CN107850431A - 通过多频率运行进行多次分析处理的转速传感器 - Google Patents

通过多频率运行进行多次分析处理的转速传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种转速传感器，具有带有主延伸平面的衬底、至少一个相对于所述衬底能运动的第一结构、至少一个相对于所述衬底并且相对于所述第一结构能运动的第二结构、至少一个相对于所述衬底并且相对于所述第一结构并且相对于第二结构能运动的第三结和至少一个相对于所述衬底并且相对于所述第一结构并且相对于所述第二结构并且相对于所述第三结构能运动的第四结构，其特征在于，所述转速传感器如此包括驱动装置用于使所述第一结构从所述第一结构的静止位置中基本上平行于驱动方向地偏移并且用于使所述第二结构从所述第二结构的静止位置中基本上平行于所述驱动方向地偏移并且用于使所述第三结构从所述第三结构的静止位置中基本上平行于所述驱动方向地偏移并且用于使所述第四结构从所述第四结构的静止位置中基本上平行于所述驱动方向地偏移，使得所述第一结构和所述第四结构能够在第一频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于所述第二结构和所述第三结构基本上反相地振动，其中，所述第一结构和所述第二结构能够在第二频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于所述第三结构和所述第四结构基本上反相地振动。

Description

通过多频率运行进行多次分析处理的转速传感器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的转速传感器。
背景技术
此类转速传感器通常是已知的。此类转速传感器例如如此包括驱动装置用于使第一结构从第一结构的静止位置中基本上平行于驱动方向地偏移并且用于使第二结构从第二结构的静止位置中基本上平行于驱动方向地偏移并且用于使第三结构从第三结构的静止位置中基本上平行于驱动方向地偏移并且用于使第四结构从第四结构的静止位置中基本上平行于驱动方向地偏移，使得第一结构和第四结构可以在第一频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于第二结构和第三结构基本上反相地振动。
发明内容
根据本发明的转速传感器和根据本发明的用于运行根据并列权利要求所述的转速传感器的方法相对于现有技术具有以下优点：转速传感器以简单的、机械稳健的和成本有利的方式提供在探测围绕一个转动轴线或围绕多个相互垂直走向的旋转轴线的转速方面相对于现有技术提升的可靠性。这通过以下方式实现，相对于现有技术，第一结构和第二结构可以在第二频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于第三结构和第四结构基本上反相地振动。根据本发明的转速传感器的第一结构、第二结构、第三结构和第四结构可以同时在第一频率和第二频率被激励。由此能够通过所获知转速的可信性验证实现在探测围绕一个旋转轴线或者围绕多个相互垂直走向的旋转轴线的转速方面提升的可靠性。
本发明的有利构型和扩展方案可以由从属权利要求以及参考附图的描述得知。
根据优选扩展方案设置为，转速传感器包括第一探测单元用于探测沿着与基本上垂直于主延伸平面的第一轴线基本上平行的方向作用到第一结构上的第一力作用、第二探测单元用于探测沿着基本上平行于第一轴线的方向作用到第二结构上的第二力作用、第三探测单元用于探测沿着基本上平行于第一轴线的方向作用到第三结构上的第三力作用和第四探测单元用于探测沿着基本上平行于第一轴线的方向作用到第四结构上的第四力作用，其中，第一力作用、第二力作用、第三力作用和第四力作用由于转速传感器的围绕与基本上平行于主延伸平面并且基本上垂直于驱动方向转速的第二轴线基本上平行的轴线的转速而产生。由此能够以有利的方式实现：可以探测围绕基本上平行于第二轴线的轴线的转速。
根据优选扩展方案设置为，第一探测单元包括至少一个第一电极用于探测作用到第一结构上的第一力作用，第二探测单元包括至少一个第二电极用于探测作用到第二结构上的第二力作用，第三探测单元包括至少一个第三电极用于探测作用到第三结构上的第三力作用并且第四探测单元包括至少一个第四电极用于探测作用到第四结构的第四力作用，其中，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极基本上板形地构造，其中，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极基本上平行于主延伸平面地延伸并且至少部分布置在衬底和相应结构之间。由此能够有利地实现，可以电容式地探测第一力作用、第二力作用、第三力作用和第四力作用。
根据优选扩展方案设置为，转速传感器包括另外的第一探测单元用于探测沿着与基本上平行于主延伸平面并且基本上垂直于驱动方向的第二轴线基本上平行的方向作用到第一结构上的另外的第一力作用、另外的第二探测单元用于探测沿着基本上平行于第二轴线的方向作用到第二结构上的另外的第二力作用、另外的第三探测单元用于探测沿着基本上平行于第二轴线的方向作用到第三结构上的另外的第三力作用和另外的第四探测单元用于探测沿着基本上平行于第二轴线的方向作用到第四结构上的另外的第四力作用，其中，所述另外的第一力作用、所述另外的第二力作用、所述另外的第三力作用和所述另外的第四力作用由于转速传感器的围绕与基本上垂直于主延伸平面的第一轴线基本上平行的轴线的转速而产生。由此能够有利地实现，能够探测围绕基本上平行于第一轴线的轴线的转速。
根据优选扩展方案设置为，所述另外的第一探测单元包括至少一个另外的第一电极用于探测作用到第一结构上的所述另外的第一力作用，所述另外的第二探测单元包括至少一个另外的第二电极用于探测作用到第二结构上的所述另外的第二力作用，所述另外的第三探测单元包括至少一个另外的第三电极用于探测作用到第三结构上的所述另外的第三力作用并且所述另外的第四探测单元包括至少一个另外的第四电极用于探测作用到第四结构上的所述另外的第四力作用，其中，所述另外的第一电极、所述另外的第二电极、所述另外的第三电极和所述另外的第四电极基本上板形地构造，其中，所述另外的第一电极、所述另外的第二电极、所述另外的第三电极和所述另外的第四电极基本上垂直于主延伸平面地延伸并且分别至少部分布置在相应结构的至少一个缺口中。因此，以有利的方式能够实现所述另外的第一力作用、所述另外的第二力作用、所述另外的第三力作用和所述另外的第四力作用的电容式探测。
根据优选扩展方案设置为，转速传感器如此包括第一耦合器件用于使第一结构与第二结构耦合，使得第一结构和第二结构可以被置于基本上同相的振动中和基本上反相的振动中，其中，转速传感器如此包括第二耦合器件用于使第一结构与第三结构耦合，使得第一结构和第三结构可以被置于基本上反相的振动中，其中，转速传感器如此包括第三耦合器件用于使第二结构与第四结构耦合，使得第二结构和第四结构可以被置于基本上反相的振动中，其中，转速传感器如此包括第四耦合器件用于使第三结构与第四结构耦合，使得第三结构和第四结构可以被置于基本上同相的振动中和基本上反相的振动中。由此以有利的方式提供一种转速传感器，该转速传感器能够通过所获知转速的可信性验证实现在探测围绕一个旋转轴线或者围绕多个相互垂直走向的旋转轴线的转速方面提升的可靠性。
本发明的另一主题是用于运行转速传感器的方法，其中，在第一方法步骤中，第一结构、第二结构、第三结构和第四结构借助于驱动信号基本上平行于驱动方向地如此偏移，使得第一结构和第四结构在第一频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于第二结构和第三结构基本上反相地振动，其中，第一结构和第二结构在第二频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于第三结构和第四结构基本上反相地振动。因此，以有利的方式能够实现结构的可配属于第一频率和第二频率的偏移的探测。由此能够通过所获知转速的可信性验证实现在围绕一个旋转轴线或者围绕多个相互垂直走向的旋转轴线的转速方面提升的可靠性。
根据优选扩展方案设置为，在第二方法步骤中，借助于第一探测单元、第二探测单元、第三探测单元和第四探测单元和/或借助于所述另外的第一探测单元、所述另外的第二探测单元、所述另外的第三探测单元和所述另外的第四探测单元获知至少一个探测信号。由此能够有利地实现，探测信号被提供用于另外的方法步骤。
根据优选扩展方案设置为，在第三方法步骤中，借助于以第一频率和第二频率的同步解调预处理至少一个探测信号。由此能够有利地实现，借助于所预处理的探测信号可以获知至少一个可配属于第一频率的转速和至少一个可配属于第二频率的转速。
根据优选扩展方案设置为，在第四方法步骤中，由所预处理的至少一个探测信号获知可配属于第一频率的第一转速和可配属于第二频率的第二转速。由此能够通过所获知转速的可信性验证实现在探测围绕一个旋转轴线或围绕多个相互垂直走向的旋转轴线的转速方面提升的可靠性。
根据优选扩展方案设置为，驱动信号通过两个锁相环(PLL)和两个自适应时钟发生器(ACG)来调节。
附图说明
图1以示意性示图示出根据本发明示例性的第一实施方式的转速传感器。
图2以示意性示图示出根据图1的转速传感器。
图3以示意性示图示出根据本发明示例性的第二实施方式的转速传感器。
图4以示意性示图示出根据图3的转速传感器。
在不同的附图中，相同的部件总是设有相同的参考标记，并且因此通常也分别仅提及或者说提到一次。
具体实施方式
在图1和图2中示出根据本发明示例性的第一实施方式的转速传感器1的示意性示图，其中，转速传感器1包括具有主延伸平面100的衬底3以及相对于衬底3并且分别相对彼此可运动的第一、第二、第三和第四结构5、7、9、11。此外，转速传感器1包括在图1和图2中未示出的驱动装置用于使第一结构5、第二结构7、第三结构9和第四结构11从所述结构5、7、9、11的相应静止位置中并且沿着基本上平行于驱动方向15的方向偏移。在此，第一结构5和第四结构11在第一频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于第二结构7和第三结构9基本上反相地振动。此外，第一结构5和第二结构7在第二频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于第三结构9和第四结构11基本上反相地振动。在此，图1示出在第一频率的振动的瞬时记录并且图2示出在第二频率的振动的瞬时记录。
在图1和图2中示出的转速传感器1还包括具有第一电极37的第一探测单元23用于探测作用到第一结构5上的第一力作用、具有第二电极39的第二探测单元29用于探测作用到第二结构7上的第二力作用、具有第三电极41的第三探测单元31用于探测作用到第三结构9上的第三力作用和具有第四电极43的第四探测单元33用于探测作用到第四结构11上的第四力作用。在此，第一力作用、第二力作用、第三力作用和第四力作用沿着基本上平行于第一轴线Z的方向起作用并且由于转速传感器1的围绕基本上平行于第二轴线X的轴线的转速而产生。在图1和图2中示出的第一电极37、第二电极39、第三电极41和第四电极43基本上板形地构造，平行于主延伸平面100地延伸并且至少部分布置在衬底3和相应结构5、7、9、11之间。
此外，在图1和图2中示出的转速传感器1如此包括第一耦合器件61、第二耦合器件63、第三耦合器件65和第四耦合器件67用于耦合相应的结构5、7、9、11，使得所述结构5、7、9、11可以被置于如上所述的振动中。在此，第一耦合器件61使第一结构5和第二结构7耦合。第二耦合器件63使第一结构5和第三结构9耦合。第三耦合器件65使第二结构7和第四结构11耦合。第四耦合器件67使第三结构9和第四结构11耦合。
在图3和图4中以示意性视图示出根据本发明示例性的第二实施方式的转速传感器1，其中，在图3和图4中示出的转速传感器1基本上相当于在图1和图2中示出的转速传感器1。然而，根据图3和图4的转速传感器1包括具有两个另外的第一电极45的另外的第一探测单元38用于探测作用到第一结构5上的另外的第一力作用、具有两个另外的第二电极47的另外的第二探测单元39用于探测作用到第二结构7上的另外的第二力作用、具有两个另外的第三电极49的另外的第三探测单元41用于探测作用到第三结构9上的另外的第三力作用和具有两个另外的第四电极51的另外的第四探测单元43用于探测作用到第四结构11上的另外的第四力作用，这些力作用分别沿着基本上平行于第二轴线X的方向。在此，所述另外的第一力作用、所述另外的第二力作用、所述另外的第三力作用和所述另外的第四力作用由于转速传感器1的围绕基本上平行于第一轴线Z的轴线的转速而产生。在图3和图4中示出的所述两个另外的第一电极45、所述两个另外的第二电极47、所述两个另外的第三电极49和所述两个另外的第四电极51基本上板形地构造，基本上垂直于主延伸平面100地延伸并且分别至少部分地布置在相应结构5、7、9、11的相应缺口中。根据在图3和图4中示出的另外的实施方式，转速传感器1也包括第一耦合器件61、第二耦合器件63、第三耦合器件65和第四耦合器件67。在根据图3和图4的实施方式中第一、第二、第三和第四结构5、7、9、11通过耦合器件61、63、65、67的耦合相当于根据图1和图2的实施方式中的耦合。
优选地设置为，转速传感器1既包括第一探测单元23、第二探测单元29、第三探测单元31和第四探测单元33也包括所述另外的第一探测单元38、所述另外的第二探测单元39、所述另外的第三探测单元41和所述另外的第四探测单元43，使得根据这种实施方式既可以探测围绕第二轴线X的转速也可以探测围绕第一轴线Z的转速。
通过这里所描述的实施方式，使转速传感器1在第一频率和第二频率以振动的质量沿着基本上平行于驱动方向15的方向运行。在此通过PLL和ACG、尤其通过两个PLL和ACG实现在第一频率和第二频率的振动幅度的设定和振动频率的探测或驱动信号的调节。在施加转速的情况下，所述质量由于科里奥利力而与频率相关地获得同相和反相的运动。通过电极连接和信号预处理、例如解调和滤波或者说以第一频率和第二频率同步解调，可以获知转速。在第一频率的转速例如相当于第一探测单元23的电容与第四探测单元33的电容之和减去第二探测单元29的电容与第三探测单元31的电容之和。在第二频率的转速例如相当于第一探测单元23的电容与第二探测单元29的电容之和减去第三探测单元31的电容与第四探测单元33的电容之和。在调整放大系数之后，在这两个频率所获知的转速在无缺陷运行中必须是一致的。由此通过这两个转速的可信性验证实现可靠性的提升。在功能正常的情况下所获知的转速必须是一致的。

Claims (10)

1.转速传感器(1)，具有带有主延伸平面(100)的衬底(3)、至少一个相对于所述衬底(3)能运动的第一结构(5)、至少一个相对于所述衬底(3)并且相对于所述第一结构(5)能运动的第二结构(7)、至少一个相对于所述衬底(3)并且相对于所述第一结构(5)并且相对于第二结构(7)能运动的第三结构(9)和至少一个相对于所述衬底(3)并且相对于所述第一结构(5)并且相对于所述第二结构(7)并且相对于所述第三结构(9)能运动的第四结构(11)，其特征在于，所述转速传感器(1)如此包括驱动装置用于使所述第一结构(5)从所述第一结构(5)的静止位置中基本上平行于驱动方向(15)地偏移并且用于使所述第二结构(7)从所述第二结构(7)的静止位置中基本上平行于所述驱动方向(15)地偏移并且用于使所述第三结构(9)从所述第三结构(9)的静止位置中基本上平行于所述驱动方向(15)地偏移并且用于使所述第四结构(11)从所述第四结构(11)的静止位置中基本上平行于所述驱动方向(15)地偏移，使得所述第一结构(5)和所述第四结构(11)能够在第一频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于所述第二结构(7)和所述第三结构(9)基本上反相地振动，其中，所述第一结构(5)和所述第二结构(7)能够在第二频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于所述第三结构(9)和所述第四结构(11)基本上反相地振动。
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)包括第一探测单元(23)用于探测沿着与基本上垂直于所述主延伸平面(100)的第一轴线(Z)基本上平行的方向作用到所述第一结构(5)上的第一力作用、第二探测单元(29)用于探测沿着基本上平行于所述第一轴线(Z)的方向作用到所述第二结构(7)上的第二力作用、第三探测单元(31)用于探测沿着基本上平行于所述第一轴线(Z)的方向作用到所述第三结构(9)上的第三力作用和第四探测单元(33)用于探测沿着基本上平行于所述第一轴线(Z)的方向作用到所述第四结构(11)上的第四力作用，其中，所述第一力作用、所述第二力作用、所述第三力作用和所述第四力作用由于所述转速传感器(1)的围绕与基本上平行于所述主延伸平面(100)并且基本上垂直于所述驱动方向(15)的第二轴线(X)基本上平行的轴线的转速而产生。
3.根据权利要求2所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述第一探测单元(23)包括至少一个第一电极(37)用于探测作用到所述第一结构(5)上的所述第一力作用，所述第二探测单元(29)包括至少一个第二电极(39)用于探测作用到所述第二结构(7)上的所述第二力作用，所述第三探测单元(31)包括至少一个第三电极(41)用于探测作用到所述第三结构(9)上的所述第三力作用并且所述第四探测单元(33)包括至少一个第四电极(43)用于探测作用到所述第四结构(11)上的所述第四力作用，其中，所述第一电极(37)、所述第二电极(39)、所述第三电极(41)和所述第四电极(43)基本上板形地构造，其中，所述第一电极(37)、所述第二电极(39)、所述第三电极(41)和所述第四电极(43)基本上平行于所述主延伸平面(100)地延伸并且至少部分布置在所述衬底(3)和相应的所述结构(5、7、9、11)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述转速传感器(1)包括另外的第一探测单元(38)用于探测沿着与基本上平行于所述主延伸平面(100)并且基本上垂直于所述驱动方向(15)的第二轴线(X)基本上平行的方向作用到所述第一结构(5)上的另外的第一力作用、另外的第二探测单元(39)用于探测沿着基本上平行于所述第二轴线(X)作用到所述第二结构(7)上的另外的第二力作用、另外的第三探测单元(41)用于探测沿着基本上平行于所述第二轴线(X)作用到所述第三结构(9)上的另外的第三力作用和另外的第四探测单元(43)用于探测沿着基本上平行于所述第二轴线(X)作用到所述第四结构(11)上的另外的第四力作用，其中，所述另外的第一力作用、所述另外的第二力作用、所述另外的第三力作用和所述另外的第四力作用由于所述转速传感器(1)的围绕与基本上垂直于所述主延伸平面(100)的第一轴线(Z)基本上平行的轴线的转速而产生。
5.根据权利要求4所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述另外的第一探测单元(38)包括至少一个另外的第一电极(45)用于探测作用到所述第一结构(5)上的所述另外的第一力作用，所述另外的第二探测单元(39)包括至少一个另外的第二电极(47)用于探测作用到所述第二结构(7)上的所述另外的第二力作用，所述另外的第三探测单元(41)包括至少一个另外的第三电极(49)用于探测作用到所述第三结构(9)上的所述另外的第三力作用并且所述另外的第四探测单元(43)包括至少一个另外的第四电极(51)用于探测作用到所述第四结构(11)上的所述另外的第四力作用，其中，所述另外的第一电极(45)、所述另外的第二电极(47)、所述另外的第三电极(49)和所述另外的第四电极(51)基本上板形地构造，其中，所述另外的第一电极(45)、所述另外的第二电极(47)、所述另外的第三电极(49)和所述另外的第四电极(51)基本上垂直于所述主延伸平面(100)延伸并且分别至少部分布置在相应的所述结构(5、7、9、11)的至少一个缺口中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述转速传感器如此包括第一耦合器件(61)用于使所述第一结构(5)与所述第二结构(7)耦合，使得所述第一结构(5)和所述第二结构(7)能够被置于基本上同相的振动中和基本上反相的振动中，其中，所述转速传感器(1)如此包括第二耦合器件(63)用于使所述第一结构(5)与所述第三结构(9)耦合，使得所述第一结构(5)和所述第三结构(9)能够被置于基本上反相的振动中，其中，所述转速传感器(1)如此包括第三耦合器件(65)用于使所述第二结构(7)与所述第四结构(11)耦合，使得所述第二结构(7)和所述第四结构(11)能够被置于基本上反相的振动中，其中，所述转速传感器(1)如此包括第四耦合器件(67)用于使所述第三结构(9)与所述第四结构(11)耦合，使得所述第三结构(9)和所述第四结构(11)能够被置于基本上同相的振动中和基本上反相的振动zhong。
7.用于运行根据权利要求1至7中任一项所述的转速传感器(1)的方法，其特征在于，在第一方法步骤中借助于驱动信号使所述第一结构(5)、所述第二结构(7)、所述第三结构(9)和所述第四结构(11)基本上平行于所述驱动方向(15)地如此偏移，使得所述第一结构(5)和所述第四结构(11)在第一频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于所述第二结构(7)和所述第三结构(9)基本上反相地振动，其中，所述第一结构(5)和所述第二结构(7)在第二频率被激励而相对彼此基本上同相地振动并且相对于所述第三结构(9)和所述第四结构(11)基本上反相地振动。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在第二方法步骤中借助于所述第一探测单元(23)、所述第二探测单元(29)、所述第三探测单元(31)和所述第四探测单元(33)和/或借助于所述另外的第一探测单元(38)、所述另外的第二探测单元(39)、所述另外的第三探测单元(41)和所述另外的第四探测单元(43)获知至少一个探测信号。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在第三方法步骤中借助于以所述第一频率和所述第二频率的同步解调来预处理所述至少一个探测信号。
10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，在第四方法步骤中由预处理的所述至少一个探测信号获知能配属于所述第一频率的第一转速和能配属于所述第二频率的第二转速。
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