Title:
Sensorvorrichtung mit einem Sensor zum Durchführen einer Umfelderfassung mittels Schallwellen
Kind Code:
A1


Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (1) mit einem Sensor mit einem Schallwandler (10), der dazu ausgebildet ist, Schallwellen auszusenden und empfangene Schallwellen in elektrische Signale umzuwandeln. Eine Auswerteeinheit des Sensors ist dazu ausgebildet, während eines Normalbetriebs des Sensors eine Umfelderfassung mittels einer Auswertung von elektrischen Signalen des Schallwandlers (10) durchzuführen. Eine Überwachungseinheit (40) der Sensorvorrichtung (1) ist dazu ausgebildet, während eines Überwachungsbetriebes des Sensors eine Impedanz des Schallwandlers (10) für unterschiedliche Anregungsfrequenzen von mittels eines Signalgenerators (20) der Sensorvorrichtung (1) erzeugten Anregungssignalen zu messen. Die Sensorvorrichtung (1) umfasst einen ersten und einen zweiten Signalpfad (30, 50), die jeweils mit dem Schallwandler (10) verbunden und mit dem Signalgenerator (20) verbindbar sind. Eine erste Steuereinheit (60) der Sensorvorrichtung (1) ist dazu ausgebildet, zum Versetzen des Sensors von dem Normalbetrieb in den Überwachungsbetrieb den Signalgenerator (20) von dem ersten Signalpfad (30) zu entkoppeln und mit dem zweiten Signalpfad (50) zu verbinden. embedded image




Inventors:
Reiche, Martin (71263, Weil der Stadt, DE)
Frank, Michael (75015, Bretten, DE)
Schmid, Dirk (75397, Simmozheim, DE)
Preissler, Peter (36460, Dorndorf, DE)
Richter, Karl-Heinz (71263, Weil der Stadt, DE)
Application Number:
DE102017203136A
Publication Date:
08/30/2018
Filing Date:
02/27/2017
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102014201482A1N/A2015-07-30
DE102008042820A1N/A2010-04-15



Foreign References:
JP200790139A
JP2007090139A2007-04-12
Claims:
Sensorvorrichtung (1) mit einem Sensor, einem Signalgenerator (20) und einer Überwachungseinheit (40), wobei ein Schallwandler (10) des Sensors dazu ausgebildet ist, Schallwellen infolge einer Anregung mit mittels des Signalgenerators (20) erzeugten elektrischen Anregungssignalen auszusenden und empfangene Schallwellen in elektrische Signale umzuwandeln, eine Auswerteeinheit des Sensors dazu ausgebildet ist, während eines Normalbetriebs des Sensors eine Umfelderfassung mittels einer Auswertung von elektrischen Signalen des Schallwandlers (10) durchzuführen, und die Überwachungseinheit (40) dazu ausgebildet ist, während eines Überwachungsbetriebes des Sensors eine Impedanz des Schallwandlers (10) für unterschiedliche Anregungsfrequenzen der Anregungssignale zu messen, gekennzeichnet durch:
einen ersten Signalpfad (30) und einen zweiten Signalpfad (50), die jeweils mit dem Schallwandler (10) verbunden und mit dem Signalgenerator (20) verbindbar sind, und
eine erste Steuereinheit (60), die dazu ausgebildet ist, zum Versetzen des Sensors von dem Normalbetrieb in den Überwachungsbetrieb den ersten Signalpfad (30) von dem Signalgenerator (20) zu entkoppeln und den zweiten Signalpfad (50) mit dem Signalgenerator (20) zu verbinden.

Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Signalpfad (30) und der zweite Signalpfad (50) zwei vollständig voneinander unterschiedliche Signalpfade darstellen.

Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Schaltelement (140), das einen ersten und einen zweiten Schaltzustand aufweist, mittels der ersten Steuereinheit (60) in den ersten und zweiten Schaltzustand versetzbar ist und dazu ausgebildet ist, in dem ersten Schaltzustand den ersten Signalpfad (30) mit dem Signalgenerator (20) zu verbinden und in dem zweiten Schaltzustand den zweiten Signalpfad (50) mit dem Signalgenerator (20) zu verbinden.

Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Signalpfad (50) eine Impedanzendstufe (52) und einen Widerstand (53) aufweist

Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang der Impedanzendstufe (52) mit dem Signalgenerator (20) verbindbar ist und ein Ausgang der Impedanzendstufe (52) über den Widerstand (53) mit dem Schallwandler (10) verbunden ist.

Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wiederstand (53) des zweiten Signalpfades (50) hochohmig ausgeführt ist und bevorzugt einen Widerstandswert von mindestens 1•105 Ω aufweist.

Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine zweite Steuereinheit (70), die dazu ausgebildet ist, den Signalgenerator (20) so zu steuern, dass die mittels des Signalgenerators (20) erzeugten Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes jeweils eine kleinere Amplitude, insbesondere eine um wenigstens eine Zehnerpotenz kleinere Amplitude, als während des Normalbetriebes aufweisen.

Verfahren zum Überwachen eines Funktionszustandes eines Sensors einer Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch:
Versetzen des Sensors von dem Normalbetrieb in den Überwachungsbetrieb durch Entkoppeln des ersten Signalpfades (30) von dem Signalgenerator (20) und Verbinden des zweiten Signalpfades (50) mit dem Signalgenerator (20), und
Messen der Impedanz des Schallwandlers (10) für unterschiedliche Anregungsfrequenzen der mittels des Signalgenerators (20) erzeugten Anregungssignale.

Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch:
derartiges Steuern des Signalgenerators (20), dass die mittels des Signalgenerators (20) erzeugten Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes jeweils eine kleinere Amplitude, insbesondere eine um wenigstens eine Zehnerpotenz kleinere Amplitude, als während des Normalbetriebes aufweisen.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, die einen Sensor zum Aussenden von Schallwellen und zum Durchführen einer Umfelderfassung mittels der Schallwellen umfasst. Die Sensorvorrichtung umfasst ferner eine Überwachungseinheit zum Messen einer Impedanz des Sensors. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überwachen eines Sensors einer derartigen Sensorvorrichtung.

Stand der Technik

Das Dokument DE 10 2008 042 820 A1 beschreibt eine Sensorvorrichtung, die einen Sensor zum Durchführen einer Umfelderfassung mittels Schallwellen umfasst. Der Sensor weist Mittel zur Erzeugung und Detektion von Schallwellen auf. Die Sensorvorrichtung umfasst ferner eine Funktionsüberwachungsvorrichtung zum Prüfen eines Funktionszustandes des Sensors mittels einer Impedanzkennlinie des Sensors. Die Funktionsüberwachungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, eine Imedanzmessung durchzuführen, bei der die Impedanzkennlinie des Sensors in Abhängigkeit einer Anregungsfrequenz ermittelt wird. Während der Impedanzmessung wird der Sensor mit einer kleineren Amplitude als während eines Normalbetriebs des Sensors angeregt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Sensorvorrichtung mit einem Sensor, einem Signalgenerator und einer Überwachungseinheit bereitgestellt. Dabei umfasst der Sensor einen Schallwandler und eine Auswerteeinheit. Der Schallwandler ist dazu ausgebildet, Schallwellen infolge einer Anregung mit mittels des Signalgenerators erzeugten elektrischen Anregungssignalen auszusenden und empfangene Schallwellen in elektrische Signale umzuwandeln. Die Auswerteeinheit des Sensors ist dazu ausgebildet, während eines Normalbetriebs des Sensors eine Umfelderfassung mittels einer Auswertung von elektrischen Signalen des Schallwandlers durchzuführen. Die Überwachungseinheit ist dazu ausgebildet, während eines Überwachungsbetriebes des Sensors eine Impedanz des Schallwandlers für unterschiedliche Anregungsfrequenzen der Anregungssignale zu messen. Die Sensorvorrichtung umfasst einen ersten Signalpfad, der mit dem Schallwandler verbunden und mit dem Signalgenerator verbindbar ist. Die Sensorvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Signalpfad, der mit dem Schallwandler verbunden und mit dem Signalgenerator verbindbar ist. Die Sensorvorrichtung umfasst weiterhin eine erste Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, zum Versetzen des Sensors von dem Normalbetrieb in den Überwachungsbetrieb den ersten Signalpfad von dem Signalgenerator zu entkoppeln und den zweiten Signalpfad mit dem Signalgenerator zu verbinden.

Mit anderen Worten ist der Schallwandler während des Normalbetriebes über den ersten Signalpfad und während des Überwachungsbetriebes über den zweiten Signalpfad mit dem Signalgenerator verbunden. Dadurch, dass der Schallwandler während des Überwachungsbetrieb über einen anderen Signalpfad als während des Normalbetriebes mit dem Signalgenerator verbunden wird, kann eine Optimierung einer während des Überwachungsbetriebes durchzuführenden Impedanzmessung erzielt werden. Bei der genannten Impedanzmessung wird die Impedanz des Schallwandlers für unterschiedliche Anregungsfrequenzen der Anregungssignale gemessen. Diese Optimierung kann durch Auswahl einer geeigneten Konfiguration des zweiten Signalpfades erreicht werden. Die Konfiguration des zweiten Signalpfades kann gezielt auf die während des Überwachungsbetriebes durchzuführende Impedanzmessung angepasst werden, ohne dass dabei eine Berücksichtigung von Anforderungen erfolgen muss, die während einer im Normalbetrieb durchgeführten Umfelderfassung bestehen.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Die zuvor beschriebene Sensorvorrichtung kann mehrere Sensoren aufweisen, der jeweils in gleicher Weise wie der zuvor beschriebene Sensor in der Sensorvorrichtung vorgesehen sind.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung stellen der erste Signalpfad und der zweite Signalpfad einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung zwei vollständig voneinander unterschiedliche Signalpfade dar. Durch Auswahl von völlig unterschiedlichen Konfigurationen für die zwei Signalpfade kann erreicht werden, dass eine Amplitude der Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes und folglich auch während der Impedanzmessung unabhängig von der Amplitude der Anregungssignale während des Normalbetriebes und folglich auch während der Umfelderfassung eingestellt werden kann. So kann sich die Amplitude der Anregungssignale während der Impedanzmessung um eine oder mehrere Größenordnungen beziehungsweise Zehnerpotenzen von der Amplitude der Anregungssignale während der Umfelderfassung unterscheiden. Insbesondere kann die Konfiguration des zweiten Signalpfads so ausgewählt werden, dass die Amplitude der Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes um eine oder mehrere Größenordnungen beziehungsweise Zehnerpotenzen kleiner als die Amplitude der Anregungssignale während des Normalbetriebes ist. Hier ist zu berücksichtigen, dass eine Größenordnung einer Zehnerpotenz entspricht.

In einem Fall, in dem die Amplitude der Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes um wenigstens eine Größenordnung beziehungsweise Zehnerpotenz kleiner als die Amplitude der Anregungssignale während des Normalbetriebes ist, wird verhindert, dass während der Impedanzmessung Schallwellen mit signifikanter Leistung ausgesendet werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass die während der Impedanzmessung ausgesendeten Schallwellen den Normalbetrieb eines oder mehrerer benachbarter Sensoren stören. Mit anderen Worten, wird auf diese Weise ermöglicht, dass die Impedanzmessung in einem oder mehreren Sensoren einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung zu dem gleichen Zeitpunkt durchgeführt werden kann, zu dem ein oder mehrere benachbarte Sensoren der jeweiligen Sensorvorrichtung Schallwellen zur Umfelderfassung aussenden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst eine zuvor beschriebene Sensorvorrichtung ein Schaltelement, das einen ersten und einen zweiten Schaltzustand aufweist und mittels der ersten Steuereinheit in den ersten und zweiten Schaltzustand versetzbar ist. Das Schaltelement ist dazu ausgebildet, in dem ersten Schaltzustand den ersten Signalpfad mit dem Signalgenerator zu verbinden und in dem zweiten Schaltzustand den zweiten Signalpfad mit dem Signalgenerator zu verbinden. Dadurch kann in einfacher Weise zwischen dem Normalbetrieb und dem Überwachungsbetrieb geschaltet werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der zweite Signalpfad einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung eine Impedanzendstufe und einen Widerstand auf. Auf diese Weise kann der zweite Signalpfad durch den Einsatz von wenigen kostengünstigen Bauelementen realisiert werden, die größtenteils in einer ohnehin in der jeweiligen Sensorvorrichtung vorhandenen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, die auch als ASIC bezeichnet wird, integriert werden können.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Eingang der Impedanzendstufe des zweiten Signalpfades einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung mit dem Signalgenerator verbindbar. Ferner ist ein Ausgang derselben Impedanzendstufe über den Widerstand des zweiten Messpfades der jeweiligen Sensorvorrichtung mit dem Schallwandler verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Wiederstand des zweiten Signalpfades einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung hochohmig ausgeführt und weist bevorzugt einen Widerstandswert von mindestens 1•105 Ω auf. Bevorzugt weist der Widerstand des zweiten Signalpfades einen Widerstandswert von 2•105 Ω auf.

In einem Fall, in dem der Widerstand des zweiten Signalpfades einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung hochohmig ausgeführt ist, kann über den zweiten Signalpfad nur ein Strom mit sehr geringen Stromwerten fließen. Je nach Auswahl des Widerstandswertes des hochohmig ausgeführten Widerstandes kann erreicht werden, dass eine Amplitude der mittels des Signalgenerators erzeugten Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes kleiner, insbesondere um eine oder mehrere Größenordnungen beziehungsweise Zehnerpotenzen kleiner, als während des Normalbetriebes ist. Dadurch wird eine signifikante Schallabstrahlung während des Überwachungsbetriebes und folglich auch während der Impedanzmessung verhindert.

In dem Fall, in dem der Widerstand des zweiten Signalpfades einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung hochohmig ausgeführt ist und in dem folglich nur ein Strom mit sehr geringen Stromwerten über den zweiten Signalpfad fließen kann, wird die Impedanzendstufe des zweiten Signalpfades einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung nur sehr wenig belastet. Folglich kann die Impedanzendstufe in einem solchen Fall sehr klein ausgeführt werden. Ferner wird in einem solchen Fall ein von der Überwachungseinheit einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung bevorzugt umfasster Eingangsverstärker zum Verstärken einer an dem Schallwandler anliegenden Spannung nicht übersteuert. Weiterhin kann der Normalbetrieb des Sensors in einem solchen Fall nicht durch den zweiten Signalpfad beeinflusst werden, da über den zweiten Signalpfad nur ein parasitärer Strom mit sehr geringen Stromwerten fließen kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst eine zuvor beschriebene Sensorvorrichtung eine zweite Steuereinheit. Die zweite Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Signalgenerator so zu steuern, dass die mittels des Signalgenerators erzeugten Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes jeweils eine kleinere Amplitude, insbesondere eine um wenigstens eine Größenordnung beziehungsweise Zehnerpotenz kleinere Amplitude, als während des Normalbetriebes aufweisen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Funktionszustandes eines Sensors einer zuvor beschriebenen Sensorvorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Versetzen des Sensors von dem Normalbetrieb in den Überwachungsbetrieb durch Entkoppeln des ersten Signalpfades von dem Signalgenerator und Verbinden des zweiten Signalpfades mit dem Signalgenerator. Das Verfahren umfasst ferner ein Messen der Impedanz des Schallwandlers für unterschiedliche Anregungsfrequenzen der mittels des Signalgenerators erzeugten Anregungssignale.

Bevorzugt umfasst das zuvor beschriebene Verfahren ein derartiges Steuern des Signalgenerators, dass die mittels des Signalgenerators erzeugten Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes jeweils eine kleinere Amplitude, insbesondere eine um wenigstens eine Größenordnung beziehungsweise Zehnerpotenz kleinere Amplitude, als während des Normalbetriebes aufweisen.

Figurenliste

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Für gleiche Komponenten werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung ist:

  • 1 ein Blockschaltbild einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Ausführungsform der Erfindung

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Sensorvorrichtung 1 umfasst einen Sensor mit einem Schallwandler 10 und eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt). Die Sensorvorrichtung 1 umfasst ferner einen Signalgenerator 20 und einen ersten Signalpfad 30. Der Schallwandler 10 ist dazu ausgebildet ist, Schallwellen infolge einer Anregung mit mittels des Signalgenerators 20 erzeugten elektrischen Anregungssignalen auszusenden und empfangene Schallwellen in elektrische Signale umzuwandeln. Die Auswerteeinheit des Sensors ist dazu ausgebildet, während eines Normalbetriebs des Sensors, in dem der Schallwandler 10 über einen ersten Signalpfad 30 der Sensorvorrichtung 1 mit dem Signalgenerator 20 verbunden ist, eine Umfelderfassung mittels einer Auswertung von elektrischen Signalen des Schallwandlers 10 durchzuführen.

Der erste Signalpfad 30 ist mit dem Schallwandler 10 verbunden und über einen in der Sensorvorrichtung 1 angeordneten Schalter 140 mit dem Signalgenerator 20 verbindbar. Der erste Signalpfad 30 umfasst eine-Leistungsendstufe 32 und einen Transformator 33. Dabei ist ein Eingang der Leistungsendstufe 32 über dem Schalter 140 mit dem Signalgenerator 20 verbindbar. Ferner ist ein Ausgang der Leistungsendstufe 32 über den Transformator 33 mit dem Schallwandler 10 verbunden.

Der Schallwandler 10 kann in einem Ersatzschaltbild als Serienschwingkreis 11 dargestellt werden. Ferner kann eine elektrische Beschaltung des Schallwandlers 10 als Parallelschwingkreis 12, über den der Serienschwingkreis 11 mit dem Transformator 33 verbunden ist, dargestellt werden. Dabei ist der Serienschwingkreis 11 parallel zu dem Parallelschwingkreis 12 geschaltet.

Der Signalgenerator 20 umfasst einen Oszillator 21 zur Erzeugung einer erforderlichen Anregungsfrequenz und einen Frequenzteiler 22 zur Erzeugung unterschiedlicher Anregungsfrequenzen der Anregungssignale. Dabei ist ein Eingang des Frequenzteilers 22 mit dem Oszillator 21 verbunden. Ferner ist ein Ausgang des Frequenzteilers 22 über den Schalter 140 mit der Leistungsendstufe 32 des ersten Signalpfades 30 verbindbar.

Ferner umfasst die Sensorvorrichtung 1 eine Überwachungseinheit 40, die dazu ausgebildet ist, während eines Überwachungsbetriebes des Sensors, in dem der Schallwandler 10 über einen zweiten Signalpfad 50 der Sensorvorrichtung 1 mit dem Signalgenerator 20 verbunden ist, eine Impedanzmessung durchzuführen. Während der Impedanzmessung wird mittels der Überwachungseinheit 40 eine Impedanz des Schallwandlers 10 für unterschiedliche Anregungsfrequenzen der mittels des Signalgenerators 20 erzeugten Anregungssignale gemessen. Dazu umfasst die Überwachungseinheit 40 einen Eingangsverstärker 41, einen nachgeschalteten Bandpassfiter 42 und eine nachfolgende Auswerteeinheit 43. Dabei ist ein Eingang des Eingangsverstärkers 41 mit dem Schallwandler 10 verbunden. Ferner ist ein Ausgang des Eingangsverstärkers 41 über den Bandpassfilter 42 mit der Auswerteeinheit 43 der Überwachungsvorrichtung 40 verbunden.

Zum Durchführen der Impedanzmessung des Schallwandlers wird eine am Schallwandler 10 anliegende Spannung gemessen. Dazu wird ein Abgriff in dem Serienschwingkreis 11 des Schallwandlers 10 gebildet. Ferner wird die an dem Schallwandler 10 anliegende Spannung über den Eingangsverstärker 41 und den Bandpassfilter 42 der Auswerteeinheit 43 der Überwachungsvorrichtung 40 bereitgestellt. Ein Spannungswert dieser Spannung wird dann mittels der Auswerteeinheit 43 der Überwachungsvorrichtung 40 ermittelt. Die Impedanz des Schallwandlers 10 wird dann als Quotienten zwischen dem ermittelten Spannungswert und einem bekannten Stromwert eines durch den Schallwandler 10 fließenden Stroms berechnet.

Der zweite Signalpfad 50 ist mit dem Schallwandler 10 verbunden und über den Schalter 140 mit dem Signalgenerator 20 verbindbar. Der zweite Signalpfad 50 umfasst eine Impedanzendstufe 52 und einen Widerstand 53. Dabei ist ein Eingang der Impedanzendstufe 52 über den Schalter 140 mit dem Signalgenerator 20 verbindbar. Ferner ist ein Ausgang der Impedanzendstufe 52 über den Widerstand 53 mit dem Schallwandler 10 verbunden.

Der Schalter 140 weist eine erste Schaltposition auf, in welcher der Signalgenerator 20 mit dem ersten Signalpfad 30 verbunden ist und von dem zweiten Signalpfad 50 abgekoppelt ist. Der Schalter 140 weist ferner eine zweite Schaltposition auf, in welcher der Signalgenerator 20 von dem ersten Signalpfad 30 abgekoppelt ist und mit dem zweiten Signalpfad 50 verbunden ist.

Die Sensorvorrichtung 1 umfasst eine erste Steuereinheit 60, die dazu ausgebildet ist, zum Versetzen des Sensors von dem Normalbetrieb in den Überwachungsbetrieb den Schalter 140 von der ersten Schaltposition in die zweite Schaltposition zu schalten und dadurch den Signalgenerator 20 von dem ersten Signalpfad 30 zu entkoppeln und mit dem zweiten Signalpfad 50 zu verbinden.

Zur Aktivierung des Überwachungsbetriebes beziehungsweise der Impedanzmessung wird mittels der ersten Steuereinheit 60 ein Schaltsignal erzeugt, das den Frequenzteiler 22 des Signalgenerators 20 von dem Eingang der Leistungsendstufe 32 des ersten Signalpfades 30 trennt und auf den Eingang der Impedanzendstufe 52 des zweiten Signalpfades 50 leitet.

Die erste Steuereinheit 60 ist ferner dazu ausgebildet, zum Versetzen des Sensors von dem Überwachungsbetrieb in den Normalbetrieb den Schalter 140 von der zweiten Schaltposition in die erste Schaltposition zu schalten und dadurch den Signalgenerator 20 von dem zweiten Signalpfad 50 zu entkoppeln und mit dem ersten Signalpfad 30 zu verbinden.

Die erste Steuereinheit 60 kann in einer auch als ASIC bezeichneten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, die in der Sensorvorrichtung 1 bereits vorhanden ist, integriert werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird zur Erzeugung der Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes und folglich während der Impedanzmessung nicht der während des Normalbetriebes einzusetzende erste Signalpfad 30 verwendet, der die Leistungsendstufe 32 mit nachgeschaltetem Transformator 33 umfasst. Bei der vorliegenden Erfindung wird zur Erzeugung der Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes und folglich während der Impedanzmessung die Impedanzendstufe 52 des zweiten Signalpfades 50 benutzt, deren Ausgang über den Widerstand 53 direkt mit dem Schallwandler 10 verbunden ist.

Die Impedanzendstufe 52 des zweiten Signalpfades 50 wird bevorzugt in einer sich ergänzenden Metall-Oxid-Halbleiter verwendenden Technologie, die auch als CMOS-Technologie bezeichnet wird, ausgeführt und kann leicht in einem ASIC integriert werden. Der Widerstand 53 wird bevorzugt hochohmig ausgeführt und sein Wert kann circa 2•105 Ω betragen. Typische Spannungswerte einer Ausgangsspannung des so realisierten zweiten Signalpfades 50 liegen in einem sich zwischen 0 V und 5 V erstreckenden Wertebereich. Typische Stromwerte eines durch den so realisierten zweiten Signalpfad 50 fließenden Stroms liegen unter einem Wert von 1•10-4 A und könnten nicht mit der Leistungsendstufe 32 des ersten Signalpfades 30 in Kombination mit dem Transformator 33 erzeugt werden. Die Verwendung eines zweiten Signalpfades 50, der nur von einem Strom mit so geringen Stromwerten durchflossen werden kann, bringt mehrere Vorteile mit sich. Ein erster dieser Vorteile besteht darin, dass während des Überwachungsbetriebes und folglich auch während der Impedanzmessung eine signifikante Schallabstrahlung verhindert wird. Ein zweiter dieser Vorteile besteht darin, dass während des Überwachungsbetriebes und folglich auch während der Impedanzmessung der Eingangsverstärker 41 der Überwachungseinheit 40 nicht übersteuert wird. Ein dritter dieser Vorteile besteht darin, dass die Impedanzendstufe 52 des zweiten Signalpfades 50 nur sehr wenig belastet wird und deswegen sehr klein ausgelegt werden kann. Ein vierter dieser Vorteile besteht darin, dass der Normalbetrieb des Sensors nicht durch den zweiten Signalpfad 50 beeinflusst werden kann, da über den hochohmigen Widerstand 53 des zweiten Signalpfades 50 nur ein parasitärer Strom mit sehr geringem Stromwert fließen kann.

Bevorzugt kann die Sensorvorrichtung 1 eine zweite Steuereinheit 70 umfassen. Die zweite Steuereinheit 70 ist dazu ausgebildet ist, den Signalgenerator 20 so zu steuern, dass die mittels des Signalgenerators 20 erzeugten Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes jeweils eine kleinere Amplitude als während des Normalbetriebes aufweisen. Dabei weisen die mittels des Signalgenerators 20 erzeugten Anregungssignale während des Überwachungsbetriebes jeweils insbesondere eine um wenigstens eine Größenordnung beziehungsweise Zehnerpotenz kleinere Amplitude als während des Normalbetriebes auf.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in der 1 Bezug genommen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102008042820 A1 [0002]