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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, umfassend mindestens ein Sensorgerät, welches mindestens einen Sensoranschluss und Stromversorgungsanschlüsse umfasst, und mindestens ein Diagnosegerät, an welches ein oder mehrere Sensorgeräte anschließbar sind, wobei durch das mindestens eine Diagnosegerät Diagnosesignale des oder der angeschlossenen Sensorgeräte bereitstellbar und/oder auswertbar sind.
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Sensorgeräte wie induktive, optische, magnetfeldempfindliche, kapazitive, magnetostriktive, Mikrowellen-, Ultraschall-Sensorgeräte usw. unterliegen internen und externen Einflüssen, die das Messergebnis beeinflussen können. Es ist wünschenswert, Diagnosevorgänge an einem Sensorgerät durchzuführen, um Störungen erkennen zu können oder potentielle Störungen rechtzeitig erkennen zu können.
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Ein Sensorgerät muss dazu ein entsprechendes Diagnosesignal bereitstellen, welches durch ein Diagnosegerät ausgewertet bzw. bereitgestellt wird, damit es durch eine übergeordnete Auswerteeinheit verarbeitbar ist. Eine Diagnoseinformation kann dabei das Anzeigen einer Störung sein oder eine Diagnoseinformation kann auch Details beispielsweise bezüglich der Art und/oder des Umfangs der Störung enthalten.
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Aus der
DE 196 13 884 A1 ist eine Positionseinrichtung mit einem Messsystem bekannt, das eine Abtasteinheit umfasst, sowie eine über mindestens eine Versorgungsleitung mit dem Messsystem verbundene Auswerte- oder Versorgungseinheit umfasst, wobei seitens des Messsystems eine Diagnose-Einheit angeordnet ist, die Messsystem-bezogene Informationen erzeugt und ferner eine dem Messsystem zugeordnete Signal-Aufbereitungseinheit vorgesehen ist, die die Informationen derart aufbereitet, dass diese Informationen definiert-codiert über eine Versorgungsleitung übertragbar sind.
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Aus der
DE 198 24 362 A1 ist ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Sensorbausteins bekannt, wobei der Sensorbaustein als monolithisch integrierte Schaltung ausgebildet ist und einen Sensor sowie zumindest einen Messverstärker aufweist, wobei der Sensorbaustein Außenanschlüsse zumindest zur Stromversorgung und für ein Ausgangsmesssignal hat. Innerhalb des Sensorbausteins zur Verfügung stehende Schaltungsmesswerte werden als Modulationssignal dem Versorgungsstrom und/oder der Versorgungsspannung und/oder dem Ausgangsmesssignal überlagert und über die vorhandenen Außenanschlüsse als Diagnosesignal ausgegeben. Entweder werden die internen Schaltungsmesswerte als analoge oder digitale Modulation an das Ausgangsmesssignal als digitaler Wert oder die internen Schaltungsmesswerte als digitale Modulation an das Ausgangsmesssignal als analoger Wert ausgegeben.
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Aus der
DE 101 46 949 A1 ist ein aktiver Magnetsensor mit einem magnetoelektrischen Wandler bekannt, welcher mit einem Modulator elektrisch verbunden ist, und mit einer Stromquellengruppe umfassend eine oder mehrere Stromquellen, die den an dem Sensorausgang ausgegebenen Signalstrom steuert. Es ist eine Unterspannungsüberwachungsschaltung vorgesehen, welche mit dem Sensorausgang verbunden ist, welche das an dem Sensorausgang anliegende elektrische Signal auf das Unterschreiten einer ersten vorgegebenen Schwellenspannung hin überwacht und welche in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Überwachung den am Sensorausgang ausgegebenen Signalstrom durch Beeinflussung der Stromquellengruppe steuert.
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Aus der
DE 10 2007 027 276 A1 ist ein Feldgerät mit einer Vorrichtung zur Durchführung von Anwender-definierten Diagnoseverfahren bekannt. Das Feldgerät weist eine Eingangsschaltung, über die der Vorrichtung mindestens eine Eingangsgröße zugeführt wird. Es ist ferner eine Auswerteeinheit vorgesehen, die dazu dient, anhand mindestens einer vom Anwender ausgewählten Eingangsgröße und mindestens einen vom Anwender ausgewählten Auswerteverfahren mindestens eine Kenngröße abzuleiten. Ferner ist eine Überwachungseinheit vorgesehen, die die abgeleiteten Kenngrößen anhand von vom Anwender ausgewählten Überwachungskriterien überwacht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem sich Diagnoseinformationen auf einfache Weise bereitstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Sensorvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Sensorgerät eine Pulserzeugungseinrichtung aufweist, welche eine periodische Pulsfolge einem an einem Sensoranschluss abgreifbaren Sensorsignal überlagert, dass das mindestens eine Diagnosegerät eine Überprüfungseinrichtung für die Auswertung von Pulsen im Sensorsignal aufweist und dass die Pulserzeugungseinrichtung an einem Sensorsignal vom Typ ”low” Pulse vom Typ ”high” erzeugt und an einem Sensorsignal vom Typ ”high” Pulse vom Typ ”low” erzeugt.
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Wenn dem Sensorsignal Pulse überlagert werden, dann kann durch Auswertung dieser Pulse eine Diagnoseinformation gewonnen werden. Wenn beispielsweise in einer periodischen Pulsfolge Pulse fehlen, kann dies als Diagnoseinformation verwendet werden.
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Grundsätzlich kann dabei jede Abweichung von einer vorgegebenen Pulsfolge als Diagnoseinformation verwendet werden.
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Insbesondere erzeugt die Pulserzeugungseinrichtung an einem Sensorsignal (insbesondere Schaltsignal) vom Typ ”low” Pulse vom Typ ”high” und an einem Sensorsignal vom Typ ”high” Pulse vom Typ ”low”. Dadurch lässt sich bei einem als Schalter ausgebildeten Sensorgerät sowohl im Schaltzustand ”low” eine Diagnose durchführen als auch im Schaltzustand ”high”.
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Insbesondere prüft die Überprüfungseinrichtung die Anwesenheit von Pulsen und/oder prüft, ob die Pulsfolgen periodisch sind und/oder prüft die Dauer und/oder den Abstand und/oder die Amplitude von Pulsen. Wenn beispielsweise eine Abweichung von einer Vorgabe vorliegt, kann dadurch eine Diagnoseinformation gewonnen werden. Die Diagnoseinformation kann dabei grundsätzlich explizit über die Pulsfolge übertragen werden und/oder eine Abweichung bei der Überprüfung kann als Störung interpretiert werden.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn durch die Pulserzeugungseinrichtung Pulsfolgen mindestens einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz erzeugbar sind. Dadurch ergeben sich erweiterte Diagnosemöglichkeiten. Beispielsweise ist es dadurch möglich, eine Vordiagnose vor einem eigentlichen Ausfall eines Sensorgeräts oder vor einem Betrieb außerhalb eines Betriebsbereichs zu erkennen. Dadurch kann beispielsweise ein Ausfall vermieden werden. Ein Bediener kann beispielsweise das Sensorgerät rechtzeitig austauschen, wobei der Austausch beispielsweise zu einem geeigneten Zeitpunkt wie beispielsweise an einem Wochenende erfolgen kann.
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Es ist dann günstig, wenn die Pulserzeugungseinrichtung in Abhängigkeit von einem oder mehreren Triggerereignissen so angesteuert ist, dass Pulsfolgen einer bestimmten Frequenz erzeugt werden. Dadurch kann insbesondere automatisch eine Pulsfolgenfrequenz verändert werden. Dies ermöglicht beispielsweise in bestimmten Bereichen eine genauere Diagnose und/oder der Wechsel einer Pulsfolgenfrequenz ist bereits selber ein Diagnoseergebnis.
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Bei einer Ausführungsform sind das oder die Triggerereignisse von einer internen Überwachungseinrichtung des mindestens einen Sensorgeräts bereitgestellt. Die interne Überwachungseinrichtung überprüft beispielsweise bestimmte Parameter und/oder Zustände des Sensors und veranlasst gegebenenfalls einen Wechsel der Frequenz. Dies kann dann wiederum auf einfache Weise an dem Diagnosegerät detektiert werden.
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Insbesondere ist ein Triggerereignis ein Überschreiten oder Unterschreiten eines Schwellenwerts wie beispielsweise eines Temperaturschwellenwerts oder Feuchtigkeitsschwellenwerts an einer Induktivität usw.
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Es ist auch möglich, dass ein Triggerereignis, welches von einer internen Überwachungseinrichtung detektiert wird, kein Zustand oder Parameter eines Sensorgeräts ist, sondern eine Betriebsbedingung des Sensorgeräts ist. Beispielsweise ist ein Triggerereignis ein Erreichen eines bestimmten Schaltabstandbereichs oder ein Ausfahren aus einem bestimmten Schaltabstandbereich. Dadurch lässt sich beispielsweise auf einfache Weise ermitteln und anzeigen, ob ein Sensorgerät in einem optimierten Betriebspunktbereich betrieben wird oder in einem weniger optimalen Bereich.
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Günstig ist es, wenn die zweite Frequenz mindestens näherungsweise doppelt so groß ist wie die erste Frequenz. Dadurch lassen sich die entsprechenden Pulsfolgen auf einfache Weise an dem Diagnosegerät auswerten und auch erkennen.
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Es ist auch möglich, dass das mindestens eine Sensorgerät eine Pulserzeugungseinrichtung aufweist, welche an einem Diagnoseausgang Diagnosepulse bereitstellt, wobei durch die Pulserzeugungseinrichtung Pulsfolgen mindestens einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz erzeugbar sind und die Pulsfolgenfrequenzen in Abhängigkeit von einem oder mehreren Triggerereignissen stehen. In diesem Fall weist das Sensorgerät einen Diagnoseausgang auf, an welchem Diagnosesignale direkt bereitgestellt werden. Durch Änderung der Pulsfolgenfrequenz lässt sich ein Diagnoseergebnis bereitstellen.
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Bei einer Ausführungsform werden die Diagnosesignale an das Diagnosegerät über Stromversorgungsleitungen übertragen. Dem sowieso vorhandenen Versorgungsstrom wird ein ”Zusatzstrom” aufgeprägt, welcher Diagnoseinformationen enthält.
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Eine solche Stromaufprägung, welche in einer Modulation des Versorgungsstroms durch Diagnosesignale resultiert, lässt sich leicht implementieren. Es besteht kein Einfluss auf eine Last. Man erhält eine hohe Störsicherheit. Weiterhin existieren keine Restriktionen bezüglich Kabel und dergleichen.
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Über die Stromaufprägung lassen sich Pulse oder statische Informationen übertragen und es lassen sich auch codierte Bitmuster übertragen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Ansteuerungseinrichtung in eine Auswertungseinrichtung des mindestens einen Sensorgeräts integriert. Die Auswertungseinrichtung sorgt für die Signalauswertung von einem oder mehreren sensitiven Elementen des Sensorsystems. Die Auswertungseinrichtung ist beispielsweise in einem Mikroprozessor realisiert. Dieser Mikroprozessor lässt sich dann auch zur Ansteuerung der Stromaufprägungseinrichtung verwenden.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Sensorgerät eine interne Überwachungseinrichtung aufweist. Die interne Überwachungseinrichtung führt Diagnoseprüfungen durch. Dies kann auf aktive und/oder passive Weise erfolgen. Beispielsweise umfasst die interne Überwachungseinrichtung einen oder mehrere Sensoren, welche Sensorzustände überprüfen. Beispielsweise kann die interne Überwachungseinrichtung einen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen, welche die beispielsweise an einem sensitiven Element herrschende Temperatur messen. Beispielsweise kann die interne Überwachungseinrichtung auch einen oder mehrere Feuchtigkeitssensoren aufweisen, welche die Feuchtigkeit an einer Spule eines induktiven Sensorgeräts messen. Die Überwachungseinrichtung kann dabei mindestens teilweise in der Auswertungseinrichtung realisiert sein.
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Durch die Überwachungseinrichtung lässt sich beispielsweise mindestens einer der folgenden Diagnosevorgänge durchführen: Diagnose an einem oder mehreren sensitiven Elementen des mindestens einen Sensorgeräts (wie beispielsweise auf Spulendrahtbruch, Kernbruch, Spulenkurzschluss bei induktiven Elementen), Diagnose von Signalkonditionierungen, Diagnose einer Ausgangsstufe, Diagnose bezüglich Kurzschlüssen, Diagnose bezüglich Stromversorgung, Diagnose bezüglich Verbindungselementen, Diagnose bezüglich Anzahl von Betätigungen, Diagnose bezüglich externer Störungen, Temperaturdiagnose, Diagnose bezüglich eines Messbereichs, Diagnose bezüglich eines Schaltbereichs, Diagnose von Frequenz und/oder Amplitude eines Oszillators, usw.
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Die Stromaufprägungseinrichtung erzeugt insbesondere Stromimpulse, welche dem herrschenden Versorgungsstrom überlagert werden. Diese Stromimpulse enthalten die Diagnoseinformation.
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Es ist dabei möglich, dass Strompulsfolgen erzeugt werden. Dadurch lässt sich beispielsweise ein codiertes Bitmuster erzeugen.
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Günstig ist es, wenn das mindestens eine Diagnosegerät eine Stromaufprägung auf den an das mindestens eine Sensorgerät angelegten Versorgungsstrom auswertet. Dadurch kann das Diagnosegerät die von dem mindestens einen Sensorgerät bereitgestellten Diagnoseinformationen ”auslesen” und gegebenenfalls weiterverarbeiten.
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Es ist günstig, wenn die Stromversorgung des mindestens einen Sensorgeräts über das mindestens eine Diagnosegerät erfolgt. Das Diagnosegerät wird dann beispielsweise zwischen ein Netzgerät und das mindestens eine Sensorgerät geschaltet. Dadurch lassen sich auf einfache Weise über Stromaufprägung übermittelte Diagnoseinformationen auslesen.
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Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das mindestens eine Diagnosegerät eine Stromaufprägungseinrichtung aufweist, durch welche dem Versorgungsstrom für das mindestens eine Sensorgerät ein Strom aufprägbar ist, und dass das mindestens eine Sensorgerät eine Auswertungseinrichtung für einen auf den Versorgungsstrom aufgeprägten Strom aufweist. Das Sensorgerät kann dann mit dem Diagnosegerät über von dem Diagnosegerät auf den Versorgungsstrom aufgeprägte Ströme und insbesondere Strompulse kommunizieren. Dadurch kann beispielsweise das Diagnosegerät einem Sensorgerät ein Quittierungssignal übermitteln und/oder es ist eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Sensorgerät und dem Diagnosegerät möglich. Im Falle einer bidirektionalen Kommunikation werden durch die Stromaufprägungseinrichtung des mindestens einen Sensorgeräts dem Versorgungsstrom Diagnoseströme aufgeprägt. Diese werden von dem mindestens einen Diagnosegerät ausgelesen. Das Diagnosegerät kann ebenfalls dem Versorgungsstrom Modulationsströme aufprägen, die dann von dem Sensorgerät ausgelesen werden können.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems;
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems;
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3 eine beispielhafte Darstellung eines modulierten Versorgungsstroms;
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4 eine andere beispielhafte Darstellung für einen modulierten Versorgungsstrom;
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5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensorgeräts eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems;
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6 eine schematische Darstellung eines Schaltsignals mit aufmodulierten Pulsen;
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7 eine ähnliche Darstellung wie 6 mit einer Störung in einer aufmodulierten Pulsfolge;
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8 Pulsfolgen unterschiedlicher Frequenzen;
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9 eine schematische Darstellung eines Diagnosegeräts für ein Sensorgerät gemäß 5; und
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10 eine beispielhafte Darstellung einer Pulsfolgenvariation bei Änderung eines Abstands d eines Sensorgeräts zu einem Messobjekt.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems, welches in 1 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Diagnosegerät 12 und mindestens ein Sensorgerät 14. Das Sensorgerät 14 ist an das Diagnosegerät 12 angeschlossen.
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Das Sensorgerät 14 weist dazu einen Sensorsignalanschluss 16 auf sowie Stromversorgungsanschlüsse 18, 20. Entsprechend weist das Diagnosegerät 12 einen Anschluss 22 für Sensorsignale auf und Anschlüsse 24, 26 für die Stromversorgung des Sensorgeräts 14.
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Es ist dabei möglich, dass an das Diagnosegerät 12 eine Mehrzahl von Sensorgeräten entsprechend dem Sensorgerät 14 anschließbar ist. Dementsprechend ist eine Mehrzahl von Anschlüssen an dem Diagnosegerät 12 vorgesehen.
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Das Sensorgerät 14 umfasst ein oder mehrere sensitive Elemente 28. Diese können mit einem oder mehreren Messgegenständen in Wechselwirkung treten. Das Sensorgerät 14 kann dabei auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. Es kann sich beispielsweise um ein induktives Sensorgerät handeln. Ein entsprechendes sensitives Element 28 ist dann eine Spule. Es kann sich beispielsweise um ein optisches Sensorgerät handeln. Ein sensitives Element 28 ist dann ein Lichtempfänger. Es kann sich um ein magnetfeldsensitives Sensorgerät handeln. Das entsprechende sensitive Element reagiert dann auf Magnetfelder. Es kann sich um ein kapazitives Sensorgerät handeln. Das sensitive Element ist dann eine Kapazität. Das Sensorgerät kann beispielsweise auch ein Ultraschall-Sensorgerät oder magnetostriktives Sensorgerät oder ein Mikrowellen-Sensorgerät sein.
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Insbesondere ist das Sensorgerät 14 ein Abstandssensorgerät oder Wegmesssensorgerät, durch welches Abstände oder Wege ermittelbar sind. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass solche Abstände analog oder als Schaltabstände ermittelbar sind.
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Das Sensorgerät 14 weist ein Gehäuse 30 auf. In dem Gehäuse 30 ist eine Auswertungseinrichtung 32 positioniert. Diese ist beispielsweise zumindest teilweise durch einen Mikroprozessor realisiert.
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In dem Gehäuse 30 ist ferner eine Stromaufprägungseinrichtung 34 angeordnet. Dieser Stromaufprägungseinrichtung 34 ist eine Ansteuerungseinrichtung 36 zugeordnet, welche die Stromaufprägungseinrichtung 34 ansteuert. Die Ansteuerungseinrichtung 36 ist insbesondere in die Auswertungseinrichtung 32 integriert.
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Durch die Stromaufprägungseinrichtung 34 lässt sich einem Versorgungsstrom Icc des Sensorgeräts 14 ein Strom aufprägen. Insbesondere lassen sich Pulse 38 oder Pulsfolgen 40 (3 und 4) aufprägen.
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Durch die Stromaufprägungseinrichtung 34 lässt sich ein Versorgungsstrom Icc für das Sensorgerät 14 modulieren. Diese Stromaufprägung erfolgt dabei derart, dass die Energieversorgung des Sensorgeräts 14 nicht gestört ist.
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Die aufgeprägten Pulse 38 im Versorgungsstrom Icc sind von außerhalb des Sensorgeräts 14 detektierbare Diagnosesignale, die eine Diagnose des Sensorgeräts 14 ermöglichen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist in dem Gehäuse 30 des Sensorgeräts 14 eine Überwachungseinrichtung 42 angeordnet. Diese Überwachungseinrichtung 42 führt Diagnosevorgänge an dem Sensorgerät 14 durch. Die Überwachungseinrichtung 42 kann dabei passiv oder aktiv Diagnosevorgänge durchführen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Überwachungseinrichtung 42 einen oder mehrere Sensoren, welche Zustände des Sensorgeräts 14 oder Parameter des Sensorgeräts 14 überprüfen. Beispielsweise umfasst die Überwachungseinrichtung 42 einen oder mehrere Temperatursensoren, welche eine Temperaturüberwachung innerhalb des Sensorgeräts 14 durchführen.
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Die Überwachungseinrichtung 42 kann dabei auch teilweise oder vollständig in die Auswertungseinrichtung 32 integriert sein. Beispielsweise kann die Überwachungseinrichtung 42 bestimmte Parameter, die gemessen werden oder beispielsweise auch über das mindestens eine sensitive Element 28 der Auswertungseinrichtung 32 bereitgestellt werden, überprüfen.
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Beispielsweise werden durch die Überwachungseinrichtung 42 Diagnosevorgänge durchgeführt wie Diagnose des mindestens einen sensitiven Elements 28, Diagnose von Signalkonditionierung, Diagnose einer Ausgangsstufe, Diagnose bezüglich Kurzschlüssen, Diagnose bezüglich Stromversorgung, Diagnose bezüglich Verbindungselementen (wie Stecker usw.), Diagnose bezüglich Anzahl von Betätigungen, Diagnose bezüglich externer Störungen (wie beispielsweise bei einem optischen Sensor Verschmutzungen), Temperaturdiagnose, Diagnose bezüglich eines Messbereichs, Diagnose bezüglich eines Schaltbereichs, Diagnose von Frequenz und/oder Amplitude eines Oszillators, usw.
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Eine Diagnose kann beispielsweise auch eine Plausibilitätsprüfung von Signalen, welche das mindestens eine sensitive Element 28 bereitstellt, umfassen.
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Die Diagnose des mindestens einen sensitiven Elements 28 kann beispielsweise, wenn das sensitive Element ein induktives Element ist, eine Überprüfung auf Spulendrahtbruch, Spulenkurzschluss und/oder Kernbruch sein.
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Die entsprechenden Diagnosesignale werden dann als Pulse 38 oder als Pulsfolge 40 dem Versorgungsstrom aufgeprägt. An den Stromversorgungsanschlüssen 18 lassen sich dann diese Diagnosesignale abgreifen.
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Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass beispielsweise ein Puls 38, welcher dem Stromversorgungsanschluss 18 aufgeprägt wird, eine Störung anzeigt. Es ist umgekehrt auch möglich, dass ein Puls 38 oder eine Pulsfolge 40 die Abwesenheit einer Störung anzeigt.
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Ferner ist es möglich, durch Codierung, beispielsweise in einer Pulsfolge 40, bestimmte Diagnoseinformationen bereitzustellen, um einem Bediener beispielsweise die Art und/oder das Ausmaß einer Störung anzuzeigen. Entsprechend erfolgt dann in einer Pulsfolge 40 beispielsweise eine Bitcodierung bezüglich Amplitude und/oder Abstand und/oder Länge von Pulsen.
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Das Diagnosegerät 12 weist eine Überwachungseinrichtung 44 auf, durch welche die Stromaufprägung an dem Strom Icc auswertbar ist. Die Überwachungseinrichtung 44 ist dabei zwischen die Stromversorgungsanschlüsse 24 und 26 geschaltet, um die Strommodulation erkennen zu können.
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Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass die Stromversorgung des Sensorgeräts 14 über das Diagnosegerät 12 erfolgt. Das Diagnosegerät 12 kann dabei direkt beispielsweise als Netzgerät ausgebildet sein oder an ein Netzgerät anschließbar sein.
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Das Diagnosegerät 12 stellt dann durch eine übergeordnete Auswertung weiterverarbeitbare Diagnosesignale bereit. Es kann auch eine Auswertung und insbesondere Vorauswertung an dem Diagnosegerät 12 erfolgen.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das Diagnosegerät 12 eine Überwachungseinrichtung 46 umfasst, durch welche einem Sensorsignal, welches an dem Sensorsignalanschluss 16 abgreifbar ist, aufgeprägte Pulse erkennbar sind.
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Das Diagnosegerät 12 ist beispielsweise ein Feldgerät, welches an ein Bussystem 48 anschließbar ist. Auf dem Bussystem 48 lassen sich dann Sensorsignale und Diagnosesignale beispielsweise zu einer übergeordneten Auswerteeinheit übertragen.
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Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Diagnosegerät 12 eine Stromaufprägungseinrichtung 170 aufweist. Durch diese Stromaufprägungseinrichtung 170 kann das Diagnosegerät 12 einem Versorgungsstrom für das Sensorgerät 14 einen Modulationsstrom aufprägen.
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Das Sensorgerät 14 weist entsprechend eine Auswertungseinrichtung 172 für eine Stromaufprägung im Versorgungsstrom auf. Die Auswertungseinrichtung wertet dabei die Stromaufprägung aus, welche nicht von der Stromaufprägungseinrichtung 34 des Sensorgeräts 14 stammt, sondern welche von der Stromaufprägungseinrichtung 170 des Diagnosegeräts 12 stammt.
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Die Stromaufprägungseinrichtung 170 des Diagnosegeräts 12 und die Auswertungseinrichtung 172 für eine Stromaufprägung des Sensorgeräts 14 ermöglichen das Aussenden von Quittierungssignalen durch das Diagnosegerät 12 und das Empfangen von Quittierungssignalen durch das Sensorgerät 14, Dadurch ist auch eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Sensorgerät 14 und dem Diagnosegerät 12 möglich.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems, welches in 2 schematisch gezeigt und dort mit 50 bezeichnet ist, ist das Sensorgerät grundsätzlich gleich ausgebildet wie oben beschrieben und es werden deshalb gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Es ist ein Diagnosegerät 52 vorgesehen, welches einen Diagnoseausgang 54 und einen Sensorsignalausgang 56 aufweist. An dem Diagnoseausgang 54 lassen sich Diagnosesignale abgreifen. Diese werden dabei durch eine Überwachungseinrichtung entsprechend der Überwachungseinrichtung 44 aus dem Versorgungsstrom aufgeprägten Stromsignalen generiert.
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Wenn eine Überwachungseinrichtung 46 auch für Sensorsignale vorgesehen ist, dann kann diese ihre entsprechenden Diagnosesignale ebenfalls an den Diagnoseausgang 54 bereitstellen.
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Ansonsten funktioniert das Diagnosegerät 52 wie das oben beschriebene Diagnosegerät 12.
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Bei dem Sensorsystem 10 und 50 werden Diagnosesignale von dem Sensorgerät 14 zu dem Diagnosegerät 12 bzw. 52 über die Stromversorgung übertragen; es erfolgt eine Stromaufprägung auf einen Versorgungsstrom und dadurch eine Modulation über die Stromversorgung. Beispielsweise werden dazu Stromimpulse einer Stärke kleiner oder gleich 20 mA (wie beispielsweise einer Stärke 10 mA) aufgeprägt.
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Eine solche Diagnosesignalübertragung von einem Sensorgerät 14 zu einem Diagnosegerät 12 bzw. 52 weist eine hohe Störsicherheit auf. Es existieren keine Restriktionen bezüglich Kabel oder dergleichen. Dadurch hat man auch keinen Einfluss auf die Last.
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Die entsprechenden Diagnosesignale lassen sich an dem Diagnosegerät 12 bzw. 52 auf einfache Weise auswerten bzw. bereitstellen.
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Die Übertragung von Diagnosesignalen kann dabei als reine Störungsanzeige erfolgen. Es ist aber auch möglich, codierte Informationen zu übertragen, um detailliertere Diagnoseinformationen an das Diagnosegerät 12 bzw. 52 zu übermitteln.
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Die Modulation des Versorgungsstroms zur Übertragung von Diagnosesignalen kann der einzige Übertragungsweg für Diagnosesignale sein. Es ist auch möglich, dass zusätzlich Diagnosesignale über einen Sensorsignalanschluss übertragen werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich insbesondere im Zusammenhang mit Drei-Draht-Leitungen realisieren.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems umfasst ein Sensorgerät 58 (5). Beispielsweise handelt es sich bei diesem Sensorgerät um eine optische Lichtschranke. Diese umfasst ein Gehäuse 60 mit einem ersten Arm 62 und einem zweiten Arm 64. An dem ersten Arm 62 ist ein Lichtsender 66 angeordnet, welcher Sendelicht über eine entsprechende optische Abbildungseinrichtung 68 emittiert. An dem zweiten Arm 64, welcher beabstandet zu dem ersten Arm 62 ist, ist als sensitives Element ein Lichtempfänger 70 angeordnet. Dem Lichtempfänger 70 ist eine optische Abbildungseinrichtung 72 zugeordnet. Der Lichtsender 66 und der Lichtempfänger 70 sind aufeinander ausgerichtet. Dadurch ist detektierbar, ob ein Messgegenstand in dem Strahlgang 74 zwischen dem ersten Arm 62 und dem zweiten Arm 64 eintaucht.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Sensorgerät 58 als Gabellichtschrankengerät ausgebildet.
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Der Lichtsender 66, der insbesondere eine Sendediode umfasst, ist über eine Treiberstufe 76 angetrieben. Diese ist über eine Ansteuerungseinrichtung 78 gepulst angesteuert.
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Dem Lichtempfänger 70 ist ein Verstärker 80 nachgeordnet. Es kann dabei eine Einrichtung 82 zur Intensitätsbestimmung vorgesehen sein. Eine Auswerteeinheit 84 empfängt die entsprechenden verstärkten und vorbearbeiteten Signale. Diese ist auch an die Ansteuerungseinrichtung 78 gekoppelt, um eine ”Pulssynchronisation” durchführen zu können.
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Der Auswerteeinheit 84 kann dabei eine Einstelleinrichtung 86 zur Einstellung eines Schaltpunkts bzw. der Empfindlichkeit zugeordnet sein.
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Der Auswerteeinheit 84 ist eine Einrichtung 88 zur Schaltsignalerzeugung zugeordnet.
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Die Ansteuerungseinrichtung 78, die Auswerteeinheit 84 und die Einrichtung 88 sind insbesondere in einem Mikroprozessor 90 realisiert.
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Das Sensorgerät 58 umfasst ferner eine Pulserzeugungseinrichtung 92, welche Diagnosepulse 94 erzeugt und diese über einen Summierer 96 einem Sensorsignal überlagert. Dieses Sensorsignal ist mit einer zwischengeschalteten Ausgangsstufe 98 an einem Sensorsignalanschluss 100 abgreifbar.
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Die Pulserzeugungseinrichtung 92 und der Summierer 96 sind insbesondere in dem Mikroprozessor 90 realisiert.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Pulserzeugungseinrichtung 92 an die Ansteuerungseinrichtung 78 und/oder Auswerteeinheit 84 gekoppelt ist. Dadurch kann beispielsweise definiert eine Pulsfolge erzeugt werden, wenn eine bestimmte Abweichung zwischen Sendepulserzeugung und empfangenen Lichtpulsen vorliegt. Beispielsweise kann eine Verschmutzung einer der optischen Abbildungseinrichtungen 78, 72 dazu führen, dass der Lichtempfänger 70 kein Licht mehr empfängt. Dies führt dazu, dass an der Auswerteeinheit 84 keine Pulse mehr registriert werden, sondern höchstens ein Hintergrund. Dies kann dann entsprechend, wie unten noch näher erläutert wird, die Pulserzeugung durch die Pulserzeugungseinrichtung 92 beeinflussen.
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Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, eine Ansteuerungseinrichtung 102 für die Pulserzeugungseinrichtung vorzusehen, welche an eine interne Überwachungseinrichtung des Sensorgeräts 58 gekoppelt ist. Die interne Überwachungseinrichtung 104 funktioniert dabei grundsätzlich gleich wie die oben beschriebene interne Überwachungseinrichtung 42 bei dem Sensorgerät 14. Wenn beispielsweise eine Störung detektiert wird, dann lässt sich die Pulserzeugungseinrichtung 92 entsprechend ansteuern, um einen bestimmten Puls bzw. eine bestimmte Pulsfolge zu erzeugen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der das entsprechende Sensorgerät als Schalter zur Erkennung eines Objekts vorgesehen ist, wird durch den Mikroprozessor 90 ein Signal 106 bereitgestellt, welches auf ”low” (Bezugszeichen 108 in 6) gesetzt ist, wenn ein Objekt nicht vorhanden ist, und auf ”high” (Bezugszeichen 110) gesetzt ist, wenn ein Objekt vorhanden ist. Das entsprechende Sensorgerät 58 weist dazu eine Schaltschwelle 112 auf. Durch die Pulserzeugungseinrichtung 92 wird dem entsprechenden Sensorsignal eine periodische Pulsfolge 114 überlagert. Einzelne Pulse 116 weisen beispielsweise eine typische Zeitdauer im Bereich zwischen 100 μs und 300 μs auf. Ein Abstand zwischen benachbarten Pulsen 116 ist groß gegenüber dieser Pulsdauer. Beispielsweise liegt dieser Abstand im Bereich zwischen 5 ms und 7 ms. Die Pulse werden dabei dem Sensorsignal 106 so überlagert, dass im ”low”-Bereich des Sensorsignals ”high”-Pulse aufgeprägt sind (Pulse 116 in 6). Im ”high”-Bereich des Sensorsignals sind ”low”-Pulse 118 aufgeprägt.
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Ein resultierendes, an dem Sensorsignalanschluss 100 abgreifbares Signal 120 enthält dann die Schaltinformation und die in den Pulsen enthaltenen Informationen.
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Die Aufprägung der Pulse wiederum kann in Abhängigkeit von Diagnoseergebnissen erfolgen.
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Beispielsweise können Pulse in einer Pulsfolge ausgelassen werden (Pulse 122, 124 in 7). Solche ausgelassenen Pulse deuten beispielsweise auf eine Störung hin. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass eine solche Änderung in der periodischen Pulsfolge aktiv gesteuert wird oder durch eine Störung direkt erzeugt wird.
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Es lässt sich dadurch dem Sensorsignal ein Diagnosesignal überlagern, welches auf einfache Weise auswertbar ist (siehe unten).
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Pulserzeugungseinrichtung 92 so ausgebildet, dass dem Sensorsignal Pulsfolgen unterschiedlicher Frequenzen aufprägbar sind.
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Bei dem in 8 gezeigten schematischen Ausführungsbeispiel ist dem Sensorsignal eine Pulsfolge 126 einer ersten Frequenz aufprägbar oder es ist eine Pulsfolge 128 einer zweiten Frequenz aufprägbar. (Grundsätzlich ist es möglich, dass Pulsfolgen weiterer Frequenzen aufprägbar sind.) Die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterscheiden sich dabei. Beispielsweise ist die zweite Frequenz doppelt so hoch wie die erste Frequenz.
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Ob die Pulsfolge 126 oder die Pulsfolge 128 dem Sensorsignal aufgeprägt wird, hängt dabei insbesondere von einem oder mehreren Triggerereignissen ab. Diese Ansteuerung erfolgt dabei insbesondere wiederum durch die Ansteuerungseinrichtung 102 und/oder über die Ansteuerungseinheit 84.
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Es ist dadurch beispielsweise möglich, eine Pulsfolge höherer Frequenz vorzusehen, wenn eine höhere Diagnosesicherheit benötigt wird.
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Weiterhin ist es dadurch beispielsweise auch möglich, eine Vordiagnose beispielsweise vor einem Sensorausfall oder einem Sensorversagen zu erhalten.
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Ein Triggerereignis, welches den Wechsel in der Frequenz bezüglich der Pulsfolge bewirkt, ist insbesondere das Unterschreiten oder Überschreiten eines Schwellenwerts. Das Überschreiten oder Unterschreiten kann wiederum über die Überwachungseinrichtung 104 ermittelt werden.
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Ein Beispiel ist beispielsweise das Überschreiten eines vorgegebenen Temperaturwerts. Der entsprechende Temperatursensor der Überwachungseinrichtung 104 gibt seinen Temperaturwert an die Ansteuerungseinrichtung 102. Wenn die Ansteuerungseinrichtung 102 ein Überschreiten eines Temperaturschwellenwerts erkennt, dann wird die Pulserzeugungseinrichtung 92 entsprechend angesteuert, um beispielsweise eine Pulsfolge der höheren zweiten Frequenz zu bewirken. Dadurch wiederum kann ein Bediener eine Vorwarnung erhalten.
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Wenn eine Pulsfolge 128 einer erhöhten Frequenz verwendet wird, lässt sich auch eine erhöhte Diagnosegenauigkeit erreichen.
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Ein Triggerereignis, welches einen Wechsel in der Frequenz der Pulsfolge bewirkt, kann beispielsweise auch das Unterschreiten oder Überschreiten eines Abstandsbereichs bzw. eines Schaltbereichs sein. Dies ist in beispielhaft in 10 gezeigt. Dort wird ein abstandssensitives Sensorgerät in einem Abstand d von unendlich bis Null auf einen Messgegenstand zu bewegt. Der Schaltabstand Sn ist dabei derjenige, bei dem eine Umschaltung erfolgt.
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Beispielsweise ist das Sensorgerät dann so ausgebildet, dass bei großen Entfernungen, wenn das Schaltsignal ”low” ist, die Pulsfolge 128 hoher Frequenz vorliegt. Bei Erreichen des Schaltabstands Sn, wenn der Schaltausgang auf ”high” gesetzt wird, kann eine Umschaltung auf die Pulsfolge 126 niedriger Frequenz erfolgen. Wenn beispielsweise ein Schaltabstand in der Größenordnung 90% Sn detektiert wird, kann wieder eine Umschaltung auf die Pulsfolge höherer Frequenz erfolgen. Wenn ein Schaltabstand beispielsweise von 15 Sn detektiert wird, kann wiederum eine Umschaltung auf die Pulsfolge 126 kleinerer Frequenz erfolgen.
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Dadurch lässt sich ein Bediener an einem entsprechenden Diagnosegerät (siehe unten) direkt anzeigen, ob das Sensorgerät 58 beispielsweise in einem Betriebspunktbereich liegt oder nicht.
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Ein Sensorsystem ist mit einem oder mehreren Sensorgeräten 58 und einem Diagnosegerät 130 (9) gebildet. Beispielsweise umfasst das Diagnosegerät 130 dazu eine Mehrzahl von Anschlusseinrichtungen 132 für Sensorgeräte 58. Die Anschlusseinrichtung 132 umfasst wiederum einen Anschluss 134 für Sensorsignale. Einem solchen Anschluss 134 nachgeordnet ist eine Einrichtung 136 zur Signaltrennung. Diese Einrichtung 136 trennt das eigentliche Sensorsignal von den aufgeprägten Pulsen. Ein entsprechendes generiertes Sensorsignal ohne Pulse wird an eine Auswertungseinrichtung 138 weitergegeben. Diese führt eine Auswertung bzw. Vorauswertung bzw. Konditionierung von Sensorsignalen durch. Über eine entsprechende Schnittstelle 140 können diese dann beispielsweise an einen Bus gegeben werden oder direkt ausgelesen werden.
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Eine Überprüfungseinrichtung 142 der Auswertungseinrichtung 138 prüft die Pulse, welche zuvor separiert wurden. Pulse werden beispielsweise über Monoflops oder Interrupts erkannt. Es werden dadurch Diagnoseinformationen gewonnen. Die Überprüfungseinrichtung 142 prüft beispielsweise die Anwesenheit von Pulsen und/oder die Periodizität von Pulsfolgen und/oder die Dauer und/oder den Abstand und/oder die Amplitude von Pulsen. Daraus werden dann die entsprechenden Informationen gewonnen. Diese können dann ebenfalls über die Schnittstelle 140 an den Bus übertragen werden.
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Es ist dabei auch möglich, dass ein Sensorgerät zusätzlich zu einem Signalanschluss und zu Versorgungsstromanschlüssen einen Diagnoseausgang aufweist. Eine Pulserzeugungseinrichtung kann dabei einem Diagnoseausgang Pulse bereitstellen, welche Diagnoseinformationen enthalten. Es ist dabei auch möglich, dass an dem Diagnoseausgang Pulsfolgen unterschiedlicher Frequenz bereitgestellt werden, wobei die Auswahl der Frequenz durch ein oder mehrere Triggerereignisse gesteuert ist.