CN101263365A - 用于监测传感器系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测具有振动陀螺仪的传感器系统的方法和系统，振动陀螺仪构成共振器且是至少一个控制电路的一部分，控制电路通过输入激励信号以其固有频率激励振动陀螺仪，其中从振动陀螺仪获得输出信号，通过过滤和放大由输出信号导出激励信号，其中由固有频率的当前数值与事先在校准时测量并在存储器中存储的固有频率数值之间的差值及由固有频率的温度系数来计算关于测量的温度变化的第一数值，存储的固有频率数值在基准温度下测得，由当前温度下的温度传感器的输出值与存储器中存储的基准温度下的温度传感器的输出值之间的差值及由温度传感器的温度系数计算关于测量的温度变化的第二数值，比较两个计算得到的数值，当差值超出预定范围时产生故障信号。

Description

用于监测传感器系统的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行振动陀螺仪的方法和一种具有振动陀螺仪的传感器系统，该振动陀螺仪构成共振器并且是至少一个控制电路的一部分，该控制电路通过输入激励信号以其固有频率来激励振动陀螺仪，其中从振动陀螺仪获得输出信号，通过过滤和放大而由输出信号导出激励信号。
背景技术
例如在EP 0 461 761 B1中公开了一种旋转速率传感器，在该旋转速率传感器中，振动陀螺仪在两个相对于主轴线而径向指向的轴线中被激励，为此在振动陀螺仪上设置有带有相应转换器的初级和次级控制电路。如果这种在机动车中的旋转速率传感器用于稳定机动车的移动，旋转速率传感器的无故障的功能对于机动车安全运行来说是重要的前提条件。因此，例如通过WO 2005/01378 A1已公开了不同的用于监测的装置和方法以及旋转速率传感器，其中为了监测使用了冗余的模拟元件和其他数字元件。
发明内容
本发明的目的在于，进一步改善监测，并且尽可能早地识别故障或者失效。
在根据本发明的方法中由此实现该目的，
由所述固有频率的当前数值与事先在校准时测量并在存储器中存储的所述固有频率的数值之间的差值以及由所述固有频率的温度系数来计算相关于测量的温度变化的第一数值，所述存储的固有频率数值在基准温度下测得，
由在所述当前温度下的温度传感器的输出值与在所述存储器中存储的基准温度下的所述温度传感器的输出值之间的差值以及由所述温度传感器的所述温度系数来计算相关于测量的温度变化的第二数值，
比较所述两个计算得到的数值，以及
当差值超出预定范围时产生故障信号。
有关的传感器系统中大多均存在温度传感器和微型控制器，从而实施根据本发明的方法不需要额外的硬件费用，而只需要将据本发明的方法作为程序来执行。
只要在传感器系统中振动陀螺仪不存在与传感器系统的电路进行直接导热性接触，那么在工作时电路通常具有比振动陀螺仪更高的温度。为了在这种情况下可以进行校正性的(korrekt)比较，在根据本发明的方法的改进方案中设置了将校正温度包括在计算之内，校正温度考虑到相对于所述温度传感器的校准已改变的热条件。
改进方案优选地如此设置，即由包括温度传感器的集成电路的所测量的功率损耗、由在校准时所测量的并在存储器中存储的功率损耗以及由集成电路相对于环境的热阻来计算校正温度。
本发明还包括用于监测传感器系统的系统，该系统具有这样的装置：
用于由固有频率的当前数值与事先在校准时测量的并在存储器中存储的固有频率数值之间的差值以及由固有频率的温度系数来计算温度变化的第一数值，
用于由在当前温度下的温度传感器的输出值与在测量温度下的温度传感器的输出值的差值以及由温度传感器的温度系数来计算温度变化的第二数值，
用于比较两个计算得出的数值，以及
用于当误差超出预定范围时产生故障信号。
通过从属权利要求中提及的措施使得本发明的系统的有利的改进方案以及改良成为可能。
附图说明
本发明允许大量实施例。在附图中示意性地示出了其中一个实施例并随后描述该实施例。附图示出了具有振动陀螺仪的传感器系统的方框图，具有可用于实施根据本发明的方法的元件。
具体实施方式
传感器系统以及其组成部分虽然被表示为方框图。但是这并不意味着，根据本发明的传感器系统被限制于借助单个相应于方框的电路来实现。而是根据本发明以特别优选的方式借助于高度集成电路来实现传感器系统。此处可以使用微型信息处理器，在合适的编程时执行在方框图示出的处理步骤。
传感器系统具有振动陀螺仪1，该振动陀螺仪具有用于初级激励信号PD和次级激励信号SD的两个输入端2、3。通过合适的转换器(Wandler)(例如电磁转换器)实现激励。振动陀螺仪还具有用于初级输出信号PO和次级输出信号SO的两个输出端4、5。这些信号反映出在陀螺仪上的空间偏移的多个位置处的各个振动。这种陀螺仪例如在EP 0 307 321 A1中公开并且以科氏力(Corioliskraft)的作用为基础。
振动陀螺仪1构成高品质的滤波器，其中，在输入端2与输出端4之间的区段是初级控制电路6的一部分，以及在输入端3与输出端5之间的区段是次级控制电路的一部分，因为理解本发明不需要对次级控制电路进行解释，所以未示出该次级控制电路。初级控制电路6用于以振动陀螺仪的例如14kHz的谐振频率激励振荡。由此，在振动陀螺仪的一个轴线上实现激励，并且用于次级控制电路中的振动方向相对于该轴线偏移了90°。在次级控制电路(未示出)中信号SO分成两个分量，其中一个分量在合适的处理之后可以作为与旋旋转速率率成比例的信号被拾取。
在两个控制电路中以数字化的方式实现了大部分信号处理。信号处理所需要的时钟信号在石英控制的数字频率合成器10中产生，该频率合成器的时钟频率在所示出的实例中是14.5MHz。对于应用根据本发明的方法，基本上可以考虑初级控制电路，因此在图1中示出了初级控制电路的实施例。
该控制电路具有用于输出信号PO的放大器11，抑制混淆信号(Anti-Alias)滤波器12和模拟/数字转换器13连接在放大器处。借助于倍增器14、15(载波Ti1和Tq1被输送给该倍增器)来实现分成为同相分量和正交分量。两个分量随后经过各一个(sinx/x)滤波器16、17和一个低通滤波器18、19。已滤过的实部被输送至PID调节器20，该PID调节器控制数字频率合成器，由此闭合相位控制电路，该相位控制电路产生载波Ti1和Tq1的正确相位。还产生了载波Tq2，在电路22中利用另一PID调节器21的输出信号调制该载波，其包括已低通滤过的虚部。将电路22的输出信号输送至振动陀螺仪1的输入端2作为激励信号PD。特别是，根据各种前提条件也可以设置其它调节器，如PI调节器，来代替PID调节器。
为了实施根据本发明的方法设置了微型控制器27，该微型控制器控制根据本发明的方法的各个步骤并且对设计为EEPROM的非易失性存储器28进行访问。此外，对于根据本发明的方法使用了在多种传感器电路中均存在的温度传感器，该温度传感器由实际的传感器29和模拟/数字转换器30构成。总线系统31将上述部件彼此连接，并且将上述部件与数字频率合成器10以及与电路22连接。
在制备传感器系统时在校准(Abgleich)过程的范围内，将随后所测量的振动陀螺仪固有频率的数值F0RT以及进行测量时的温度以温度传感器29的输出电压VRT的形式写入存储器28中。
为了进行监测，在运行期间随时从存储器28读取这些变量，并且为了进行比较，在考虑到当前利用传感器29测量的温度(输出电压VTA)的情况下，将这些变量与各个当前固有频率进行比较。例如，所述比较以下述公式为基础：
Tadelta1＝(F0TA-F0RT)/TCF0
Tadelta2＝(VTA-VRT)/TCv
在此Tadelta2是借助于温度传感器确定的温度改变，Tadelta1是由频率改变确定的温度改变，TCv是在存储器中存储的温度传感器29的温度系数，F0TA是当前频率，F0RT是在存储器中存储的频率，以及TCF0同样是在存储器中存储的振动陀螺仪固有频率的温度系数。
固有频率的当前数值可以由数字频率合成器10的分配器(Teiler)的各个设置和其时钟频率来获得。然而，也可以借助于频率测量装置来计算当前数值，该频率测量装置由另一放大器24、施密特(Schmitt)触发器25和计数器26组成。
在理想情况下，Tadelta1和Tadelta2是相等的；如果差值为超过预定范围的数值，可以推断出多种可能的故障中的一种故障的存在，并且例如以警示灯闪烁的形式表示故障，或者可以被存储在存储器中，以便可以用于后来的诊断目的。
为了考虑到至少包括初级控制电路6的电路的功率损耗(该功率损耗与校准不同)，借助于具有数值R的测量电阻32测量了电路的耗用电流I。用于电路的工作电压U被输送至接口33，并通过电路节点(Schaltungspunkt)34被分配到不同元件。测量电阻32处的压降Ui在放大器35中以系数v被放大，并通过多路复用器36被输送至模拟/数字转换器30。随后，微型控制器27根据公式P＝U*I＝U*Ui/(R*v)计算功率损耗。在校准时，功率损耗PRT和所属的环境温度TRT被存储在存储器中。在下文中以PA表示在工作时计算的功率损耗。
由此可以计算校正温度，即作为Tkor＝TRT+(PA-PRT)*RTH，其中，RTH表示电路与环境之间的热阻。以下述公式补充用于计算Tadelta2的上述公式：
Tadelta2kor＝Tadelta2-Tkor
如上已经提及的，在不相等时(即在Tadelta1≠Tadelta2kor时)可以输出故障信号。

Claims (8)

1.一种用于监测具有振动陀螺仪的传感器系统的方法，所述振动陀螺仪构成共振器并且是至少一个控制电路的一部分，所述控制电路通过输入激励信号以其固有频率来激励所述振动陀螺仪，其中从所述振动陀螺仪获得输出信号，通过过滤和放大而由所述输出信号导出所述激励信号，其特征在于，
由所述固有频率的当前数值与事先在校准时测量并在存储器中存储的所述固有频率的数值之间的差值以及由所述固有频率的温度系数来计算相关于测量的温度变化的第一数值，所述存储的固有频率数值在基准温度下测得，
由在所述当前温度下的温度传感器的输出值与在所述存储器中存储的基准温度下的所述温度传感器的输出值之间的差值以及由所述温度传感器的所述温度系数来计算相关于测量的温度变化的第二数值，
比较所述两个计算得到的数值，以及
当差值超出预定范围时产生故障信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将校正温度包括在所述计算之内，所述校正温度考虑到相对于所述温度传感器的校准已改变的热条件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由包括所述温度传感器的集成电路的所测量的功率损耗、由在校准时测量的并在所述存储器中存储的功率损耗以及由所述集成电路相对于环境的热阻来计算所述校正温度。
4.一种用于监测具有振动陀螺仪(1)的传感器系统的系统，所述振动陀螺仪构成共振器并且是至少一个控制电路(1、6)的一部分，所述控制电路通过输入激励信号以其固有频率来激励所述振动陀螺仪(1)，其中从所述振动陀螺仪(1)获得输出信号，通过过滤和放大而从所述输出信号导出所述激励信号，其特征在于还包括一装置(27)，所述装置
用于由所述固有频率的当前数值与事先在校准时测量并在存储器中存储的所述固有频率的数值之间的差值以及由所述固有频率的温度系数来计算所述温度变化的第一数值，所述存储的固有频率数值在基准温度下测得，
用于由在所述当前温度下的温度传感器的输出值与在所述存储器中存储的基准温度下的温度传感器的输出值之间的差值以及由所述温度传感器的所述温度系数来计算所述温度变化的第二数值，
用于比较所述两个计算得到的数值，以及
用于当误差超出预定范围时产生故障信号。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述装置包括具有非易失性存储器(28)的微型控制器(27)。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的系统，其特征在于，将校正温度包括在所述计算之内，所述校正温度考虑到相对于所述温度传感器的校准已改变的热条件。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，由包括所述温度传感器的集成电路的所测量的功率损耗、由在校准时所测量的并在存储器中存储的功率损耗以及由所述集成电路相对于环境的热阻来计算所述校正温度。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的系统，其特征在于，包括用于由数字频率合成器(10)的分配器的各个设置和其时钟频率来确定当前数值的装置。
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