CN103597320A - 转速传感器和转速传感器的校准方法 - Google Patents

转速传感器和转速传感器的校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种具有衬底和科里奥利元件的转速传感器，其中，所述转速传感器具有驱动装置用于激励科里奥利元件进行科里奥利振动，其中，所述转速传感器具有用于根据基于作用到科里奥利元件上的科里奥利力而引起的所述科里奥利元件相对于衬底的偏转产生传感器信号的探测装置，其中，所述转速传感器还配置用于当根据所述传感器信号产生的旋转加速度信号未超过预先确定的阈值时，实施自校准。

Description

转速传感器和转速传感器的校准方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的转速传感器。
背景技术
众所周知这种转速传感器。例如由出版文献US7 359 816B2公开了一种根据所探测的转速产生输出信号的转速传感器。为了校准转速传感器，由转速传感器在运动状态中和在静止状态中产生输出信号，并向外部校准模块传输。接着，通过输出信号的不仅在运动状态中而且在静止状态中接收的所有值上在数学上求平均值来计算转速传感器的偏移参数。借助算出的偏移参数校准转速传感器。这种传感装置的缺点是，为了校准转速传感器需要一个外部校准模块，例如外部微控制器或者外部ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)，通过所述外部校准模块触发转速传感器实施校准方法。
发明内容
根据本发明的转速传感器和根据本发明的根据并列的权利要求的用于校准转速传感器的方法与现有技术相比具有如下优点：为了校准转速传感器，设有转速传感器的自校准，所述自校准不通过附加的外部校准模块触发。通过这种方式，一旦转速传感器探测到在相关时刻外部框架条件允许校准，就可实施例如转速传感器的自动和独立自主的再校准。为此，将所述旋转加速度信号与阈值进行比较。如果旋转加速度信号未超过该阈值，则假定所述转速传感器处于静止状态中，也即，例如不存在转速。因此，转速传感器通过有利的方式自主识别何时存在用于启动自校准的有利时刻。优选根据在所探测的静止状态中接收的传感器数据、尤其是传感器值，由转速传感器自主实施自校准，其方式是，从这些传感器数据例如通过在数学上求平均来求取传感器偏移，并将其保存在转速传感器的存储元件中。优选预先设定确定应何时启动自校准的阈值并且可以对其调整。由此，尤其可以根据所述阈值连续地调整所期望的自校准精度，以便可以视应用情况匹配转速传感器。所述转速传感器优选包括基于半导体衬底、优选基于硅的转速传感器，其特别优选以硅表面微机械工艺制造。
本发明的有利的构型和扩展方案可参照附图由从属权利要求以及说明书得出。
根据一种优选的实施方式规定，所述转速传感器具有用于将旋转加速度信号与阈值进行比较的比较器。因此，通过有利的方式，借助于比较器决定是否应实施自校准方法。比较器是一种相对较简单的逻辑构件，其优选可直接放置在转速传感器的衬底上，以便实现结构空间尽可能紧凑的***集成。
根据一种优选的实施方式规定，转速传感器具有求差值器，所述求差值器配置用于从传感器信号的至少两个直接彼此相继或间接彼此相继的传感器值的差产生旋转加速度信号，和／或转速传感器具有微分器，所述微分器配置用于从传感器信号的数学导数产生旋转加速度信号。通过有利的方式，通过在两个传感器值之间求差来产生相对值，所述相对值在很大程度上与传感器偏移无关，并且在转速传感器还未经校准的情况下还可以作为用于转速传感器的瞬间动态性的尺度使用。如果两个传感器值之间的差降低到阈值以下，则可以从以下出发：所述动态性相对较小或者所述转速传感器处于静止状态。所述两个传感器值优选涉及两个直接彼此相继的传感器值，或者两个间接彼此相继的传感器值——也即，其他传感器值处于两个间接彼此相继的传感器值之间。
根据一种优选的实施方式规定，转速传感器具有中间储存器，所述中间储存器配置用于在实施自校准的情况下存储传感器信号的多个传感器值，其中，所述中间储存器尤其可配置用于在实施自校准的情况下存储传感器信号的所述多个传感器值的总和。这种易失性中间储存器相对较简单并且结构空间相对较紧凑，例如可以通过简单的电容器直接在转速传感器自身中实现。有利地，不需要用于将传感器值存储在外部存储元件中的耗费的数据接口。根据一种优选的实施方式，简单地合计在中间储存器中的传感器值，也即，在中间储存器中只存储传感器值的总和，从而有利地，仅仅必须存储一个唯一的值。
根据一种优选的实施方式规定，所述转速传感器具有求平均值器，所述求平均值器配置用于从存储在中间储存器中的传感器值的数学平均值产生传感器偏移值，其中，所述转速传感器具有偏移存储器，所述偏移存储器优选配置用于存储不仅根据新的传感器偏移值而且根据较早的传感器偏移值计算的传感器偏移。通过先前的阈值比较保证所接收的传感器值仅仅是这种在转速传感器的静止状态中由所述转速传感器输出的值。因此，在所有传感器值上的平均值是用于转速传感器的例如由制造决定的或由安装决定的偏移的尺度。基于从传感器值求得的新的传感器偏移值进行待重新保存在偏移存储器中的传感器偏移的计算，其中，此外尤其还考虑较早的传感器偏移值，其例如时间上在实施当前的自校准之前已经保存在偏移存储器中。
根据一种优选的实施方式规定，所述转速传感器具有中断接口，其中，所述转速传感器配置用于在实施自校准期间或时间上在实施自校准之后在所述中断接口上产生中断信号。因此，通过有利的方式，向连接在所述转速传感器后面的外部分析处理电子电路发信令：转速传感器刚刚实施自校准或已经实施自校准。
本发明的另一个主题是一种用于校准根据先前的权利要求中任一项所述的转速传感器的方法，其特征在于，激励科里奥利元件进行科里奥利振动，并且根据基于作用到科里奥利元件上的科里奥利力而引起的科里奥利元件相对于衬底的偏转产生传感器信号，其中，根据所述传感器信号产生旋转加速度信号，其中，当探测到旋转加速度信号未超过预先确定的阈值时，实施转速传感器的自校准。通过有利的方式，通过比较旋转加速度信号与所述阈值来探测所述转速传感器是否处于所定义的静止状态中。如果存在静止状态，则启动转速传感器的自校准。因此，所述转速传感器自身用作用于探测静止状态的传感器，从而不需要来自所述转速传感器以外的触发信号来启动自校准。为了实施比较和自校准，仅仅需要相对较简单构造的逻辑构件，诸如比较器、易失性存储器等，所述逻辑构件优选直接布置在转速传感器的衬底上。因此，与技术现状不同，完全不需要外部校准模块来校准转速传感器。通过阈值的相应设定，可连续设定对静止状态的要求，也即，从哪些转速起，所述转速传感器的状态不再视为静止状态。
根据一种优选的实施方式规定，如果对于一个预先确定的时间段旋转加速度信号未超过所述阈值，则启动自校准。因此，通过有利的方式确定所述转速传感器必须处于静止状态中多长时间直至执行自校准。为了确定所述时间段，优选设置一个可从外部设定的时间参数。
根据一种优选的实施方式规定，从传感器信号的至少两个彼此相继的传感器值的差和／或从传感器信号的数学导数产生所述旋转加速度信号。通过这种方式可有利地确定是否存在静止状态，即使所述转速传感器还未经校准或者仅仅经不精确地校准。
根据一种优选的实施方式规定，为了进行转速传感器的自校准，接收传感器信号的多个传感器值，其中，优选仅仅保存传感器值的总和，并且根据传感器值的数学平均值计算新的传感器偏移值，其中，优选不仅根据新的传感器偏移值而且根据旧的传感器偏移值计算传感器偏移。因此，通过简单的方式能够实现传感器偏移的求取。
根据一种优选的实施方式规定，如果在自校准期间探测到旋转加速度信号超过预先确定的阈值，则中断自校准。通过这种方式保证所述转速传感器在自校准期间保留在静止状态中，而且在自校准期间没有由于转速传感器突然加速而产生失真的校准结果。
在附图中示出和在随后的描述中详细解释本发明的实施例。
附图说明
附图中：
图1：根据本发明的示例性的第一实施方式的转速传感器的示意图；
图2：根据本发明的示例性的第二实施方式的用于校准转速传感器的方法的示意性框图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部分总是标有相同的参考标记并且因此通常分别也仅命名或提到一次。
图1示出根据本发明的示例性的第一实施方式的转速传感器1的示意图，其中，所述转速传感器1具有第一科里奥利元件3和第二科里奥利元件3′，其彼此并排地与衬底2的主延伸平面100平行地布置。第一驱动装置4激励第一科里奥利元件3进行第一科里奥利振动20，并且第二驱动装置4′激励第二科里奥利元件3′进行第二科里奥利振动20′，其中，所述第一科里奥利振动20和第二科里奥利振动20′沿着一个平行于主延伸平面100的第一轴线X彼此反平行地定向。在存在围绕与主延伸平面100垂直的旋转轴线的转速22的情况下，大致与旋转轴线垂直地和与相应的第一科里奥利振动20和第二科里奥利振动20′垂直地延伸的科里奥利力作用于第一科里奥利元件3和第二科里奥利元件3′。第一科里奥利元件3通过所述科里奥利力获得相对于衬底2的第一偏转21，而第二科里奥利元件3′获得与第一偏转21反平行的第二偏转21′。第一测量信号23由第一探测装置5根据第一偏转21产生，而第二测量信号23′由第二探测装置5′根据第二偏转21′产生。差分地分析处理第一测量信号23和第二测量信号23′以产生与转速22成正比的传感器信号6，也即，从第一测量信号和第二测量信号之间的差计算所述传感器信号。替代地，当然同样可以考虑，所述转速传感器1具有仅仅一个唯一的科里奥利元件，并且不提供差分分析处理。此外可以考虑，例如当第一探测装置5或者第二探测装置5′布置在衬底2和第一科里奥利元件3或者第二科里奥利元件3′之间时，探测与主延伸平面平行的转速。
此外，转速传感器1具有求差器10，所述求差器接收传感器信号6的至少两个彼此相继的传感器值并且产生等于至少两个彼此相继的传感器值的数学差的旋转加速度信号7。旋转加速度信号7是用于存在于转速传感器1处的动态性的尺度。如果转速传感器1几乎处于静止状态中，也即，不施加转速22，则所述旋转加速度信号7小，而在存在转速传感器1的旋转加速度的情况下旋转加速度信号较大。替代地，可以考虑，转速传感器1具有微分器10′代替求差器10，所述微分器从传感器信号6的曲线的数学导数计算旋转加速度信号7。此外，转速传感器1具有比较器9，所述比较器将旋转加速度信号7与预先设定的阈值8进行比较。如果对于一个确定的和／或可设定的时间段后旋转加速度信号7未超过阈值8，则自动启动转速传感器1的自校准。所述阈值比较用于识别转速传感器1是处于静止状态中还是处于运动状态中，以便自校准仅仅在静止状态中才被实施并且没有由于转速传感器1的运动而受干扰或者失真。如果在自校准过程期间阈值突然被超过，则中断自校准。当再次探测不到运动时，才重新启动自校准。因此，转速传感器1自主地，也即在没有外部触发器的情况下，连续进行重调。因此，不需要传感器偏移的外部监视。转速传感器1的传感器偏移因此缩小。为了进行自校准，例如，在转速传感器1的中间储存器11中存储传感器信号6的多个传感器值，并且借助于求平均值器12从所存储的传感器值计算数学平均值。尤其在中间储存器11中仅仅存储传感器值的数学总和，由此通过总和除以合计的传感器值个数求平均值。所述平均值大致等于转速传感器1的传感器偏移，并且作为传感器偏移14保存在转速传感器1的偏移存储器13中。然而，优选由根据平均值重新计算的传感器偏移值以及由较早的，例如时间上在当前的自校准实施之前已经保存在偏移存储器13中的传感器偏移值计算所述传感器偏移14。所述较早的传感器偏移值例如在出厂时已经预先设定或者在先前的自校准方法的范畴内求得。为了通知用户自校准已经被实施，时间上在自校准之后以中断信号提供给中断接口。替代地可以考虑，输出相应的中断信号，以便通知用户刚刚发生自校准。转速传感器1的包括第一科里奥利元件3和第二科里奥利元件3′、第一驱动装置4和第二驱动装置4′以及第一探测装置5和第二探测装置5′的测量机械装置以及用于实施所述自校准的包括比较器9、求差器10或微分器10′、中间储存器11和求平均值器的组件，优选或者单片集成在同一衬底2中，或者在混合方案的范畴内实现——也即，所述测量机械装置布置在第一衬底上，而用于实施所述自校准的组件布置在第二衬底上，其中，所述第一衬底和第二衬底通过一般的键合技术彼此直接连接。
图2说明根据本发明的示例性的第二实施方式的、用于校准转速传感器1的方法的示意性框图，其中，所述转速传感器1尤其与图1所示的转速传感器1相同。在第一查询30中检验转速传感器1的自校准模式是否完全激活。如果自校准模式是激活的，则在第一方法步骤31中将旋转加速度信号7与阈值8进行比较。如果旋转加速度信号7大于所述阈值8，则重复32第一方法步骤31。如果旋转加速度信号7尤其对于确定的持续时间小于阈值8，则在第二方法步骤33中启动转速传感器1的自动自校准。在此，在第三方法步骤34中接收传感器信号6的传感器值，并且优选保存这些传感器值的总和。在此期间，在第四方法步骤35中不断检查旋转加速度信号7是否保持未超过阈值8。如果旋转加速度信号7超过阈值8，则中断自校准，并且转速传感器1跳回36第一方法步骤31。如果旋转加速度信号7保持未超过阈值8，则在第五方法步骤36检验，是否收集了传感器偏移值计算所需的传感器值个数，其中，传感器偏移值计算所需的传感器值个数优选可以自由配置。如果该条件没有满足，则重复37第三方法步骤34并收集其他传感器值。如果达到了所需的传感器值个数，则在第六方法步骤38中从这些所接收的传感器值通过从这些传感器值求数学平均值来求取新的传感器偏移值。接着，从新的传感器偏移值以及从较早存储的传感器偏移值计算新的传感器偏移14。接着，转速传感器1跳回第一方法步骤31。

Claims (11)

1.一种转速传感器(1)，所述转速传感器具有衬底(2)和科里奥利元件(3，3′)，其中，所述转速传感器(1)具有用于激励所述科里奥利元件(3，3′)进行科里奥利振动的驱动装置(4，4′)，其中，所述转速传感器(1)具有用于根据基于作用到所述科里奥利元件(3)上的科里奥利力而引起的所述科里奥利元件(3，3′)相对于所述衬底(2)的偏转产生传感器信号(6)的探测装置(5，5′)，其特征在于，所述转速传感器(1)配置用于当根据所述传感器信号(6)产生的旋转加速度信号(7)未超过阈值(8)时实施自校准。
2.根据权利要求1所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述转速传感器(1)具有用于将所述旋转加速度信号(7)与所述阈值(8)进行比较的比较器(9)。
3.根据权利要求1或2所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述转速传感器(1)具有求差值器(10)，所述求差值器配置用于从所述传感器信号(6)的至少两个传感器值的差产生所述旋转加速度信号(7)，和／或所述转速传感器(1)具有微分器(10′)，所述微分器配置用于从所述传感器信号(6)的数学导数产生所述旋转加速度信号(7)。
4.根据以上权利要求中一项所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述转速传感器(1)具有中间储存器(11)，所述中间储存器配置用于在实施所述自校准的情况下存储所述传感器信号(6)的多个传感器值，其中，所述中间储存器(11)尤其配置用于在实施所述自校准的情况下存储所述传感器信号(6)的多个传感器值的总和。
5.根据权利要求4所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述转速传感器(1)具有求平均值器(12)，所述求平均值器配置用于从存储在所述中间储存器(11)中的传感器值的数学平均值产生新的传感器偏移值，其中，所述转速传感器(1)具有偏移存储器(13)，所述偏移存储器优选配置用于存储不仅根据新的传感器偏移值而且根据较早的传感器偏移值计算的传感器偏移(14)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述转速传感器(1)具有中断接口，所述中断接口配置用于在实施所述自校准期间和／或时间上在实施所述自校准之后在所述中断接口上产生中断信号。
7.一种用于校准根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器(1)的方法，其特征在于，激励所述科里奥利元件(3，3′)进行所述科里奥利振动，并且根据基于作用到所述科里奥利元件(3，3′)上的科里奥利力而引起的所述科里奥利元件(3，3′)相对于所述衬底(2)的偏转产生所述传感器信号(6)，其中，根据所述传感器信号(6)产生旋转加速度信号(7)，其中，当探测到所述旋转加速度信号(7)未超过预先确定的阈值(8)时，实施所述转速传感器(1)的自校准。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果对于一个预先确定的时间段所述旋转加速度信号(7)未超过所述阈值(8)，则启动所述自校准。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，从所述传感器信号(6)的至少两个传感器值的差和／或从所述传感器信号(6)的数学导数产生所述旋转加速度信号(7)。
10.根据权利要求7至9中任一项的方法，其特征在于，为了进行所述转速传感器(1)的自校准，接收所述传感器信号(6)的多个传感器值，其中，优选仅仅保存所述传感器值的总和，并且根据这些传感器值的数学平均值计算新的传感器偏移值，其中，优选不仅根据新的传感器偏移值而且根据旧的传感器偏移值计算传感器偏移(14)。
11.根据权利要求7至10中任一项的方法，其特征在于，如果在所述自校准期间探测到所述旋转加速度信号(7)超过所述预先确定的阈值(8)，则中断所述自校准。
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