CN103837696A - 传感器装置和通过陷波滤波器进行信号处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器装置(10)，其具有至少一个状态参数传感器(14)、用于将所述至少一个状态参数传感器(14)连接在结构构件(16)上的传感器连接结构(12)以及与所述至少一个状态参数传感器(14)相耦连的信号处理装置(18)，所述信号处理装置(18)包括用于计算所述至少一个状态参数传感器(14)的信号在所述传感器装置(10)的第一固有频率的周期时间内的平均值的频率消除滤波器。这可以构成具有陷波频率的陷波滤波器，该陷波频率等于加速度传感器装置(10)的第一固有频率，并且具有较高的滤波质量。由此，陷波频率和陷波频率的整数倍被完全地消除，并且避免了传感器装置(10)的固有频率的干扰。

Description

传感器装置和通过陷波滤波器进行信号处理的方法
技术领域
本发明涉及一种传感器装置，其具有至少一个状态参数传感器、用于将所述至少一个状态参数传感器连接在结构构件上的传感器连接结构以及与所述至少一个状态参数传感器相耦连的信号处理装置，所述信号处理装置包括用于所述至少一个状态参数传感器的信号的滤波器单元。本发明还涉及一种借助滤波器单元在传感器装置中用于数字化过滤至少一个状态参数传感器的信号的方法，所述传感器装置具有用于将所述至少一个状态参数传感器固定在结构构件上的传感器连接结构。
背景技术
迄今，在固定状态参数传感器、尤其通过传感器连接结构将加速度传感器固定在尤其机动车和飞行器的结构构件上时，需要尽可能刚性的连接，使得由传感器、传感器支架和壳体单元组成的传感器装置的第一固有频率会高于自身的传感器元件的最大固有频率。通常情况下高于约150Hz。由此，传感器系统的固有振动不会对由传感器元件所检测的信号形成干扰。然而，刚性的传感器连接件需要刚性且因此较重的支承结构或固定装置，这对于降低重量和小型化的要求是进一步背道而驰的。
所希望的是，提供一种传感器装置，该传感器装置的第一固有频率低于传感器元件的最大固有频率，并且由此可以使用较低刚性和较低重量的传感器连接结构。
由DE102007011816A1已知，其中，在与传感器元件相连接的信号处理装置中设置有滤波器装置，该滤波器装置也被设计为陷波滤波器，由此可以衰弱危险的频率、亦即尤其加速度传感器装置的第一固有频率。传统的陷波传感器虽然可能具有显著的衰减能力，但是无法完全消除陷波频率，或者在构造上耗费很大，或者导致较大的延迟时间或群时延。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有至少一个状态参数传感器的传感器装置以及一种数字化信号过滤至少一个状态参数传感器的信号的方法，使得即便在传感器装置在结构构件上的固定结构只具有较低的刚性和较低的重量时，或者当出于另外的原因传感器装置的第一固有频率低于传感器元件的第一固有频率时，也能在很大程度上实现无干扰的功能或测量。
在装置方面，所述技术问题通过一种传感器装置得以解决，其中，所述传感器装置具有至少一个状态参数传感器、用于将所述至少一个状态参数传感器连接在结构构件上的传感器连接结构以及与所述至少一个状态参数传感器相耦连的信号处理装置，所述信号处理装置包括用于所述至少一个状态参数传感器的信号的滤波器单元，其中，所述滤波器单元被设计为频率消除滤波器，用于所述至少一个状态参数传感器的信号在所述传感器装置的第一固有频率的周期时间内的平均值计算。
此外，所述技术问题通过一种在传感器装置中数字化信号过滤至少一个状态参数传感器的信号的方法得以解决，所述传感器装置具有用于将所述至少一个状态参数传感器固定在结构构件上的传感器连接结构，其中，形成所述至少一个状态参数传感器的信号在所述传感器装置的第一固有频率的周期时间内的平均值。
按照本发明的技术特征，可以构成具有陷波频率的陷波滤波器，该陷波频率等于加速度传感器装置的第一固有频率，并且具有较高的滤波质量。由此，陷波频率和陷波频率的整数倍被完全地消除，并且避免了传感器装置的固有频率对传感器频率特性以及由此对传感器信号的干扰。由此，在较低刚性的连接时可以实现灵活且廉价的传感器系统的连接。这样还降低重量和成本。与传统的滤波器技术相比，还使得信号延迟被最小化，也就是使群时延最小化。在陷波频率的附近频率中也可以较大地削弱信号，这导致相对于固有频率的改变具有较高的稳定性。
状态参数传感器应理解为各种测取状态参数的传感器，这种传感器遭受因振动引起的干扰。这尤其涉及加速度传感器，但在此也可以理解为另外的传感器，如温度传感器或压力传感器。
传感器连接结构应理解为例如一种传感器支架或者结构构件，其由于较低的刚性而对振动较为敏感，例如机动车的较薄的侧壁。
固有频率既理解为振动系统的不衰减的固有频率，也理解为衰减的固有频率(谐振频率)。
求平均值或平均值计算既理解为周期性进行的，也理解为非周期性(随机)进行的平均值计算。
频率消除滤波器优选理解为一种陷波滤波器。
根据本发明的优选改进方案，所述传感器装置包括多个、在不同的轴线方向上敏感的加速度传感器，用于测取多个轴线上的加速度。由此，也可以相应装配多轴线的传感器装置。在此，为每个加速度传感器设置一个独有的频率消除滤波器，由此可以单独或个性化地使用沿这些轴线方向的各个加速度信号。
根据本发明的优选改进方案，平均值计算-测量值的个数是可改变的。根据本发明的优选改进方案备选或附加的是，测量值更新速率是可改变的。由此，可以快速且简单的配合已知条件或环境的改变，例如通过外部环境而改变的固有频率。此外，按照本发明的具有较低成本的陷波滤波器例如可以在软件方面适配具有不同固有频率的不同的传感器装置。
传感器装置优选在机动车中使用，在此始终需要为现代的机动车控制系统提供更广泛的多轴传感装置。作为机动车应理解为与驱动方式无关的各种单车辙或多车撤的机动车。本发明能够以相同方式在飞行器或航海器中使用。
附图说明
在以下(参照附图)详细描述了至少一个实施例的说明中获得其它的优点、特征和细节。以相同的附图标记表示相同的、类似的和/或功能相同的部件。在附图中：
图1示出加速度传感器装置的示意框图；
图2示出陷波滤波器的频率特性曲线图。
具体实施方式
图1示出加速度传感器装置10，其包括传感器支架12，用于将传感器组件14固定在结构构件16上，所述传感器组件14包括至少一个、但优选多个在多条轴线上敏感的加速度传感器。所述结构构件16优选可以是机动车车身或飞机的机身。传感器组件14与信号处理装置18耦连，所述信号处理装置18用于为加速度传感器(在必要时)供电以及用于对来自加速度传感器的加速度信号进行数字化处理。信号处理装置18的一个组成部件是陷波滤波器20，加速度传感器的信号通过该陷波滤波器20，其中该陷波滤波器20具有图2所示的特性，即消除陷波频率(在所示实施例中为35Hz)以及该陷波频率的整数倍的特性。加速度传感器装置10的固有频率因此从加速度传感器装置10的输出信号22中被完全消除。当传感器组件14包含多个加速度传感器时，这些加速度传感器的信号自然逐个地被传送至信号处理装置18，则要为每个信号线路设置一个独有的、优选相同构造的陷波滤波器20。
在该实施方式中，陷波滤波器20以如下方式作用：计算加速度传感器的信号在加速度传感器装置的第一固有频率的周期时间内的滑动平均值。假设加速度传感器装置的第一固有频率为35Hz，也就是说，周期时间为29ms(=1/35Hz)。此外假设信号检测的更新速率为1ms(更新速率可以自由配置，只需要在信号处理装置18中相应地设置缓冲存储器，用于存储所有被存储的数值)。因此在该实施例中，求最近的29个测量值的滑动平均值。结果是图2所示的频率特性，其中，加速度传感器装置的固有频率在出现35Hz的第一固有频率时开始被滤除。此外有意义的是，可以实现29ms/2，亦即约15ms的群时延，该群时延此外在频率上是恒定的。陷波滤波器的频率特性的包络线是PT1特性。
虽然通过优选实施例详细说明和描述了本发明，但本发明并不受所公开的实施例的限制，并且只要不脱离本发明的保护范围，技术人员可以推导出其它变型方案。因此明确的是，存在大量的变型可行性。同样明确的是，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明和附图说明更多地是向技术人员提供一种用于转化示例性实施方式的技术教导，其中，只要不脱离权利要求书及其法律上的同等物(如说明书中的进一步阐述内容)所定义的保护范围，则技术人员在所公开的发明设想的知识范围内便可以进行各种改变，例如关于单个的、在示例性实施方式中所述的元件的功能和结构方面的改变。
附图标记列表
10  加速度传感器装置
12  传感器支架
14  传感器组件
16  结构构件
18  信号处理装置
20  陷波滤波器
22  输出信号

Claims (14)

1.一种传感器装置(10)，其具有至少一个状态参数传感器(14)、用于将所述至少一个状态参数传感器(14)连接在结构构件(16)上的传感器连接结构(12)以及与所述至少一个状态参数传感器(14)相耦连的信号处理装置(18)，所述信号处理装置(18)包括用于所述至少一个状态参数传感器(14)的信号的滤波器单元(20)，其中，所述滤波器单元(20)被设计为频率消除滤波器，用于所述至少一个状态参数传感器(14)的信号在所述传感器装置的第一固有频率的周期时间内的平均值计算。
2.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述至少一个状态参数传感器(14)是加速度传感器、温度传感器或压力传感器。
3.如权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置包括多个在不同的轴线方向上敏感的加速度传感器(14)，用于测取多个轴线上的加速度。
4.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述平均值计算是求滑动平均值。
5.如权利要求4所述的传感器装置，其特征在于，在计算滑动平均值时，求该滑动平均值所要考虑的平均值计算-测量值的个数通过周期时间乘以测量值更新速率来确定。
6.如权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，平均值计算-测量值的个数是可改变的。
7.如权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，测量值更新速率是可改变的。
8.一种如前述权利要求之一所述的传感器装置在机动车中的使用。
9.一种如前述权利要求之一所述的传感器装置在飞行器或航海器中的使用。
10.一种借助滤波器单元在传感器装置(10)中数字化信号过滤至少一个状态参数传感器(14)的信号的方法，所述传感器装置(10)具有用于将所述至少一个状态参数传感器(14)固定在结构构件(16)上的传感器连接结构(12)，其中，求出所述至少一个状态参数传感器(14)的信号在所述传感器装置(10)的第一固有频率的周期时间内的平均值。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述平均值计算是求滑动平均值。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在计算滑动平均值时，求该滑动平均值所要考虑的平均值计算-测量值的个数通过周期时间乘以测量值更新速率来确定。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述平均值计算-测量值的个数是可改变的。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述测量值更新速率是可改变的。
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