CN101013152A - 用于确定传感器装置的故障传感器元件的电路和方法 - Google Patents

Abstract

用于确定传感器装置的故障传感器元件的方法，所述传感器装置用于测量磁场的方向，具有至少一个第一传感器元件(S1)、一个第二传感器元件(S2)、一个第三传感器元件(S3)和一个第四传感器元件(S4)，其中，第一传感器元件(S1)和第二传感器元件(S2)作为第一组(G1)串联，第三传感器元件(S3)和第四传感器元件(S4)作为第二组(G2)串联，其中，一个组(G1，G2)的这些传感器元件分别大体在一条线(2，3)上设置，而这些组彼此以直角设置，并且这些传感器元件上的电压被测量，当一组(G1，G2)内的电压(U1，U2，U3，U4)的偏差大于一个最大偏差(ΔU_max)时，认为传感器元件之一出现故障。

Description

用于确定传感器装置的故障传感器元件的电路和方法

技术领域

本发明涉及用于确定传感器装置的故障传感器元件的电路和方法，所述传感器装置用于测量磁场的方向，具有至少一个第一传感器元件、一个第二传感器元件、一个第三传感器元件和一个第四传感器元件，其中，第一传感器元件和第二传感器元件作为第一组串联，第三传感器元件和第四传感器元件作为第二组串联，其中，一个组的传感器元件分别大体在一条线上设置，而这些组彼此以直角设置，这些传感器元件上的电压被测量。

背景技术

用于测量磁场方向的传感器装置例如在US 4,668,914以及US2002/0021124中公开。传感器是竖直或者水平的霍尔元件。

EP 1 182 461公开了一种用于测量磁场方向的具有四个传感器元件的传感器装置，该四个传感器元件成对地作为组串联，其中，每一组的传感器元件大体在一条线上设置，而这些组彼此以直角设置。

在这种传感器装置中，通常使用两个ASIC，它们各包含一个霍尔元件、一个评估单元或者信号处理单元、一个输出级以及一些辅助装置例如稳压器或者监视器。两个输出信号被分开地从该两个ASIC的这两个输出级通过两条线供给控制器。同样还公开了一种减少冗余的方案，其中使用一个ASIC，它包括一个霍尔元件、一个评估单元或者信号处理单元、两个输出级以及一些辅助装置例如稳压器或者监视器。两个输出信号被分开地从该一个ASIC的两个输出级通过两条线供给一个后接的控制器。

现有技术的问题在于，在传感器装置中不能当时识别单个传感器元件中的故障。故障识别或者评估仅能在控制器中进行。

发明内容

因此本发明的任务在于提供一种方法和电路，其能够在很小的电路和信号传输成本的情况下进行故障识别。

该任务通过一种用于确定传感器装置的故障传感器元件的方法解决，所述传感器装置用于确定磁场的方向，具有至少一个第一传感器元件、一个第二传感器元件、一个第三传感器元件和一个第四传感器元件，其中，第一传感器元件和第二传感器元件作为第一组串联，第三传感器元件和第四传感器元件作为第二组串联，其中，一个组的传感器元件分别大体在一条线上设置，而这些组彼此以直角设置，这些传感器元件上的电压被测量，其中，当一组内的电压的偏差大于一个最大偏差时，就表示这些传感器元件之一出现故障。传感器元件优选是霍尔元件。传感器元件的数目也可以更多，特别是可以由多个传感器元件代替每一单个的传感器元件。亦即有意把传感器元件分开。

参考线原理上可以任意确定，但是为简化计算，这样的线是有利的，位于该线上的是这样的传感器元件组，其电压值在计算反正切时位于分母中。

在该方法的一个扩展方案中，测量第一组上的电压和第二组上的电压，并根据两个电压的反正切确定磁场相对一条参考线的第一相对角。该参考线原理上可以任意确定，但是为简化计算，这样的线是有利的，位于该线上的是这样的传感器元件组，其电压值在计算反正切时位于分母中。

在该方法的一个扩展方案中，测量第一传感器元件上的电压和第三传感器元件上的电压，并根据两个电压的反正切确定相对所述参考线的第二相对角，其与第一相对角比较，在此，当这些相对角的偏差大于一个最大值时，则认为这些传感器元件之一出现故障。

在该方法的一个扩展方案中，测量第二传感器元件上的电压和第四传感器元件上的电压，并且根据两个电压的反正切确定相对所述参考线的第三相对角，其与第一和第二相对角比较，在此，当这些相对角的偏差大于一个最大值时，则认为一个传感器元件出现故障。

在该方法的一个扩展方案中，在传感器元件有故障时，第二相对角和/或第一相对角被传输到一个输出级。

本文开关提到的问题也通过一个用于确定传感器装置的故障传感器元件的电路解决，所述传感器装置用于测量磁场的方向，具有至少一个第一传感器元件、一个第二传感器元件、一个第三传感器元件和一个第四传感器元件，其中，第一传感器元件和第二传感器元件作为第一组串联，第三传感器元件和第四传感器元件作为第二组串联，其中，一个组的传感器元件各自大体在一条线上设置，而这些组彼此以直角设置，该电路包括用于测量传感器元件上的电压的单元，其特征在于，当一组内的电压的偏差大于一个最大偏差时，则可认为这些传感器元件之一出现故障。

在该电路的一个扩展方案中，所述电路包括用于测量第一组传感器元件上的电压和第二组传感器元件上的电压的单元以及用于根据两个电压的反正切确定第一相对角的单元。

在该电路的一个扩展方案中，所述电路包括用于测量第一传感器元件上的电压和第三传感器元件上的电压的单元以及用于根据两个电压的反正切确定第二相对角的单元。

在该电路的一个扩展方案中，所述电路包括用于测量第二传感器元件上的电压和第四传感器元件上的电压的单元以及用于根据两个电压的反正切确定第三相对角的单元。

在该电路的一个扩展方案中，所述电路包括用于比较所述相对角的单元。

附图说明

下面根据附图详细说明本发明的实施例。附图中，

图1表示具有传感器装置的电路简图的第一实施例；

图2表示具有传感器装置的电路简图的第二实施例。

图1表示具有传感器装置的一个电路简图，该传感器装置包括四个传感器，用于检测磁场的方向。在此，四个传感器S1、S2、S3和S4如此设置，它们以成对方式作为两组在一条线上设置，而这些组彼此以约90°的角设置。传感器S1和S2以相同的定向在线1上设置，传感器S3和S4相应地在线2上设置。线1和2彼此成约90°的角。不言而喻，应该理解在一条线上以及成90°的角的设置中具有通常的加工公差。

传感器元件例如可以是所谓的霍尔元件，在此可以是所谓的水平霍尔元件，其对于磁场的垂直于芯片表面出现的分量敏感。但是这里同样也可以想到可根据磁场的强度和方向输出信号的其他传感器。

传感器元件S1到S4的各个输出与放大器电路4的输入连接。传感器元件S1到S4的每一输入与一个与地连接的节点3连接。传感器元件S1或者S2的两个其他的输出各施加在一个加法器的输入上。在图1中该加法器类似在两个输入上存在的电压表示，这里亦即用E12表示该加法器，其测量传感器元件S1和S2上的电压U12。在加法器E12的输出上存在电压U12。相应地，传感器元件S3和S4的两个输出以输出电压U34施加在加法器E34上。另外，传感器元件S1到S4的各单个输出施加在加法器E1到E4的一个输入上，在此，其它的输入各与地连接，使得在这些加法器的输出上各存在电压U1、U2、U及U4。

在加法器E1、E2、E3、E4、E12和E34上存在的电压U1、U2、U3、U4、U12以及U34分别表示在这些传感器元件上存在的电压。在此，电压U1到U4各表示传感器元件S1到S4对地的电压。电压U12和U34分别表示在由传感器元件S1和S2组成的组G1或者由传感器元件S3和S4组成的组G2上存在的电压。

这些施加在放大器电路4上的电压借助一个多路复用器和比较器5被多路复用，并彼此比较。电压U1和U2以及U3和U4分别以成对方式在不考虑一般的公差影响的情况下被检验相等性。根据设置，这些电压相加或者抵消。因为每一传感器元件中的输出信号以正弦形依赖于感应角，所以通过磁场的旋转产生一个正弦信号U1(α’)＝U 2(α”)＝1/2*U12(α)＝k*sin(α)和一个余弦信U3(α’)＝U4(α”)＝1/2*U34(α)＝k*cos(α)。通过该单义的关系能够发现故障的传感器元件。多路复用器5与一个评估单元6连接。后者如下所述地计算不同电压组合的反正切。评估单元6又与一个去多路复用器/比较器7连接，后者与两个输出级8a和8b连接，这些输出级把它们各自的输出信号传输到一个未示出的控制器上。输出级8a和8b的输出被回引到去多路复用器/比较器7上，并且在那里检验其或然性。

根据各彼此垂直的传感器元件上的电压的反正切可以以简单的方式得到感应角α，因此可得到多数情况下转动的磁场相对于任意选择的参考线的角，其在图1中通过角α表示。于是可以确定一个角α’＝arctan(U1/U3)以及另一个角α”＝arctan(U2/U4)。对于相等性的检验可以涉及在输入放大器E1到E4以及E12和E34之后的信号，因此涉及电压U1到U4以及U12和U34，并例如可以通过带有比较器5的多路复用器执行。但是该检验同样既可以作为角α涉及两组的反正切的评估结果也可以作为α’或者α”涉及单个元件的评估结果。

图2表示本发明的一个另外可选的实施例。在该实施例中省略节点3，此外，与图1中的实施例不同的是，不再对地测量单个传感器元件S1、S2、S3、S4，代之为，直接测量这些传感器元件之一上的电压，这里是U2和U4，另外分别测量这些串联的传感器元件之间对地的电压，这里是U12-0和U34-0。输入的标记按照意义如图1进行，例如E12-0属于U12-0，因此在图2中省略。

在故障时，可以把角α的输出信号转换到两个信号α’或α”上。由此上接的控制器能够识别，是否尚可以备份运行，或者是否一定是由一个完全故障的传感器引起。同样在发现故障的传感器元件的情况下通过仅把完好的传感器元件S1到S4的信号、从而把信号α’或α”传输到控制器上而继续紧急运行。

此外可以把四个传感器元件分开并且在相同的位置设置8、12或者16个传感器元件。由此能够提高具有高分辨率和低成本的测量元件的冗余。

Claims (10)

1.用于确定传感器装置的故障传感器元件的方法，所述传感器装置用于测量磁场的方向，具有至少一个第一传感器元件(S1)、一个第二传感器元件(S2)、一个第三传感器元件(S3)和一个第四传感器元件(S4)，其中，第一传感器元件(S1)和第二传感器元件(S2)作为第一组(G1)串联，第三传感器元件(S3)和第四传感器元件(S4)作为第二组(G2)串联，其中，一个组(G1，G2)的这些传感器元件分别大体在一条线(2，3)上设置，而这些组(G1，G2)彼此以直角设置，并且这些传感器元件(S1，S2，S3、S4)上的电压(U1，U2，U3，U4)被测量，其特征在于，当一组(G1，G2)内的电压(U1，U2，U3，U4)的偏差大于一个最大偏差(ΔU_max)时，认为传感器元件(S1，S2，S3、S4)之一出现故障。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，测量第一组上的一个电压(U12)和第二组上的一个电压(U34)，根据这两个电压的反正切确定磁场相对参考线(2)的一个第一相对角(α)(α＝arctan(U12/U34))。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，测量第一传感器元件(S1)上的一个电压(U1)和第三传感器元件(S3)上的一个电压(U3)，根据这两个电压的反正切确定相对参考线(2)的一个第二相对角(α’)(α’＝arctan(U1/U3))，其与第一相对角(α)比较，在此，当这些相对角(α’，α)的偏差大于一个最大值时，认为一个传感器元件出现故障。

4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，测量第二传感器元件(S2)上的一个电压(U2)和第四传感器元件(S4)上的一个电压(U4)，根据这两个电压的反正切确定相对参考线(2)的一个第三相对角(α”)(α”＝arctan(U2/U4))，其与第一和第二相对角(α，α’)比较，在此，当这些相对角(α”，α’，α)的偏差大于一个最大值(Δα_max)时，认为一个传感器元件出现故障。

5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，在有一个故障的传感器元件的情况下，第二相对角(α’)和/或第一相对角(α)被传输给一个输出级。

6.用于确定传感器装置的故障传感器元件的电路，所述传感器装置用于测量磁场的方向，具有至少一个第一传感器元件(S1)、一个第二传感器元件(S2)、一个第三传感器元件(S3)和一个第四传感器元件(S4)，其中，第一传感器元件(S1)和第二传感器元件(S2)作为第一组(G1)串联，第三传感器元件(S3)和第四传感器元件(S4)作为第二组(G2)串联，其中，一个组的这些传感器元件分别大体在一条线上设置，而这些组彼此以直角设置，该电路包括用于测量传感器元件(S1，S2，S3、S4)上的电压(U1，U2，U3，U4)的单元，其特征在于，当一组(G1，G2)内的电压(U1，U2，U3，U4)的偏差大于一个最大偏差(ΔU_max)时，可以认为传感器元件(S1，S2，S3、S4)之一出现故障。

7.根据权利要求6的电路，其特征在于，它包括用于测量第一组传感器元件上的电压(U12)和第二组传感器元件上的电压(U34)的单元以及用于根据这两个电压的反正切确定磁场相对一条参考线(2)的一个第一相对角(α)(α＝arctan(U12/U34))的单元。

8.根据权利要求6或7之一的电路，其特征在于，它包括用于测量第一传感器元件(S1)上的电压(U1)和第三传感器元件(S3)上的电压(U3)的单元以及用于根据这两个电压的反正切确定磁场相对参考线(2)的一个第二相对角(α’)(α’＝arctan(U1/U3))的单元。

9.根据权利要求6到8之一的电路，其特征在于，它包括用于测量第二传感器元件(S2)上的电压(U2)和第四传感器元件(S4)上的电压(U4)的单元以及用于根据这两个电压的反正切确定磁场相对参考线(2)的一个第三相对角(α”)(α”＝arctan(U2/U4))的单元。

10.根据权利要求6到9之一的电路，其特征在于，它包括用于比较这些相对角(α”，α’，α)的单元。

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