CN103261839A - 由转速传感器和控制所述转速传感器的传感器组成的传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转速传感器，其具有衬底和能够相对于衬底运动的震动质量，其中震动质量借助于驱动单元被激励至相对于衬底的工作振动，其中震动质量的垂直于工作振动的科里奥利偏转能够被探测，其中转速传感器具有用于根据科里奥利偏转发送传感器信号的接口，其中驱动单元配置用于在接口上存在控制信号时修改工作振动的频率和/或振幅。
Description
技术领域
本发明从根据权利要求1的前序部分所述的转速传感器出发。
背景技术
这种转速传感器是普遍公知的。例如由文献DE19519488A1公开了一种具有第一振动质量和第二振动质量的转速传感器，其中借助于激励装置将第一振动质量和第二振动质量分别激励至工作振动，其中分别借助于分析处理装置检测并且为了转速确定相应差分地分析处理第一振动质量的第一科里奥利偏转和第二振动质量的第二科里奥利偏转。当前涉及所谓的主动传感器，因为为了测量科里奥利偏转必须持久地将第一振动质量和第二振动质量激励至工作振动。因此，即使不施加待测量的转速，转速传感器也不利地消耗能量。
发明内容
根据并列的权利要求的根据本发明的转速传感器、根据本发明的传感器系统、根据本发明的用于运行转速传感器的方法以及根据本发明的用于运行传感器系统的方法相对于现有技术具有以下优点：一旦控制信号（尤其中断信号）施加在转速传感器上，则降低转速传感器的能量消耗，其中在转速传感器上不需要附加的引脚来传输控制信号，而是可以使用转速传感器上的现有引脚。
所述优点通过具有衬底以及相对于衬底可运动的震动质量的转速传感器来实现，其中震动质量借助于驱动单元可被激励至相对于衬底的工作振动，其中震动质量的垂直于工作振动的科里奥利偏转可被探测，其中转速传感器具有用于根据科里奥利偏转发送传感器信号的接口，其中驱动单元配置用于在接口上存在控制信号时修改工作振动的频率和/或振幅。
以有利的方式，中断信号通过用于发送传感器信号的接口施加在转速传感器自身上，由此直接引起工作振动的频率和/或振幅的修改以降低转速传感器的能量消耗，而不需要附加的外部控制单元——如用于接通转速传感器的节能模式的微控制器或处理器。在此，修改包括工作振动的频率和/或振幅的降低和升高。通过所述方式，一方面节省这种外部控制单元的能量消耗而另一方面快得多地开始转速传感器上的能量消耗降低（尤其不迂回通过控制单元）。此外可能的是，在时间上在转速传感器之前已经将外部控制单元置于节能模式中，由此总能量消耗可进一步降低。工作振动的频率和/或振幅的降低在本发明的意义上尤其意味着：将转速传感器由运行模式置于节能模式、尤其是“睡眠模式”或者“低功率模式”中，在所述节能模式中完全关断工作振动（频率和振幅基本上等于零），在所述低功率模式中工作振动以降低的能量消耗工作（频率和/或振幅相对于正常的运行模式降低）。中断信号优选由外部组件产生，所述外部组件尤其包括被动传感器，使得由外部组件引起的能量消耗小于通过转速传感器在运行模式中引起的能量消耗。被动传感器例如包括加速度传感器，当测量不到加速度力和/或所测量的加速度力没有超过确定的阈值时，所述加速度传感器在接口上产生中断信号。通过所述方式优选确保：不存在可由转速传感器测量的转速，并且出于这种原因将转速传感器置于节能模式中是合理的，而在此不“忽略”待测量的转速。转速传动器优选包括微机械转速传感器，其中衬底包括半导体衬底、尤其是硅。接口优选包括转速传感器的连接引脚，所述连接引脚充当电接触部并且尤其充当简单的插接接触部。
本发明的有利构型和改进方案可由从属权利要求以及参考附图的描述得出。
根据一种优选的改进方案提出，转速传感器具有电路单元，所述电路单元与接口以及与驱动单元功能耦合，其中电路单元配置用于探测控制信号，其中电路单元为了根据控制信号控制驱动单元如此配置，使得在探测到控制信号时修改工作振动的频率和/或振幅。由此有利地能够实现转速传感器的相对简单的实现。
本发明的另一主题涉及具有一个根据以上实施方式中任一项所述的转速传感器和一个传感器的传感器系统，其中所述转速传感器通过接口与所述传感器耦合，其中所述传感器配置用于根据传感器信号通过接口输出控制信号。由此有利地能够实现：一旦控制信号（尤其中断信号）施加在转速传感器上，则降低转速传感器的能量消耗，其中不需要转速传感器上的附加引脚来传输控制信号，而是可以使用转速传感器上的现有引脚。
根据一种优选的改进方案提出：所述传感器配置用于根据传感器信号与传感器阈值的比较通过接口输出控制信号。由此有利地能够实现传感器系统的相对简单的实现。此外优选的是，所述传感器包括加速度传感器和/或接近传感器。通过使用例如被动传感器，能够相对较大地降低传感器系统的能量消耗。
本发明的另一主题涉及一种用于运行尤其是根据以上实施方式中任一项所述的转速传感器的方法，其中借助于驱动单元激励震动质量至工作振动，探测震动质量的垂直于工作振动的科里奥利偏转，其中当在配置用于根据科里奥利偏转发送传感器信号的接口上探测到控制信号时，修改工作振动的频率和/或振幅。由此有利地能够实现：一旦控制信号（尤其中断信号）施加在转速传感器上，则降低转速传感器的能量消耗，其中不需要转速传感器上的附加引脚来传输控制信号，而是可以使用转速传感器上的现有引脚。
根据一种优选的改进方案提出，借助于电路单元在存在控制信号方面监视接口，借助于电路单元如此控制驱动单元，使得在探测到控制信号时修改工作振动的频率和/或振幅。由此有利地能够实现所述方法的相对简单的实现。进一步优选的是，如此程度地降低工作振动的频率和/或振幅，使得停止工作振动。通过按需求停止工作振动能够实现转速传感器的能量消耗的相对较大的降低。
本发明的另一主题涉及一种用于运行具有一个转速传感器和一个传感器的传感器系统的方法，其中借助根据以上实施例中任一项所述的方法运行转速传感器，其中由所述传感器产生控制信号。由此有利地能够实现：一旦控制信号（尤其中断信号）施加在转速传感器上，则降低转速传感器的能量消耗，其中不需要转速传感器上的附加引脚来传输控制信号，而是可以使用转速传感器上的现有引脚。
根据一种优选的改进方案提出，根据传感器信号与传感器阈值的比较产生控制信号，其中当低于一个确定的加速度值时，优选产生控制信号。由此能够实现所述方法的相对简单的实现。
在附图中示出并且在以下描述中进一步阐明本发明的实施例。
附图说明
附图示出：
图1：根据本发明的一种实施方式的传感器系统的示意图，
图2：根据本发明的另一种示例性实施方式的传感器系统的示意图，
图3：根据本发明的另一种示例性实施方式的传感器系统的示意图，
图4：根据本发明的另一种示例性实施方式的传感器系统的示意图，
图5：根据本发明的方法的示例性实施方式的信号变化过程的示意图。
具体实施方式
在不同附图中，相同的部件总是设有相同的附图标记并且因此通常也分别仅仅命名或者提及一次。
在图1中示出了根据本发明的第一实施方式的传感器系统15的示意图。传感器系统15包括仅仅示意性地并且示例性地构造的微机械转速传感器1以及微机械加速度传感器10形式的被动传感器10。转速传感器1包括衬底2和相对于衬底2可运动地悬挂的震动质量3（经常也称为科里奥利元件或传感器元件）。借助于电容驱动单元4将震动质量3激励至工作振动5，所述工作振动在当前示例中平行于衬底2的主延伸平面100定向。为此，驱动单元4包括一些衬底固定的指形电极结构4’，所述震动质量3的构造为指形电极的反电极4”配合到这些指形电极结构之间。在震动质量3的每一侧上分别在指形电极结构4’和反电极4”之间施加的交流电压由于指形电极结构4’和反电极4”之间的静电相互作用产生作用于震动质量3上的驱动力，由此感应出工作振动。如果现在施加垂直于工作振动5并且平行于主延伸平面100定向的转速17，则科里奥利力垂直于主延伸平面100地作用于震动质量3，由此引起震动质量3垂直于主延伸平面100的科里奥利偏转6。科里奥利偏转6是用于待测量的转速17的度量并且借助于例如设置在震动质量3和衬底2之间的面电极元件14电容式地测量。取决于科里奥利偏转6的输出信号13通过数据接口12发送给工作处理器11，所述工作处理器设置用于继续处理输出信号13。数据接口12尤其包括数字接口，使得输出信号13作为数字数据传输给工作处理器11。当不存在转速17并且尤其在一个确定的时间间隔上没有测量到转速17时，为了节省能量通过降低工作振动5的频率和/或振幅将转速传感器1从所描述的运行模式置于节能模式中。节能模式尤其包括“睡眠模式（Sleep Mode）”或“低功率模式（LowPower Mode）”，在所述睡眠模式中完全关断工作振动5（频率和振幅基本上等于零），在所述低功率模式中工作振动5以降低的能量消耗工作（频率和/或振幅相对于正常的运行模式降低）。为此，转速传感器1具有接口7。接口7与电路单元9耦合，所述电路单元9有时或连续地检查中断信号8的存在。此外，电路单元9与驱动单元4耦合，其中驱动单元4由电路单元9如此控制，使得只要在接口7上探测到中断信号8，则将转速传感器1置于节能模式中，即降低工作振动5的频率和/或振幅或将工作振动5的频率和/或振幅置于零。随后优选在在接口7上施加中断信号8期间一直使转速传感器1保持在能量状态中。当接口7在一个稍后的时刻又没有中断信号8时，又将转速信号1置于运行模式中，即如此控制驱动单元4，使得重新接通工作振动5和/或将工作振动5的频率和/或振幅重置到初始值上。在此由被动传感器10（也称作外部组件）接通或者关断中断信号8，所述被动传感器优选包括微机械加速度传感器。将由加速度传感器测量的、传感器信号形式的加速度值与传感器阈值进行比较。当加速度值低于传感器阈值时（尤其对于一个确定的时间段），产生中断信号8，因为在所述情况下也不存在待由转速传感器1测量的转速17。如果加速度值超过传感器阈值，则放弃中断信号8，使得转速传感器1可以实施转速测量。可考虑：转速传感器1原则上也可以与在图1中示例性说明的转速传感器1不同地构造。例如可考虑具有两个震动质量3的差分工作的转速传感器1和/或设置用于测量垂直于主延伸平面100和/或垂直于工作振动5的附加转速17的多通道转速传感器1的实现。此外可考虑板式电容器驱动装置等形式的驱动单元4的实现。
图2至4示意性地示出根据本发明的另一示例性实施方式的传感器系统15。传感器系统15具有加速度传感器10（加速度计）和转速传感器1（回转仪）。加速度传感器10具有第一引脚101（数据输入端“SDI”）、第二引脚102（用于时钟信号“SCK”或“SCKL”）、第三引脚103（数据输出端“SDO”）、第四引脚104（用于中断信号“int1”）和第五引脚105（用于中断信号“int2”）。转速传感器1具有第六引脚106（数据输入端“SDI”）、第七引脚107（用于时钟信号“SCK”或“SCKL”）、第八引脚108（数据输出端“SDO”）、第九引脚109（用于中断信号“int1”）和第十引脚110（用于中断信号“int2”）。应用单元或者工作处理器15（μC）与第一引脚101、第二引脚102以及第六引脚106和第七引脚107连接。
在图2中示意性示出的实施方式中，第三引脚103和第八引脚108不用作至应用单元15的数据接口。转速传感器1的第八引脚108叠加，其方式是，第八引脚用作用于转速传感器1的睡眠信号或者唤醒信号（以下也称作唤醒信号）的输入端。加速度传感器10的第三引脚103叠加，其方式是，所述第三引脚用作用于至转速传感器1的睡眠/唤醒信号的输出端。第四引脚104、第五引脚105、第九引脚109和第十引脚110通常用作用于至应用单元15的反馈的中断引脚。优选地，使用串行I2C数据总线系统（I方C数据总线系统），其中执行SPI3模式。
在图3中示意性地示出的实施方式中，第三引脚103和第八引脚108通常用作至应用单元15的数据接口。第九引脚109叠加，其方式是，第九引脚用作用于转速传感器1的睡眠/唤醒信号的输入端。第十引脚110通常用作用于至应用单元15的反馈的唯一中断引脚。第四引脚104和第五引脚105通常用作用于至应用单元15的反馈的中断引脚。第四引脚104在所述示例中也可以用作用于至转速传感器1的睡眠/唤醒信号的输出端。在所述实施方式中，使用SPI4模式。
在图4示意性地示出的实施方式中，不使用加速度传感器10的第三引脚103。转速传感器1的第八引脚108叠加，其方式是，所述第八引脚108用作用于转速传感器1的睡眠/唤醒信号的输入端。第四引脚104、第五引脚105、第九引脚109和第十引脚110通常用作用于至应用单元15的反馈的中断引脚。第四引脚104在所述示例中也可以用作用于至转速传感器1的睡眠/唤醒信号的输出端。优选地——如在图2中，使用串行I2C数据总线系统，其中执行SPI3模式。
图5示意性地示出根据本发明的方法的一种示例性实施方式的时间信号变化过程。在所述实施方式中，例如第三引脚103和第八引脚108不用作至应用单元15的数据接口。转速传感器1的第八引脚108叠加，其方式是，所述第八引脚用作用于转速传感器1的睡眠/唤醒信号的输入端。加速传感器10的第三引脚103叠加，其方式是，所述第三引脚用作用于至转速传感器1的睡眠/唤醒信号的输出端。第四引脚104、第五引脚105、第九引脚109和第十引脚110通常用作用于至应用单元15的反馈的中断引脚。图5以SPI3模式中的I2C总线系统为例在上面的图510中示出时钟信号（SCK）的信号变化过程并且在下面的图511中示出数据信号（SDI）的信号变化过程。在时间间隔500中，传输起动信号（S）。在时间间隔501中，借助写指令将数据写到“使用ado/int引脚作为唤醒信号输入端”寄存器中。（ADRESS）选择转速传感器芯片。在时间间隔502中，传输读/写位。在时间间隔503中，传输用于接收确认的1位。在所述接收确认之后，转速传感器使用sdo/int引脚作为用于唤醒信号的输入端。转速传感器现在等待ado/int引脚上的唤醒信号，所述唤醒信号由加速度传感器提供。在时间间隔504中，传输传感器数据。在时间间隔507中，传输用于接收确认的1位。括号505表明：间隔504和507传输两次。在时间间隔506中，传输停止信号（P）。也能够借助使用SPI通信协议的SPI控制信号实现一种类似的方法。优选组合控制指令，使得例如指令“将转速传感器置于睡眠模式中”与指令“激活sdo/int引脚作为用于唤醒信号的输入引脚”相组合。
Claims (10)
1.一种转速传感器（1），其具有衬底（2）和能够相对于所述衬底（2）运动的震动质量（3），其中，所述震动质量（3）借助于驱动单元（4）被激励至相对于所述衬底（2）的工作振动（5），其中，所述震动质量（3）的垂直于所述工作振动（5）的科里奥利偏转（6）能够被探测，其中，所述转速传感器（1）具有用于根据所述科里奥利偏转发送传感器信号的接口（7），其特征在于，所述驱动单元（4）配置用于在所述接口（7）上存在控制信号（8）时修改所述工作振动（5）的频率和/或振幅。
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）具有电路单元（9），所述电路单元（9）与所述接口（7）以及与所述驱动单元（4）功能耦合，其中，所述电路单元（9）配置用于探测所述控制信号（8），其中，所述电路单元（9）如此配置用于根据所述控制信号（8）控制所述驱动单元（4），使得在探测到所述控制信号（8）时进行所述工作振动（5）的频率和/或振幅的修改。
3.一种传感器系统（15），其具有根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器（1）和传感器（10），其特征在于，所述转速传感器（1）通过所述接口（7）与所述传感器（10）耦合，其中，所述传感器（10）配置用于根据传感器信号通过所述接口（7）输出所述控制信号（8）。
4.根据权利要求3所述的传感器系统（15），其特征在于，所述传感器（10）配置用于根据所述传感器信号与传感器阈值（16）的比较通过所述接口（7）输出所述控制信号（8）。
5.根据权利要求3或4所述的传感器系统（15），其特征在于，所述传感器（10）包括加速度传感器和/或接近传感器。
6.一种用于运行尤其根据权利要求1或2中任一项所述的转速传感器（1）的方法，其特征在于，借助于驱动单元（4）将震动质量（3）激励至工作振动（5），探测所述振动质量（3）的垂直于所述工作振动（5）的科里奥利偏转（6），其中，当在配置用于根据所述科里奥利偏转（6）发送传感器信号的接口（7）上探测到控制信号（8）时，修改所述工作振动（5）的频率和/或振幅。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于电路单元（9）在存在所述控制信号（8）方面监视所述接口（7），借助于所述电路单元（9）如此控制所述驱动单元（4），使得在探测到所述控制信号（8）时修改所述工作振动（5）的频率和/或振幅。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，如此程度地降低所述工作振动（5）的频率和/或振幅，使得停止所述工作振动（5）。
9.一种用于运行传感器系统（15）的方法，所述传感器系统具有转速传感器（1）和传感器（10），其特征在于，借助根据权利要求6至8中任一项所述的方法运行所述转速传感器（1），其中，由所述传感器（10）产生所述控制信号（8）。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据传感器信号与传感器阈值（16）的比较产生所述控制信号（8），其中，当低于一个确定的加速度值时，优选产生所述控制信号（8）。
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