傳感器元件3，13消耗非常多的電能，由此在電源9中斷或者有故障之后，瞬間用盡了儲存在用于儲存電能的器件5中的電能。因此例如數(shù)字式的物料流量傳感器僅僅可以在非常短地時間內繼續(xù)工作直到其在電流故障之后完全調整了它的工作。
[0019]同樣當此后再次建立電源19時，必須首先重新初始化數(shù)字傳感器2，其中直到通過信號線7可以提供與需要測量的量中的一個成比例的信號時又消耗時間。因此電源19的故障對數(shù)字傳感器2的影響比對模擬傳感器I的影響更持久。
[0020]通過在圖3中示出的數(shù)字傳感器2避免了該缺點。
[0021]圖3示出了根據本發(fā)明的數(shù)字傳感器，其具有傳感器元件3、數(shù)字部分10、采樣和保持級11和輸出級12。在此實例中傳感器元件3設計為物料流量傳感器13。此類的物料流量傳感器元件13是已知的，并且例如在EP374352A1和EP866950B1中已經進行說明?，F(xiàn)代的物料流量傳感器是在微型機械方面制造的并且可以作為集成電路的組成部分與數(shù)字部分10、采樣和保持級11以及輸出級12共同構造在一個唯一的硅片上。在數(shù)字傳感器2中再次需要識別電源線4，其將數(shù)字傳感器2與電源19連接。在電源線4旁以電容器形式設計有用于存儲電能的器件5。此外在電源線4中要識別的是開關9，其通常設計為電子開關并且具有以下任務，即當電源有故障時，將具有大的電流消耗的例如傳感器元件3的構件與用于存儲電能的器件5分開。因此開關9保證僅向數(shù)字傳感器2的一些結構件繼續(xù)供應電能，這些構件是絕對重要的，以便在電源19有故障之后繼續(xù)將在采樣和保持級11中最后存放的測量值一直發(fā)送至信號線，直到電源19的故障狀態(tài)結束，并且在采樣和保持級11中由傳感器元件3存放了新的測量值。在此實例中，開關9在電源有故障后將物料流量傳感器13和數(shù)字部分10與用于儲存電能的器件5分開。由此用于儲存電能的器件5只需向采樣和操持級11以及輸出級12繼續(xù)供應電能。因為采樣和保持級11以及輸出級12相比較而言消耗較少的電能，因此在電源19有故障后的較長時間內，用于儲存電能的器件5可以保證在相對較長的時間上對采樣和保持級11以及輸出級12供電。因此在較長時間內可以在信號線7中提供最后由傳感器元件3測定的并且在采樣和保持級11中存放的測量值，并且用于驅控后續(xù)電子電路。這些后續(xù)電子電路可以例如是機動車中的發(fā)動機控制器。在此示出的第二電容器8再次僅僅用于改善信號線7的電磁屬性并且它不影響在信號線7中的二進制輸出信號的維持情況。
[0022]圖4示出具有圖3的數(shù)字傳感器的所有特征的數(shù)字傳感器2，其中在圖4中將傳感器元件3設計為氣體傳感器元件14。但是也可以將傳感器元件構設計壓力傳感器元件、溫度傳感器元件、位置傳感器元件或者轉速傳感器元件。也可以考慮，在數(shù)字傳感器上設計兩個或者多個之前提到的傳感器的組合。
【權利要求】
1.一種數(shù)字傳感器(2)，具有傳感器元件(3)、數(shù)字部件(10)、采樣和保持級(11)、輸出級(12)以及具有用于存儲電能的器件(5，8)，其中通過電源(19)并且經過電源線⑷向所述傳感器元件(3)、所述數(shù)字部件(10)、所述采樣和保持級(11)、所述輸出級(12)和所述用于存儲電能的器件(5，8)供給電能，其中在所述傳感器輸出端(20)處，所述傳感器(2)以數(shù)字形式提供后續(xù)電子電路的、由所述傳感器元件(3)測定并由所述數(shù)字部件(10)數(shù)字化和/或分析的測量值，其特征在于，當所述電源(19)有故障時，通過所述用于存儲電能的器件(5)向所述采樣和保持級(11)供應電能，其中，由所述輸出級(12) —直在信號線(7)中提供在所述采樣和保持級(11)中最后存放的輸送測量值，直到所述電源(19)的所述故障結束，并且在所述采樣和保持級(11)中存放了新的測量值，并且其中當所述電源(19)有故障時，沒有電流從所述用于儲存電能的器件(5)輸送給所述傳感器元件(3)。
2.根據權利要求1所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，所述傳感器元件(3)是物料流量傳感器元件(13)。
3.根據權利要求1所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，所述傳感器元件(3)是氣體傳感器元件(14)。
4.根據權利要求1所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，所述傳感器元件(3)是壓力傳感器元件(15)。
5.根據權利要求1所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，所述傳感器元件(3)是溫度傳感器元件(16)。
6.根據權利要求1所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，所述傳感器元件(3)是位置傳感器元件(17)。
7.根據權利要求1所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，所述傳感器元件(3)是轉速傳感器元件(18)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，在所述電源線(4)中或者旁邊布置有所述用于儲存電能的器件(5)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，所述用于儲存電能的器件(5)包括至少一個電容器。
10.根據權利要求8或9所述的數(shù)字傳感器(2)，其特征在于，在所述電源線(4)中布置有開關(9)，當所述電源(19)有故障時，所述開關僅僅將所述采樣和保持級(11)和所述輸出級(12)與所述用于儲存電能的器件(5)連接。
【文檔編號】G01D3/08GK103959016SQ201280058123
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權日:2011年12月2日
【發(fā)明者】托爾斯藤·克尼特爾 申請人:大陸汽車有限責任公司