CN104126127A - 用于调整加速度传感器的方法和加速度传感器 - Google Patents

Abstract

提出一种用于调整加速度传感器的方法，其中在第一方法步骤中根据作用于所述加速度传感器的加速力产生测量值，其中在第二方法步骤中如下分析所述测量值：是否存在干扰加速度，其中当在所述第二方法步骤中没有探测到干扰加速度时在第三方法步骤中根据数学滤波器校准所述加速度传感器，其中在第二方法步骤中对所述测量值进行用于探测干扰加速度的数学假设测试。

Description

用于调整加速度传感器的方法和加速度传感器

技术领域

本发明从根据权利要求1的前序部分所述的方法出发。

背景技术

传感器、尤其微机械传感器(例如加速度传感器、压力传感器、磁场传感器或者转速传感器)用于多种应用领域。由于传感器制造期间的工艺散差必须将传感器调整到相应的应用领域上。由现有技术已知，根据长时间稳定的并且不取决于温度的重力矢量实施加速度传感器的调整。例如由文献DE 102009029216 A1已知一种用于运行中的三轴加速度传感器的自调整的方法，在所述方法中借助调整算法在静止状态中检查所测量的加速度的量值是否相应于重力加速度的量值。在此，借助一个共同的卡尔曼滤波器来估计校准参数——灵敏度和偏差以及其相应的方差。

为了识别是否存在干扰加速度，在已知的方法中将卡尔曼滤波器内的NIS值考虑为判断标准。在此，参数S表示创新协方差矩阵，y表示所测量的参量(以下也称作测量值)，而表示所估计的参量。然而，主要在校准的开始阶段期间，通过所述方法不能可靠探测到具有相对较大的振幅和动态性的重叠的干扰加速度。如果仍非常不准确地已知校准参数，则可能发生传感器的错误校准。

发明内容

相对于现有技术，根据本发明的方法以及按照并列的权利要求的根据本发明的加速度传感器具有以下优点：为了确定是否存在干扰加速度，对测量值实施在时间上在校准方法之前的数学假设测试，借助所述假设测试也识别具有高的动态性和大的振幅的重叠的干扰加速度。当识别到所述干扰加速度时，不开始校准步骤或者所求取的测量值不考虑用于校准。

可以由从属权利要求以及参考附图的描述得到本发明的有利的构型和扩展方案。

根据一种优选的实施方式提出，在第二方法步骤中对测量值进行z测试或者t测试形式的数学假设测试。以有利的方式，借助z测试(也称作高斯测试)或者t测试能够实现以下特别有效的检查：最后存储的测量值的平均值是否与当前的测量值相符。

根据一种优选的实施方式提出，在时间上在第一方法步骤之前实施的第零方法步骤存储过去的大量其他测量值，所述其他测量值根据作用于加速度传感器的加速力产生，其中在第二方法步骤中由大量所存储的测量值形成平均值并且借助零假设检查：平均值和在第一方法步骤中产生的测量值是否来自相同的正态分布。在此，优选提出零假设：平均值来自具有已知方差的相同的正态分布或者替代假设：平均值是不同的 $({\underset{\‾}{U}}_S\≠{\underset{\‾}{U}}_K).$

根据一种优选的实施方式提出，根据测量值通过由第零方法步骤的所计算的平均值与第一方法步骤中的测量值构成的差除以标准差计算测试变量，其中将测试变量与极限值进行比较。优选如下计算测试变量z：

$z=\frac{{\underset{\‾}{U}}_S-{\underset{\‾}{U}}_K-\underset{\‾}{D}}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\σ}}_2^2}{n_2}+\frac{{\mathrm{\σ}}_1^2}{n_1}}}$

根据一种优选的实施方式提出，由反正态分布或者由学生T分布计算极限值，其中预给定显著性水平α：

$\underset{\‾}{T}=N^{-1}(1-\frac{\mathrm{\α}}{2})$

根据一种优选的实施方式提出，当测试变量的量值大于极限值时，假设存在干扰加速度。因此有利地实现明确的判决标准，其说明干扰加速度的存在或者干扰加速度的不存在。也通过这种方式探测具有高的动态性和大的振幅的干扰加速度。其数学条件尤其是：|z|>T。

根据一种优选的实施方式提出，当假设存在干扰加速度时，产生中断，其中当探测到中断时阻止和/或中断加速度传感器的校准。当当前的测量值由干扰加速度影响时，通过这种方式阻止使用当前的测量值来校准加速度传感器。

根据一种优选的实施方式提出，在第三方法步骤中借助卡尔曼滤波器并且尤其借助非线性的卡尔曼滤波器校准加速度传感器，从而能够在其使用模式(也称作“使用中校准”)期间实现加速度传感器的灵敏度和偏差的有效且精确的估计。因此不需要制造过程结束时的调整。

本发明另一主题是根据以上方法校准的加速度传感器。所述加速度传感器尤其包括三轴加速度传感器。所述加速度传感器优选包括微机械加速度传感器，其优选在标准半导体制造过程中制造。

在附图中示出并且在随后的描述中进一步阐述本发明的实施例。

附图说明

附图示出：

图1：根据现有技术的用于调整加速度传感器的方法的示意图；

图2：根据本发明的一种示例性实施方式的用于调整加速度传感器的方法的示意图。

具体实施方式

在图1中示出根据现有技术的用于调整加速度传感器的方法的示意图。在第一方法步骤中，产生三轴加速度传感器1的测量值。在此，测量值与沿着加速度传感器的三个测量轴的加速度成比例。加速度传感器1例如包括衬底和相对于衬底沿着三个测量轴可移动地悬挂的振动质量。当传感器加速度经受加速度时，振动质量由于惯性力从其静止位置偏移。

优选电容式地、尤其借助平板电容器结构或指电极结构分析处理振动质量的偏移并且将其转换成模拟的传感器信号。在此，传感器信号与偏移的大小成比例并且因此与所施加的加速度成比例。然后，由传感器信号可以推导出相应的测量值。

在第三步骤3中，将测量值传输给卡尔曼滤波器。当加速度传感器1位于静止状态中时(也称作1g状态)，在所述静止状态中仅仅重力加速度(1g)作用于加速度传感器1，可以根据测量值进行加速度传感器1的灵敏度和偏差的估计。这种做法例如由文献DE 102009029216 A1已知，对此通过引用包含其公开内容。

在图2中示出根据本发明的一种示例性实施方式的用于调整加速度传感器1的方法的示意图。相对于根据图1描述的调整方法，根据本发明的方法在测量值的求取(也称作第一方法步骤)和加速度传感器1的校准(也称作第三方法步骤3)之间具有附加的步骤。在所述附加的步骤(也称作第二方法步骤2)中检查：在第一方法步骤中由加速度传感器1产生的测量值是否受脉冲式干扰加速度影响。因此，第二方法步骤以下也称作干扰加速度识别。

为了脉冲式干扰加速度识别，存储最后n个测量值(也称作其他的测量值)，尤其在时间上先于第一方法步骤的第零方法步骤中。

${\underset{\‾}{U}}_S=\left(\begin{array}{c}{a}_{k-1,x}\·\·\·a_{k-n-1,x}\\ a_{k-1,y}\·\·\·a_{k-n-1,y}\\ a_{k-1,z}\·\·\·a_{k-n-1,z}\end{array}\right)$

借助参数n调节干扰加速度识别的敏感度。越大地选择参数n，则在信号中越小地允许干扰加速度。随后，根据统计的z测试检查：最后存储的加速度值的平均值是否与所测量的当前测量值相符。为此，计算测试变量z：

$z=\frac{{\underset{\‾}{U}}_S-{\underset{\‾}{U}}_K-\underset{\‾}{D}}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\σ}}_2^2}{n_2}+\frac{{\mathrm{\σ}}_1^2}{n_1}}}$

对此提出零假设：平均值来自具有已知方差的相同正态分布

$({\underset{\‾}{U}}_S\≠{\underset{\‾}{U}}_K)$

和替代假设：平均值是不同的

$({\underset{\‾}{U}}_S\≠{\underset{\‾}{U}}_K).$

借助所述两侧的z测试可以实施零假设的检查。因为存在z值的高斯分布，所以可以借助反正态分布和预给定的显著性水平α计算用于丢弃零假设的极限值T：

$\underset{\‾}{T}=N^{-1}(1-\frac{\mathrm{\α}}{2})$

如果当前的测量值显著不同于测量值历史，则随机采样函数的测试变量z的量值大于所计算的极限值T：

|z|>T

因此，丢弃零假设并且不将当前的测量值传递给校准算法(第三方法步骤3)。现在通过所述方法能够实现：与所使用的使用中校准方法(In-Use-Kalibrierungsmethode)无关地识别脉冲式干扰加速度的存在。如果在第二方法步骤2中识别到脉冲式干扰加速度，则尤其产生中断，所述中断阻止当前的测量值向校准算法的传送(第三方法步骤3)。

Claims (9)

1.一种用于调整加速度传感器(1)的方法，其中，在第一方法步骤中根据作用于所述加速度传感器的加速力产生测量值，其中，在第二方法步骤(2)中如下分析所述测量值：是否存在干扰加速度，其中，当在所述第二方法步骤(2)中没有探测到干扰加速度时，在第三方法步骤(3)中根据数学滤波器校准所述加速度传感器(1)，其特征在于，在所述第二方法步骤(2)中对所述测量值进行用于探测干扰加速度的数学假设测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二方法步骤(2)中对所述测量值进行z测试或t测试形式的数学假设测试。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在时间上在第一方法步骤之前实施的第零方法步骤根据作用于所述加速度传感器(1)的加速力产生大量的其他测量值，其中，在所述第二方法步骤(2)中由所述大量的其他测量值形成平均值并且借助零假设检查：所述平均值和在所述第一方法步骤中产生的测量值是否来自相同的正态分布。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述测量值通过由所述平均值和所述测量值构成的差除以标准差来计算测试变量，其中，将所述测试变量与极限值进行比较。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，由反正态分布或由学生T分布计算所述极限值。

6.根据权利要求4或5中任一项中所述的方法，其中，当所述测试变量的量值大于所述极限值时，假设存在干扰加速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，当假设存在干扰加速度时产生中断，其中，当探测到所述中断时，阻止和/或中断所述加速度传感器(1)的校准。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第三方法步骤(3)中借助卡尔曼滤波器并且尤其借助非线性卡尔曼滤波器校准所述加速度传感器(1)。

9.一种加速度传感器(1)，其按照根据以上权利要求中任一项所述的方法校准。