CN101634661A - 传感器装置和用于运行传感器装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器装置和一种用于运行传感器装置的方法，该传感器装置具有第一传感器、第二传感器和分析计算电路，其中，第一传感器具有第一振动质量并且第二传感器具有第二振动质量，第一振动质量具有第一谐振频率，第二振动质量具有第二谐振频率，并且分析计算电路被设置成既用于分析第一传感器的第一输出信号又用于分析第二传感器的第二输出信号，其中，第一谐振频率此外不等于第二谐振频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器装置和一种用于运行传感器装置的方法。
背景技术
这样的传感器装置是广为人知的。例如，从专利文献DE 101 08 196 A1、DE 101 08 197 A1和DE 102 37 410 A1中已知具有角速度传感器(Drehratensensor)的传感器装置，其中，该角速度传感器具有科氏(Coriolis)元件，尤其是第一科氏元件和第二科氏元件通过弹簧相互连接并且受激励而平行于第一轴线振动，第一检测装置和第二检测装置检测第一科氏元件和第二科氏元件的由作用在这些科氏元件上的科氏力引起的偏移，从而第一检测装置的第一检测信号和第二检测装置的第二检测信号之差与科氏力有关，因此也与角速度传感器的角速度有关。这些传感器装置例如设置用来控制安全系统，如机动车中的ESP应用(电子稳定程序)。为此测量机动车绕z轴的角速度。为了优化信噪比，角速度传感器优选以工作频率全谐振式运行。其缺点在于，全谐振式运行的角速度传感器在面对位于工作频率周围的确定频率范围中的不期望的干扰振动时会受到相对强烈的干扰，例如由于车身的固有振动、电子控制装置的机械开关过程和/或安装和连接技术上的谐振，其中，所述确定的频率范围尤其是与传感器装置的输出滤波带宽有关。
发明内容
与现有技术相比，按照本发明的传感器装置和用于运行传感器装置的本发明方法具有如下优点，一方面显著地提高了传感器装置在面对由干扰振动引起的不期望的机械激励时的自行监控安全性，另一方面显著地提高了传感器装置在面对由干扰振动引起的不期望的机械激励时的健壮性。通过同时使用第一传感器以及第二传感器可以借助分析计算电路均衡第一输出信号和第二输出信号，从而可通过第一输出信号和第二输出信号之间的相应差检测出有误的第一输出信号和/或有误的第二输出信号。通过对第一传感器和第二传感器使用两个不同的谐振频率，即通过使用第一谐振频率和第二谐振频率，防止第一传感器或者第一振动质量以及第二传感器或者第二振动质量尤其由于不期望的干扰振动(例如由于车身的固有振动、控制装置的机械开关过程和/或安装和连接技术上的谐振)而同时受到不期望的激励，所述不期望的干扰振动在第一谐振频率周围或者第二谐振频率周围的确定范围中，，并且，两个传感器或者振动质量中仅有一个由于不期望的干扰振动而相对强烈地受到干扰，从而只有该传感器的输出信号由于不期望的干扰振动而相应较强烈地失真。这尤其是通过如下方式实现：尽管第一传感器和第二传感器都被干扰振动激励，但是仅对于两个传感器中的一个而言，干扰振动的频率处于传感器装置的输出滤波带宽的确定范围中。因此，分析计算电路测量第一输出信号和第二输出信号之间的差，从而能够检测所述至少一个输出信号的由不期望的激励引起的失真。因此，传感器在面对不期望的干扰振动时的自行监控安全性和健壮性显著提高。特别优选的是如此地选择第一谐振频率和第二谐振频率的频率，使得第一谐振频率和第二谐振频率之间的差距尽可能大。
本发明的有利设计方案和扩展方案可由下面的以及参照附图的说明中获得。
按照一种优选扩展方案规定，第一谐振频率不等于第二谐振频率的倍数。因此，特别有利地防止第一传感器和第二传感器或者第一振动质量和第二振动质量由于不期望的干扰振动并且也由于该不期望的干扰振动的高次谐波而同时受到不期望的激励。
按照另一种优选的扩展方案规定，第一传感器具有第一驱动装置，该第一驱动装置用于激励具有第一谐振频率的第一振动质量，并且第二传感器具有第二驱动装置，该第二驱动装置用于激励具有第二谐振频率的第二振动质量。因此特别有利的是，第一振动质量和第二振动质量被激励至平行于第一方向的第一谐振和第二谐振，从而平行于与第一方向垂直的第二方向的角速度引起作用在第一和第二振动质量上的、平行于与第一和第二方向垂直的第三方向的第一和第二科氏加速度。第一振动质量由于第一科氏加速度而偏移至平行于第三方向的第一偏移，并且第二振动质量由于第二科氏加速度而偏移至平行于第三方向的第二偏移，其中，第一输出信号与第一偏移和第一谐振有关，并且第二输出信号与第二偏移和第二谐振有关。因此，不期望的干扰振动也通过对相应振动质量的激励导致相应输出信号的失真，从而通过这两个不同的谐振频率以有利的方式避免第一输出信号和第二输出信号的同类失真，由此在第一和第二传感器受到不期望的干扰振动影响的情况下总是可以检测到第一输出信号和第二输出信号之间的差。
按照另一种优选的扩展方案规定，第一传感器具有用于检测第一电容变化的第一检测装置，其中，第一电容变化与第一振动质量的、由第一振动质量的第一科氏加速度引起的第一偏移有关，第二传感器具有用于检测第二电容变化的第二检测装置，其中，第二电容变化与第二振动质量的、由第二振动质量的第二科氏加速度引起的第二偏移有关，第一电容变化具有与第一谐振频率基本相同的第一频率并且第二电容变化具有与第二谐振频率基本相同的第二频率。特别有利的是，第一偏移可借助第一检测装置以特别简单且精确的方式在电容上检测，第二偏移可借助第二检测装置以特别简单且精确的方式在电容上检测，其中，优选的是，第一振动质量具有第一电极，该第一电极与基底上的第一反电极共同作用，并且第二振动质量具有第二电极，该第二电极与基底上的第二反电极共同作用。第一偏移或者第二偏移导致第一电极或者第二电极和第一反电极或者第二反电极之间的距离变化，从而可借助第一检测装置或者第二检测装置通过第一电极或者第二电极和第一反电极或者第二反电极之间的第一电容变化或者第二电容变化来检测第一偏移或者第二偏移。
按照另一种优选的扩展方案规定，第一传感器包括第一微机械式角速度传感器并且第二传感器包括第二微机械式角速度传感器。因此，特别有利的是，传感器装置可通过已知的角速度传感器实现，其中，仅将第一谐振频率和第二谐振频率设计或选择成不同的，以提高在面对由干扰振动引起的不期望的机械激励时的自行监控安全性和健壮性。
按照另一种优选的扩展结构规定，传感器装置包括尤其是用于机动车的电子稳定程序。因此，特别有利的是可相对可靠地检测出特别是绕z轴(垂直于行驶方向并且垂直于横向)的角速度，其中，在考虑到尽可能高的车辆安全性和汽车范围内存在的相对多的颤动和振动，提高在面对由干扰振动引起的不期望的机械激励时的自行监控安全性和健壮性是特别重要的。
本发明的另一主题是一种用于运行具有第一传感器和第二传感器的传感器装置的方法，其中，第一传感器具有第一振动质量并且第二传感器具有第二振动质量，其中，第一振动质量借助第一驱动装置激励至具有第一谐振频率的第一振动，其中，第二振动质量借助第二驱动装置激励至具有与第一谐振频率不同的第二谐振频率的第二振动。如上详细所述，由此防止了第一振动质量以及第二振动质量由于不期望的干扰振动而同时受到机械激励，所述不期望的干扰振动的频率在第一谐振频率周围或者第二谐振频率周围的确定范围中，从而通过对第一输出信号和第二输出信号的均衡能够测量这两个振动质量中的一个的、由不期望的干扰振动引起的干扰激励，由此检测到失真的输出信号。
按照另一种优选的扩展结构规定，第二振动质量如此地被激励至第二振动，即第二谐振频率不等于第一谐振频率的倍数，从而特别有利地防止了由于不期望的干扰振动并且也由于该不期望的干扰振动的高次谐波而使第一传感器和第二传感器或者第一振动质量和第二振动质量同时受到不期望的激励和/或使第一振动和第二振动受到影响。
按照另一种优选的扩展方案规定，借助第一检测装置测量基本上具有第一谐振频率的第一电容变化，其中，第一电容变化与第一振动质量的、由第一振动质量的第一科氏加速度引起的第一偏移有关，并且借助第二检测装置测量基本上具有第二谐振频率的第二电容变化，其中，第二电容变化与第二振动质量的、由第二振动质量的第二科氏加速度引起的第二偏移有关。第一电容变化和第二电容变化以第一输出信号和第二输出信号的形式由分析计算电路进行分析计算并且相互比较，从而可通过第一输出信号和第二输出信号之间的、优选在一阈值之上的差来检测由不期望的干扰振动引起失真的输出信号。因此特别有利的是，能够以相对简单且可靠的方式测量尤其是机动车绕z轴的角速度，其中，第一输出信号和第二输出信号基本上不会由于第一振动质量以及第二振动质量都被不期望的干扰振动激励而出现相似的失真。
按照另一种优选的扩展方案规定，第一检测装置产生与第一电容变化有关的第一输出信号并且第二检测装置产生与第二电容变化有关的第二输出信号，其中，第一输出信号和第二输出信号由分析计算电路进行分析并且由分析计算电路根据第一输出信号和第二输出信号产生一第三输出信号和/或故障信号。第一电容变化和第二电容变化以第一输出信号和第二输出信号的形式由分析计算电路进行分析并且相互比较，从而由不期望的干扰振动引起的失真的输出信号可通过第一输出信号和第二输出信号之间的、优选在一阈值之上的差来检测并且通过故障信号输出。
按照另一种优选的扩展方案规定，根据第三输出信号和/或故障信号运行尤其是机动车的电子稳定程序。特别有利的是，通过检测故障信号来禁止电子稳定程序活动，使得电子稳定程序不会依据失真的输出信号而激活，由此显著地提高了车辆安全性。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明中详细解释。
图1示出按照本发明的示例性实施方式的传感器装置的示意图。
具体实施方式
图1示出按照本发明的示例性实施方式的传感器装置的示意图，其中，该传感器装置具有第一角速度传感器10和第二角速度传感器20，这些传感器设置在共同的微机械式传感器元件60上并且优选共同地制造。第一角速度传感器10和第二角速度传感器20由ASIC形式的电子控制装置61控制，该电子控制装置61包括分析计算电路30。第一角速度传感器10包括具有第一谐振频率的第一振动质量，该第一振动质量借助第一驱动装置激励至相对于微机械式传感器元件60基底的、具有第一谐振频率的第一振动或者第一谐振(箭头41)。与之类似，第二角速度传感器20包括具有第二谐振频率的第二振动质量，该第二振动质量借助第二驱动装置激励至相对于基底的、具有第二谐振频率的第二振动或第二谐振(箭头51)。第一振动和第二振动平行于第一方向振动，从而使得平行于与第一方向垂直的第二方向的角速度产生作用在第一振动质量上的第一科氏加速度和作用在第二振动质量上的第二科氏加速度，其中，第一科氏加速度和第二科氏加速度平行于与第一方向和第二方向都垂直的第三方向作用，使得第一振动质量经历平行于第三方向的第一偏移并且第二振动质量经历平行于第三方向的第二偏移。第一偏移或者第二偏移产生第一振动质量或者第二振动质量上的第一电极或者第二电极和基底上的第一反电极或者第二反电极之间的第一电容变化或者第二电容变化，其中，第一电容变化或者第二电容变化借助第一检测装置或者第二检测装置测量。根据第一电容变化产生第一输出信号40并且根据第二电容变化产生第二输出信号50。第一输出信号40和第二输出信号50被传输到分析计算电路30(箭头11、21)并且在该分析计算电路30中相互比较。该分析计算电路30产生第三输出信号31，该第三输出信号包括第一输出信号40和第二输出信号50的平均值。如果第一输出信号40和第二输出信号50之间的差超过一个可自由选择的阈值，则由分析计算电路30输出一个故障信号32。第一角速度传感器10和第二角速度传感器20以及特别是第一和第二振动质量的弹性悬挂和/或质量被如此地构造，使得第一谐振频率不等于第二谐振频率并且也不等于第二谐振频率的倍数。因此，微机械式传感器元件60的、具有确定干扰频率的不期望的干扰振动不会导致第一振动质量和第二振动质量同时受到比较强烈的不期望的激励，所述相对强烈的不期望的激励会与第一振动和第二振动至少部分地叠加。第一输出信号40或者第二输出信号50与第一科氏加速度或者第二科氏加速度和第一振动或者第二振动有关，从而第一振动质量和第二振动质量中的仅一个的、相对强烈的不期望的激励导致相应的第一输出信号40或第二输出信号50的相对强烈的变化。该相对强烈的变化引起第一输出信号40和第二输出信号50之间的差，该差在超过阈值时被分析计算电路30检测到，从而由分析计算电路30检测到第一输出信号40和第二输出信号50的失真并且在需要时输出故障信号32，因为在理想情况下(即基本上没有干扰并且第一角速度传感器10和第二角速度传感器20结构相同的情况下)第一输出信号40和第二输出信号50几乎相等，该失真由第一角速度传感器10或者第二角速度传感器20的、具有干扰频率的不期望的激励产生，所述干扰频率在确定的且尤其是与传感器装置1的当前输出滤波带宽有关的、在第一谐振频率周围或者在第二谐振频率周围的范围中。传感器装置优选地集成在机动车的ESP系统(电子稳定程序)中并且测量绕机动车z轴(垂直于行驶方向并且垂直于机动车的横向)的角速度。故障信号优选用于短暂地禁用ESP系统，使得ESP系统不会依据失真的输出信号而执行活动。优点是在第一角速度传感器10和第二角速度传感器20中的仅一个受到干扰的情况下误差减半。为此，当这两个角速度传感器10、20不是同时地且相似地受到激励时，第三输出信号31的误差被限制在预先给定的阈值。
Claims (11)
1.一种传感器装置(1)，其具有第一传感器(10)、第二传感器(20)和分析计算电路(30)，其中，第一传感器(10)具有第一振动质量并且第二传感器(20)具有第二振动质量，第一振动质量具有第一谐振频率，第二振动质量具有第二谐振频率，并且分析计算电路(30)被设置成既用于分析第一传感器(10)的第一输出信号(11)又用于分析第二传感器(20)的第二输出信号(21)，其特征在于，第一谐振频率不等于第二谐振频率。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(1)，其特征在于，第一谐振频率不等于第二谐振频率的倍数。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，第一传感器(10)具有用于激励具有第一谐振频率的第一振动质量的第一驱动装置并且第二传感器(20)具有用于激励具有第二谐振频率的第二振动质量的第二驱动装置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，第一传感器(10)具有用于检测第一电容变化的第一检测装置，其中，第一电容变化与第一振动质量的、由第一振动质量的第一科氏加速度引起的第一偏移有关，第二传感器(20)具有用于检测第二电容变化的第二检测装置，其中，第二电容变化与第二振动质量的、由第二振动质量的第二科氏加速度引起的第二偏移有关，第一电容变化具有基本上与第一谐振频率相同的第一频率并且第二电容变化具有基本上与第二谐振频率相同的第二频率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，第一传感器(10)包括第一微机械式角速度传感器并且第二传感器(20)包括第二微机械式角速度传感器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，该传感器装置(1)包括尤其是用于机动车的电子稳定程序。
7.一种用于运行传感器装置(1)、尤其是根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)的方法，该传感器装置(1)具有第一传感器(10)和第二传感器(20)，其中，第一传感器(10)具有第一振动质量并且第二传感器(20)具有第二振动质量，借助第一驱动装置将第一振动质量激励至具有第一谐振频率的第一振动，其特征在于，借助第二驱动装置将第二振动质量(20)激励至具有第二谐振频率的第二振动，第二谐振频率不等于第一谐振频率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如此地将第二振动质量激励至第二振动，使得第二谐振频率不等于第一谐振频率的倍数。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，借助第一检测装置测量基本上具有第一谐振频率的第一电容变化，其中，第一电容变化与第一振动质量的、由第一振动质量的第一科氏加速度引起的第一偏移有关，并且借助第二检测装置测量基本上具有第二谐振频率的第二电容变化，其中，第二电容变化与第二振动质量的、由第二振动质量的第二科氏加速度引起的第二偏移有关。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，第一检测装置产生与第一电容变化有关的第一输出信号(11)并且第二检测装置产生与第二电容变化有关的第二输出信号(21)，其中，第一输出信号(11)和第二输出信号(21)由分析计算电路(30)进行分析并且由分析计算电路(30)根据第一输出信号(11)和第二输出信号(21)产生第三输出信号(31)和/或故障信号(32)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，根据第三输出信号(31)和/或故障信号(32)运行电子稳定程序，尤其是机动车的电子稳定程序。
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