專利名稱：具有比率計頻率輸出的測試系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求1前序部分的測試系統，和按照權利要求14提高這類系統測試精度的方法。
帶有一個或多個傳感器及相應評估單元的測試系統用途很廣。為了分析這類測試系統的基本結構，下面將以由Kfz-技術而出名的空氣流量傳感器為例進一步說明。當然，本專利并不局限于空氣流量傳感器。
為了能確定流動介質例如空氣的流通量，發動機噴射裝置含有一個質量流量測試儀，在本文獻中亦稱之為空氣流量傳感器。使用這類已知的質量流量傳感器時，傳感元件被置于燃氣輪機吸氣管的氣流中。該傳感元件同時包含一個加熱器和測量電阻，而測量電阻由于氣流對流的冷卻作用會出現電阻值變化。通過吸氣管流動的氣流量仍會由測試電橋失調測得。傳感器最終將測量信號傳送給遠處配置的評估單元。
為此目的，空氣流量傳感器還包含一個用于傳輸該測量信號的(數字)接口。評估單元從接收到的信號中提取有用信息并進行評估分析。
這樣一種帶數字接口的測量系統的一個典型例子示于圖3。圖示所描述測量系統包含一個帶有將數字信號傳送到評估單元2的數字接口5的測量裝置1。測量裝置1和評估單元2通過電線11相互連接。
接口5基本上基于數字開關技術且包含一個時鐘輸入端3，在該輸入端輸入有某個特定頻率(例如10MHz)的時鐘信號，和一個信號輸入端10，在該輸入端輸入傳感器測量信號。
接口5還包含一個計算單元6，其對測量信號進行加工處理并將相應的信號傳送給接口5的信號輸出端7。
輸出信號通常是一個由系統時鐘和測量信號導出的信號。因此，時鐘信號和輸出信號之間大多存在著線性關系。
有用信息(測量值)的傳輸基本上可借助于所有已知的傳輸方法例如像調制方法來傳輸。不過有用信息也可以映像在輸出信號的占空因數中或在輸出信號的頻率以及周期中。
就已知的系統來看有用信號通常含在輸出信號的周期中，因為這樣一種編碼一方面相對易于實現，而另一方面這樣可能得到很高的測量精度。
在時鐘輸入端3處的系統時鐘產生于一個時鐘發生器4，例如一個振蕩器或石英。這類振蕩器或石英會存在高的容差以及時鐘起伏。系統時鐘偏差當然也直接成正比地影響著輸出信號并由此對測量精度產生重大影響。
這類測量系統在用于特別是測量值范圍較大時預先規定的對測量容差要求就很難實現，除非采用高精度石英或振蕩器。然而高精確石英畢竟相應昂貴，會因成本原因而難以集成。
因此，本發明的任務是，建立一個測量系統，其可采用成本適宜的石英或振蕩器，能使測量誤差減小。
解決這一問題的途徑就是按照權利要求1的特征及采用權利要求14的方法。本發明的進一步構型為子權利要求的內容。
本發現的基本思路在于，由系統時鐘導出一個附加的參考信號并傳送到評估單元。該參考信號用來計算一個修正因數，該修正因數等于時鐘頻率與額定時鐘頻率的偏差量，從而也給出測量輸出信號與無偏差輸出信號的頻率或周期的偏差。該修正因數在對輸出信號進行評估計算時予以考慮，也就是說，參考信號的頻率偏差用來修正輸出信號。
參考信號的頻率及其周期最好是比時鐘信號的頻率小因數N倍且特別是處在低于100Hz的范圍，特別是低于50Hz，并且最好為大約20Hz。對比之下，時鐘信號有比如說10MHz的頻率。
按照本發明的一個優選構型，傳感器接口有一個頻率變化的信號輸出端，即輸出信號與測量信號相關聯具有不同的周期。
按照本發明的一個優選構型，評估單元包含一個計算單元，以計算特別是修正因數，用于修正來自于參考信號的輸出信號。
按照本發明的測量系統可以用于例如汽車技術以優化燃料噴射。在這種情況下該測量系統包含一個空氣流量測量儀和一個相應的評估單元。
為了補償傳感器特性曲線的溫度特性該空氣流量測量儀最好包含一個溫度傳感器，其測量值同樣傳送給評估單元。
該溫度值最好與參考信號一同傳輸。按照本發明優選的構型，該溫度值含在參考信號的占空因數中。不過溫度值也可通過其它的傳輸途徑或者借助于其它的傳輸方法來傳輸。
按照本發明的一個優選構型，輸出信號的周期量化為步長＜＝500ns，并且最好為＜＝200ns。輸出信號的頻率最好約在1.5～12kHz之間。
測量值傳輸尤其是按標準特性曲線來實現，即測量值最好歸一化，并且從而與測量處當時的幾何尺寸例如發動機吸管的大小無關。
測量裝置的特性曲線例如是一個n階多項式且尤其是一個3階多項式。
本發明下面將借助于附圖通過舉例進行詳細說明。具體為
圖1按本發明一個實施構型的帶數字接口的測量系統原理圖；圖2傳感器接口和評估單元連接圖；圖3帶數字接口的已知測量系統原理圖。
圖1示出的測量系統包含測量裝置1和評估單元2。兩者通過電線11相互連接。
測量裝置1包含一個用于傳輸數字信號到評估單元2的接口5，接口5有一個時鐘輸入端3和一個信號輸入端10。
從時鐘輸入端3輸入的時鐘由時鐘發生器4例如石英或振蕩器產生，并且具有一個大約10MHz的頻率，該頻率則依時鐘發生器品質因數而具有相當高的偏差及起伏。
測量裝置1基本上基于數字的信號處理，并且向接口5傳送數字測量信號。在接口5中包含的計算單元處理傳來的時鐘信號和測量信號，并且由此計算出一個輸出信號，該輸出信號的頻率以及周期與測量信號相關。該輸出信號也是一個由系統時鐘和測量值導出的帶變化周期的信號。系統時鐘信號周期和輸出信號周期之間尤其是存在線性關系。
因此包含在輸出信號的周期以及頻率中的有用信息，即測量值，具有與時鐘信號相同的偏差。
為補償這些偏差，產生一個由時鐘信號導出的參考信號。該參考信號通過接口5的參考信號輸出端13傳送給評估單元2，并且具有一個約20Hz的相對低的頻率。
參考信號周期的偏差在評估測量信號時予以計及。因此，在評估單元2中包含的計算單元9計算出一個修正因數k，具有k=TSOLLTIST]]>式中TSOLL為所期望的參考信號周期值，TIST為實際測得的參考信號周期值。這也就實現了比率計測量。
計算單元9最終在計及了修正因數k后求出正確的測量值，例如在一個通道中流動的空氣流量。
在本例中應用的特性曲線是一個三階多項式，其作為最大空氣流量百分數得到結果如下mmmax=1a+1b(T0-TkTnorm)+(T0-TkTnorm)3]]>式中a標準特性曲線絕對部分；b標準特性曲線線性部分；T0特性曲線屈服點；Tnorm特性曲線區域和TK修正后的周期。
其中修正后的周期由下式得到TK＝k*TM式中TM為測量的周期。
圖2詳細示出了數字接口5和評估單元2(發動機控制器)的連接。數字接口5有一個時鐘輸入端3和一個信號輸入端10。接口5是像ASIC那樣來實現，并且還有一個用于第一個測量信號(空氣流量)的信號輸出端12和一個用于參考信號及第二個測量信號(溫度)的信號輸出端13。
信號輸出端12和13兩者各自與阻抗R1、R2以及依據流量配置的電容C1、C2相連接。這里電容C1、C2用于排除高頻干擾部分，特別是用于遵守EMV規程。
用于確定空氣流量的測量信號通過導線11和用于確定溫度的測量信號通過導線14傳送給發動機控制器。
所傳輸信號信息的評估按照規一化標準特性曲線進行，使得發動機控制器通過一定的計算操作可求出空氣流量和溫度的物理值。
發動機控制器還包含一個工作電路以產生一個高電平。該工作電路包含電阻R3和R4，它們各自的一個接頭分別與傳輸導線11、14相連，和其另一個接頭與供電電壓Upu相連。
為了去除導線11、14的干擾還設置依據流量配置的電容C3、C4。
進一步，發動機控制器包括用于各導線11、14的一個RC低通濾波器來保護串連的控制器(未示出)。RC低通濾波器包含電阻R5、R6和電容C5、C6。
測量裝置的開關時鐘邊緣在上升時間和下降時間是受限的，其中上升時間首先通過工作電路在發動機控制器中得以確定。
測量裝置的末級有保護措施免于受通常像ESD、EMV-輻射、干擾時鐘等環境因素的影響，并且也會在誤操作如短路時發揮作用。
參考符號表1 測量裝置2 評估單元3 時鐘輸入端4 時鐘發生器5 接口6 計算單元7 信號輸出端8 參考信號輸出端9 計算單元10 信號輸入端11 電線12 信號輸出端13 參考信號輸出端14 電線R1-R6 電阻C1-C6 電容
權利要求
1.測量系統，包含帶數字接口(5)和評估單元(2)的測量裝置(1)，其中接口(5)具有-一個時鐘輸入端(3)，連有一個時鐘發生器(4)，-一個信號輸入端(10)，該輸入端輸入測量信號，-一個計算單元(6)，其產生一個由時鐘信號和測量信號導出的輸出信號，和-一個信號輸出端(12)，該輸出端輸出信號并傳送給評估單元(2)，其特征在于，接口(5)具有另一個信號輸出端(13)，該輸出端輸出一個由時鐘信號導出的參考信號，該參考信號被評估單元(2)用來修正輸出信號。
2.按照權利要求1的測量系統，其特征在于，參考信號的頻率比時鐘信號頻率小因數N倍。
3.按權利要求1或2的測量系統，其特征在于，輸出信號依賴于測量信號具有不同的周期。
4.按照前述權利要求之一的測量系統，其特征在于，評估單元(2)具有一個計算單元(9)，用于計算修正輸出信號的修正因數。
5.按照前述權利要求之一的測量系統，其特征在于，測量裝置(1)具有第二個傳感器，其將測量值傳向評估單元(2)。
6.按照權利要求5的測量系統，其特征在于，第二個傳感器的測量值是與參考信號一起傳輸的。
7.按權利要求6的測量系統，其特征在于，第二個傳感器的測量值含在參考信號的占空因數中。
8.按照前述權利要求之一的測量系統，其特征在于，測量裝置(1)為一空氣流量測試儀，而評估單元(2)為一發動機控制器。
9.按照前述權利要求之一的測量系統，其特征在于，輸出信號的周期量化為步長＜＝500ns，特別＜＝200ns。
10.按照前述權利要求之一的測量系統，其特征在于，評估單元(2)具有一個計算單元(9)，其分析處理輸出信號。
11.按照權利要求10的測量系統，其特征在于，測量裝置的特性曲線為一個n階多項式，特別是一個3階多項式。
12.按照前述權利要求之一的測量系統，其特征在于，參考信號的頻率＜100Hz，特別是＜50Hz，最好約為20Hz。
13.按照前述權利要求之一的測量系統，其特征在于，輸出信號頻率位于1.5至12kHz之間。
14.對帶輸入測量信號及時鐘信號數字接口的測量裝置的輸出信號進行修正的方法，其特征在于以下步驟-產生一個由時鐘信號和測量信號導出的輸出信號并且將輸出信號傳送給評估單元(2)；-產生一個由時鐘信號導出的參考信號并且將參考信號傳送給評估單元(2)；-分析處理輸出信號，其中輸出信號的偏差借助于參考信號得以修正。
15.按照權利要求14的方法，其特征在于，計算一個修正因數，該修正因數給出參考信號與額定值的偏差。
16.按照前述方法權利要求之一的方法，其特征在于，輸出信號的周期借助于參考信號得以修正。
全文摘要
本發明描述了一種帶有傳輸數字信號到評估單元數字接口的測量裝置，其中該接口有一個輸入系統時鐘的時鐘輸入端，一個輸入測量信號的信號輸入端，一個由時鐘信號和測量信號導出輸出信號的計算單元，和一個用于輸出輸出信號并傳送給評估單元的信號輸出端。為了提高測量精度，提出傳輸一個由時鐘信號導出的參考信號，并且該參考信號用于校正輸出信號。
文檔編號G01D1/00GK1543563SQ02816157
公開日2004年11月3日 申請日期2002年8月13日 優先權日2001年8月18日
發明者R·雷施爾, J·布呂克納, M·施特羅爾曼, M·紐舍勒, H·羅伊斯特爾, A·－W·哈爾格, R 雷施爾, す, 了固囟, 嶗 , 攬四, 羋薅 申請人:羅伯特-博希股份公司