CN116075696A - 用于评估传感器的状态的方法以及传感器系统和用于运行传感器系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于评估传感器的状态的方法，其中，所述传感器具有能偏转的微机械传感器结构，所述微机械传感器结构用于探测物理输入参量并且用于将所述物理输入参量转化为电传感器信号，其中，所述传感器的环境介质直接或间接对所述微机械传感器结构起作用，其中，借助激励信号能使所述微机械传感器结构偏转，所述方法包括以下步骤：·借助驱动器单元生成激励信号，其中，所述激励信号至少具有幅度变化；·将所述激励信号输出到所述微机械传感器结构，·通过所述激励信号使所述微机械传感器结构偏转，·检测所述微机械传感器结构响应于所述激励信号的响应行为，·将所述响应行为与参考行为进行比较，以确定所述响应行为相对于所述参考行为的偏差度量，并且·基于所述偏差度量在沉积物的存在方面评估所述传感器的状态。本发明还涉及一种传感器系统和一种用于运行传感器系统的方法。

Description

用于评估传感器的状态的方法以及传感器系统和用于运行传感器系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于评估传感器的状态的方法，其中，所述传感器具有能偏转的微机械传感器结构，所述微机械传感器结构用于探测物理输入参量并且用于将所述物理输入参量转化为电传感器信号，其中，所述传感器的环境介质直接或间接对所述微机械传感器结构起作用，其中，借助激励信号能使所述微机械传感器结构偏转。

本发明还涉及一种相应的传感器系统和一种用于运行传感器系统的方法。

背景技术

在实践中经常使用MEMS(微机电系统)传感器。在此，使用物理输入参量对MEMS传感器的微机械传感器结构的影响并且检测和分析处理由此产生的电参量(例如电容)的变化。由于其小的尺寸，MEMS传感器可以特别好地集成到诸如智能手机、智能手表或健身追踪器的便携式设备中，但是也可以用于各种其他应用场景中，例如IoT(物联网，英语：Internet of Things)应用或汽车应用中。

如果微机械传感器结构暴露于环境介质，则在传感器或者说微机械传感器结构上可形成沉积物(Ablagerungen)，所述沉积物可干扰传感器的测量行为并且使所获得的测量值失真。即使通过保护剂(例如凝胶或油)保护微机械传感器结构免于直接接触周围环境并且环境介质因此仅间接地对微机械传感器结构起作用，该保护剂上的沉积物也可负面地影响测量行为。因此，已知能对这类沉积物作出反应的措施。

在一些传感器系统中，通过附加的探测装置识别出液体沉积物。为此，示例性地参阅WO2020/023414A1和US2019/0383688A1。这些方案的缺点是：由于补充了这类探测装置，传感器的空间需求和成本会升高。

在其他系统中，提供了重新校准传感器的可能性，利用所述可能性可以对传感器的改变的行为作出反应。在US2018/0052185A1中，基于对输入的电信号的响应(Reaktion)来求取转换器的传递函数。由此确定用于校准转换器的参数。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供了一种用于评估传感器的状态的方法，其中，所述传感器具有能偏转的微机械传感器结构，所述微机械传感器结构用于探测物理输入参量并且用于将所述物理输入参量转化为电传感器信号，其中，所述传感器的环境介质直接或间接对所述微机械传感器结构起作用，其中，借助激励信号能使所述微机械传感器结构偏转，所述方法包括以下步骤：

·借助驱动器单元生成激励信号，其中，所述激励信号至少具有幅度变化，

·将所述激励信号输出到所述微机械传感器结构，

·通过所述激励信号使所述微机械传感器结构偏转，

·检测所述微机械传感器结构响应于所述激励信号的响应行为(Antwortverhaltens)，

·将所述响应行为与参考行为进行比较，以确定所述响应行为相对于所述参考行为的偏差度量，并且

·基于所述偏差度量在沉积物的存在方面评估所述传感器的状态。

在另一个实施方式中，本发明提供了一种传感器系统，其至少包括：

·具有能偏转的微机械传感器结构的传感器，所述微机械传感器结构用于探测物理输入参量并且用于将所述物理输入参量转化为电传感器信号，其中，所述传感器的环境介质直接或间接对所述微机械传感器结构起作用，其中，借助激励信号能使所述微机械传感器结构偏转，

·驱动器单元，所述驱动器单元构造为用于生成和输出激励信号，其中，所述激励信号至少具有幅度变化，

·分析处理单元，所述分析处理单元构造为用于求取所述微机械传感器结构响应于所述激励信号的响应行为并且用于基于所述响应行为与参考行为的比较形成偏差度量，以及

·评估单元，所述评估单元构造为用于基于所述偏差度量在沉积物的存在方面评估所述传感器的状态。

在又一个实施方式中，本发明提供了一种用于运行根据这里所描述的实施方式的传感器系统的方法，其中，检测物理输入参量并且将其转化为电传感器信号，其中，优选以规律的时间间隔自动地和/或事件发起地和/或由主机系统发起地执行这里所描述的用于评估传感器的状态的方法的实施方式。

当环境介质直接或间接对微机械结构起作用时，沉积物能够由该环境介质形成在微机械传感器结构上或该微机械传感器结构附近。沉积物可能导致，与微机械传感器结构相互作用的质量发生变化。沉积物也可改变微机械传感器结构的柔性，如果例如微机械传感器结构的可旋转性(Drehbarkeit)或振动路径受损。这种示例性且不是穷举的列举示出，沉积物会影响微机械传感器结构的机械特性和/或电特性并且振动的特性参量(例如振动频率、固有频率、阻尼、振幅和/或相位)由于沉积物而可能发生变化。如果微机械传感器结构利用已知的激励信号被动态地激励并且响应于该激励信号的响应行为被检测，则因此能够得出关于沉积物的存在的结论。

“环境介质”是一种介质，该介质包围传感器并且直接或间接对微机械传感器结构起作用。这通常意味着，微机械传感器结构未封装在壳体中，而是环境介质能够从传感器外部到达微机械传感器结构处。在一个构型中，环境介质包括空气或一般而言包括气体。在另一个构型中，环境介质包括液体、例如水。在实践中，环境介质不是纯的。因此，空气例如通常包括蒸发的液体、灰尘和其他颗粒。

“沉积物”能够包括液体(例如水、油、汗液或其他体液)、固体(例如污垢、盐、颗粒或纤维)、刚性结构(例如生物膜)和/或其他物质/结构。在此，沉积物可以直接由环境介质形成，例如通过湿气的凝结。然而，也可能的是，沉积物通过化学和/或生物过程由环境介质形成。大多数情况下，这意味着，一种沉积物由另一种沉积物形成。沉积物可以仅暂时存在。因此，由环境介质凝结的液体可以再次蒸发。然而，沉积物也可以持久存在，即需要清洁过程或其他措施来再次去除沉积物。

术语“响应行为”完全一般而言地涉及微机械传感器结构对激励信号的机械和/或电反应。这种响应行为能够通过各种参数来表征。在一个构型中，在此使用频率、幅度、相位(关于激励信号或也在电流和电压之间)、阻尼、频谱分量和/或时间变化过程。

相应地，术语“参考行为”应当一般地理解，其中，参考行为表征传感器的已知状态。参考行为可以由一个参数或一个参数集合来描述。可设想，响应行为和参考行为由相同的参数表征，这能够实现响应行为与参考行为的简单的可比较性。然而，也可设想，将参考行为的参数换算成响应行为的参数，或者反之亦然。

“将响应行为与参考行为进行比较”和“确定偏差度量”能够以不同的方式进行。确定出：检测到的响应行为有多“接近”已知的参考行为，或者，检测到的响应行为距离已知的参考行为多“远”。与此相应地，偏差度量表示在检测到的响应行为和参考行为之间的“距离”。由于由参考行为表征的参考的状态是已知的，因此偏差度量描述当前研究的传感器的状态距离该参考的状态多近或多远。因此，检查响应行为与参考行为如何好地匹配。以这种方式，可以对检测到的响应行为进行分类并且执行对传感器的状态的评估。

本发明的其他特征、优点和其他实施方式在下文中得到描述或由此变得显而易见。

在一个构型中，在检测响应行为的步骤中，检测所述微机械传感器结构对所述激励信号的反作用。在此利用了：微机械传感器结构或者说其对激励信号的反应可以以能测量的方式影响激励信号的一个或多个特性参量。这种影响能够被检测到并且用作响应行为的度量。在一个构型中，通过分析电流和电压之间的关系、例如通过求取机械阻抗、电阻抗或品质因子来求取反作用。在一个构型中，基于频率、例如通过求取固有频率或共振频率来求取反作用。由微机械传感器结构对激励信号的反作用检测响应行为提供这种优点：简化了分析处理和所需的分析处理单元。

在能够替代或附加于检测微机械传感器结构的反作用执行的一个构型中，在检测响应行为的步骤中检测响应信号，其中，在通过所述激励信号使所述微机械传感器结构偏转时，所述响应信号由所述传感器的传感器信号形成。该响应信号具体地如何生成取决于传感器本身和布线的类型。如果传感器例如是惠斯通电桥的组成部分，则将激励信号施加到惠斯通电桥的端部并且传感器信号将由电桥电压形成。传感器信号的生成的其他类型从实践中充分已知。单独检测用于表示响应行为的传感器信号提供这种优点：激励信号可以更短，这对能量消耗和所需的测量时间有积极影响。尤其是在传感器的测量运行的间歇中检测响应行为时，还能够实现协同效应，因为分析处理单元既可以用于检测响应行为，又可以用于提供或者说获得物理输入参量的测量值。

在检测响应信号的一个构型中，在生成激励信号的步骤中，能够将所述激励信号如此匹配，使得探测到期望的响应信号。由此能够简化对响应行为的分析处理。

激励信号至少具有幅度变化，使得不应使用静态激励信号并且微机械传感器结构应被动态地偏转。这个幅度变化具体如何发生不是决定性的。

在一个构型中，将所述激励信号生成为单个脉冲、多个脉冲、具有恒定或可变频率的周期性振动和/或不同成形的单个或重复的模式。在此，所述激励信号能够叠加有直流电压，从而在一些传感器中能够将微机械传感器结构置入更高灵敏度的范围中。单个脉冲或多个脉冲意味着从静止位置出来的一次或多次短时变化。例如，静止位置可以位于0伏，激励信号从该静止位置开始在毫秒范围内矩形地移动到更高或更低的电压上，例如1.4伏或0.8伏。以这种方式，能够以小的开销生成激励信号。激励信号作为振动的构型可以包括周期性可变的信号。在此，振动可以采纳各种形式。示例性但不限于此地，提及矩形、正弦形、锯齿形或三角形的信号。在使用具有可变频率的振动时，可以使用几个离散的频率步进，所述频率步进相继被采纳。然而，也可设想，频率(类似)连续地增加或减少。以这种方式，激励信号可以匹配于不同的可能沉积物。激励信号作为不同成形的单个或重复的模式的构型可以通过激励信号的不同部分的序列形成。在此，一部分可以通过信号间歇与后续的一部分分开。在一个构型中，这类模式通过具有第一频率的第一部分、信号间歇、具有第二频率的第二部分、信号间歇和具有第三频率的第三部分形成。在一个构型中，这类模式通过以脉冲形式的第一部分、信号间歇和以周期性振动形式的第二部分形成。可能构型的这些示例示出，对模式的使用能够是如何灵活的。这类模式可以输出一次或重复地输出。模式的使用可以实现和/或改善不同沉积物的可区分性。激励信号的构型的具体选择可以基于实验、计算和/或模拟实现。因此，确定的激励信号能够比识别第二沉积物更适合于识别第一沉积物。根据预期的沉积物，可以选择具有确定的幅度、频率、形状和变化过程的具体激励信号。

在一个构型中，在检测响应行为的步骤中，能够确定传感器信号的频率、传感器信号的幅度、共振频率、品质因子、机械阻抗、电阻抗、固有频率和/或所述微机械传感器结构的响应行为的其他特性参量。因此能够以极其多样的方式求取响应行为。

在一个构型中，所述参考行为表示所述传感器的正常状态，并且，在将响应行为与参考行为进行比较的步骤中，评估所述微机械传感器结构距离所述正常状态多远和/或是否存在所述传感器的错误状态。如果偏差度量低于预定义的极限值，则可判定存在正常状态。如果偏差度量高于预定义的极限值，则可判定存在错误状态，其中，允许正常状态的极限值不同于错误状态的极限值。在此，也能够定义偏差度量的中间范围，在该中间范围内，一个范围可以在正常状态和错误状态之间。通过与正常状态进行比较，能够识别出：如果传感器被如此阻塞，使得微机械传感器结构仅受限地运动或甚至根本不再运动。

在一个构型中，所述参考行为表示受沉积物影响的微机械传感器结构，其中，所述沉积物优选由液体、固体或固定结构形成。在此，在将响应行为与参考行为进行比较的步骤中，评估所述微机械传感器结构的行为有多接近受所述沉积物影响的微机械传感器结构的行为。如果偏差度量低于预定义的极限值，则能够判定存在由参考行为表征的沉积物。也可设想，将一个或多个响应行为与多个这类参考行为进行比较。以这种方式能够在多个沉积物之间进行区分。

关于使用参考行为的这些构型也可以组合。在这类组合中，首先能够利用表征传感器的正常状态的参考行为来检查，是否存在关于传感器的一般问题。如果这可以被否认，则可以继续进行与表征沉积物的一个或多个参考行为进行比较。参考行为在此可以以不同的方式获得。在一个构型中，可以在初始测量时确定参考行为，这尤其对于与正常状态的比较而言是有利的。在一个构型中，参考行为可以在先前测量时已被确定。以这种方式可以求取，传感器的状态是否恶化。另一方面，在较早的测量中识别到沉积物时，可以复查沉积物是否仍然存在或者在此期间例如由于蒸发或清洁而不再存在。

表征沉积物的参考行为可以被记录在具体待评估的传感器上，其方式是，有意识地生成确定的沉积物，例如通过施加液体沉积物。然而，这类参考行为也能够在构造相同的传感器上进行测量时、在模拟时和/或通过计算已经被确定出。

参考行为可以由一个或多个测量点定义，并且可以由一个或多个已知的测量点进行内插或外推。

在识别到沉积物和/或不存在正常状态时，可以不同地作出反应。在一个构型中，在评估传感器的状态的步骤中，根据所述参考行为和所述偏差度量求取所获得的传感器数据的可靠性和/或获得用于错误修正的度量。替代地或附加地，在评估传感器的步骤中触发附加措施，优选恢复正常状态、状态更新、停用所述传感器和/或缓解措施。为了用信号通知沉积物或错误状态，能够使用与传感器连接的主机系统。

在一个构型中，高能激励信号可用于，经由微机械传感器结构的适当偏转来恢复正常状态。微机械传感器结构的这类“适当偏转”能够引起已由沉积物形成的固定结构的分裂或去除沉积物。因此，这些改变可以逐渐消失并且响应行为可以接近正常状态。在本上下文中，“高能信号”意味着，该信号引起超出在测量期间的偏转的偏转。根据沉积物的尺寸和/或类型，这种偏转可以达到微机械结构的负载极限。

在一个构型中，评估所述传感器的状态和触发附加措施优选以调节回路的形式来执行。如果识别到需要修正的状态，则触发附加措施并且通过所述方法的构型复查这些措施是否成功。如果仍然存在修正需求，则重新触发附加措施，依此类推。尤其是在通过恢复正常状态、例如借助高能振动的附加措施的情况下，能够以这种方式检查这些措施是否实际上能够恢复正常状态。

在传感器系统的一个构型中，分析处理单元是所驱动器单元的组成部分。这个构型尤其合适，如果由微机械传感器结构对激励信号的反作用求取响应行为。

在传感器系统的一个构型中，所述驱动器单元和所述分析处理单元构造为单独的单元。这个构型尤其合适，如果由传感器信号获得响应行为。

在一个构型中，所述驱动器单元和所述分析处理单元构造成，在测量运行期间用于提供所述物理输入参量的测量值并且在所述测量运行的间歇中用于评估所述传感器的状态。以这种方式，对传感器的状态的复查不限于在制造传感器之后立即进行的最终检查。反之，复查能够在传感器的持续运行中并且在相应的应用场景中进行。测量运行的间歇并不一定意味着，将传感器置于一种“维护模式”中。反之，测量运行的间歇总是在恰好没有检测到测量值时被提供。由于传感器通常并非持续地获得测量值，而是在测量值的检测之间通常存在例如为几毫秒、一秒或几秒或者在分钟范围内的间歇，因此大多数情况下保留能够用于复查状态的足够间隙。

在一个构型中，传感器系统包括主机系统，其中，所述主机系统经由接口与所述分析处理单元和/或所述评估单元通信地连接。这个主机系统能够构造为用于，启动对所述传感器的状态的评估和/或至少实现所述评估单元的部分。

在一个构型中，传感器系统构型为用于执行根据本发明的方法。在此，所述方法能够以规律的时间间隔执行。所述方法的执行能够自动地、通过具体事件或由与传感器连接的主机系统触发。自动触发可以包括：在经过预定义的时间段之后执行对传感器的状态的评估。这个时间段可以包括一天或几天、一小时或几小时、30分钟、15分钟或者一分钟或几分钟，仅举若干个可设想的示例。具体事件可以通过启动传感器的电子器件、从静止状态到活动状态的切换(或反之亦然)或在触发寄存器中存在特殊值来形成。后者也可以被主机系统用来触发所述方法的执行。然而，主机系统也可具有不同类型的接口，以便触发对传感器的状态的检查。

本发明的其他重要特征和优点由从属权利要求、附图和与之相关的基于附图的附图描述得出。

不言而喻，在不脱离本发明的范畴的情况下，上面提到的特征和下面仍将阐释的特征不仅可以以各个给出的组合使用，而且可以以其他组合或单独使用。

本发明的优选实施方案和实施方式在附图中示出并且在以下描述中被更进一步地阐述，其中，相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的构件或元件。

附图说明

在此示出

图1具有微机械传感器结构的传感器的示意性剖面图，

图2带有在微机械传感器结构上作为沉积物的液滴的、根据图1的传感器的示意性剖面图，

图3具有根据本发明的传感器系统的构型的元件的电路图，

图4根据本发明的用于评估传感器的状态的方法的构型的流程图，

图5具有用于生成参考行为的步骤的流程图，

图6具有根据本发明的传感器系统的实施例的功能单元的方框图，以及

图7具有调节回路的根据本发明的方法的构型的流程图。

具体实施方式

图1和图2示出具有微机械传感器结构2的传感器1的示意性剖面图，该传感器能够结合本发明使用。传感器1由压力传感器形成，该压力传感器包括能偏转的微机械传感器结构2。传感器结构2包括弹动悬挂的电极3以及两个固定布置的参考电极4和两个固定布置的测量电极5。电极3与两个测量电极5一起形成两个传感器电容装置并且与两个参考电极一起形成两个参考电容装置。传感器电容装置和参考电容装置互连为惠斯通电桥。传感器1是传感器系统10的一部分，该传感器系统附加地包括用于生成激励信号以用于偏转弹动悬挂的电极3的驱动器单元14。偏转被表示为虚线。微机械传感器结构2布置在朝向上方开口的壳体6中并且由保护剂7(例如凝胶)保护。由此，包围传感器1的环境介质8间接地对微机械传感器结构2起作用。如果环境介质8的压力发生变化，则这种变化的压力影响电极3相对于测量电极5的距离，从而由微机械传感器结构形成的电容装置以能测量的方式变化。

传感器系统还包括分析处理单元和评估单元，所述分析处理单元和评估单元在ASIC(专用集成电路，英语：Application Specific Integrated Circuit)36中实现并且也位于壳体6中。该分析处理单元构造为用于求取微机械传感器结构2响应于激励信号的响应行为并且用于基于响应行为与参考行为的比较来形成偏差度量。该评估单元构造为用于基于该偏差度量在沉积物的存在方面评估传感器1的状态。

在图2中呈现了一种情况，其中，在保护剂7上已形成了沉积物9。在所呈现的情况中，沉积物9由水滴形成。这个沉积物9会影响传感器1的测量。激励信号能够使电极3不那么强地偏转，这由图1和图2中的弹动悬挂的电极3的偏转的不同幅度表明。利用这里所描述的方法能够求取这种沉积物的存在。

图3示出具有根据本发明的传感器系统的实施例的元件的电路图。传感器系统10包括传感器1，该传感器包括在惠斯通全电桥中互连的四个电容装置11、12：取决于外部压力的两个传感器电容装置11和两个参考电容装置12。在惠斯通电桥的端部13处输入激励信号20，该激励信号由驱动器单元14生成和输出。将惠斯通电桥的电桥电压U_B输入到分析处理单元15中。

驱动器单元14包括参考电压源16、斩波电路17和偏置电压源18。由参考电压源16生成的参考电压被输入到斩波电路17中，该斩波电路基于斩波信号19生成并且输出激励信号20。激励信号20在参考电压和低电平之间交替，该低电平在这种情况下由反向的参考电压形成。偏置电压源18能够用于将激励信号20移动至更高或更低的电压。

分析处理单元15包括整流器21、放大器22和模拟数字转换器23。在惠斯通电桥上分接的电桥电压U_B被输入到整流器21中并且在那里被整流成正电压。在所呈现的情况中，这在使用斩波信号19的情况下实现。经整流的信号被输入到放大器22中，并且由放大器22放大的信号通过模拟数字转换器23被转换为数字传感器信号24。这个数字传感器信号24被输入到比较器25中，在该比较器中从数字传感器信号24中提取响应行为并且将该响应行为与参考行为进行比较。以这种方式确定的偏差度量26被输入到评估单元27中。在那里，基于偏差度量在沉积物的存在方面评估传感器的状态。

图4示出具有用于评估传感器的状态的方法的实施例的步骤的流程图。在步骤S1中，触发该方法的执行。这能够例如通过主机系统实现。在步骤S2中，生成激励信号。在所呈现的实施例中，存在关于能够如何生成这种激励信号的不同选择。根据步骤S2.1，生成单个脉冲。根据步骤S2.2，生成多个脉冲。根据步骤S2.3，生成激励信号，该激励信号在固有模式中动态地激励微机械传感器结构。在步骤S2.4的两个部分中，静态偏转由偏置电压生成(步骤S2.4.1)，该偏置电压被添加至在固有模式中动态激励的激励信号(步骤S2.4.2)。在步骤S2.5中，生成其他激励信号，例如频率增加的正弦形激励信号。在步骤S3中，将所生成的激励信号提供到微机械传感器结构上并且以此引起微机械传感器结构的偏转。

在步骤S4中，检测微机械传感器结构对激励信号的响应行为。这种响应行为根据步骤S4.1由微机械传感器结构对激励信号的反作用进行平均，例如通过确定质量因子或通过确定阻抗。在替代步骤S4.1或与其并行执行的步骤S4.2中，检测传感器信号并且从中检测响应行为。

所检测的响应行为在步骤S5中与参考行为进行比较，该参考行为表征传感器的正常状态。在进行比较时，确定偏差度量，该偏差度量为了识别正常状态而必须小于预定义的第一极限值。在步骤S6中，检查是否存在正常状态。如果是这种情况(“Yes”；来自步骤S6的左侧分支)，则在步骤S7中继续信任传感器的测量值并且此后结束该方法。如果不存在正常状态(“No”，来自步骤S6的右侧分支)，则接着进行进一步复查。

作为该进一步复查的第一步骤，在步骤S8中首先检查是否存在一般的功能故障。为此能够检查，在响应行为和表征传感器的正常状态的参考行为之间的距离是否超过预定义的第二极限值。替代地，能够将响应行为与表征传感器的错误行为的其他参考行为进行比较。如果存在功能故障(“Yes”；来自步骤S8的左侧分支)，则不再信任传感器的进一步测量值(步骤S9.1)。替代地或附加地，在步骤S9.2中能够触发传感器的电子器件的重新启动，这在许多情况下能够消除功能故障。在步骤S9.1或者说S9.2之后结束该方法。

如果不存在功能故障(“No”；来自步骤S8的右侧分支)，则在步骤10中检查是否存在沉积物。为此，将检测到的响应行为与表征在传感器上的沉积物的一个(或也多个)另外的参考行为进行比较。如果响应行为可以与研究的沉积物之一相关联(“Yes”；来自步骤S10的左侧分支)，则在步骤S11.1中求取沉积物的类型并且在步骤S11.2中求取沉积物的质量。根据沉积物的尺寸，可以不信任由传感器生成的测量值(步骤S12.1)或引入对生成的测量值的补偿(步骤S12.2)。如果检测到的响应行为无法与另外的参考行为之一相关联(“No”；来自步骤S10右侧分支)，则通常在步骤13中不信任由传感器生成的测量值。

在图5中示出具有步骤的流程图，所述步骤可以用于生成参考行为。在步骤S14中，首先使用有完全功能能力的且不具有沉积物的传感器。该传感器被加载以激励信号并且检测响应行为。在步骤S15中，通过粘住例如微机械结构来有意识地引起传感器的功能故障。在此，微机械传感器结构也被加载以激励信号并且检测响应行为。在步骤S16中，在原则上有功能能力的传感器上有意识地生成沉积物，其方式是，施加例如水滴。在此，微机械传感器结构也被加载以激励信号并且检测响应行为。在步骤S17中，存储参考行为。这些参考行为能够由传感器在各个已知的状态(正常状态、粘住、沉积物1、沉积物2，...)下的响应行为形成。也可设想，仍然换算所述响应行为，例如利用由多次测量和/或针对多个不同的传感器求平均值和/或利用对获得的值进行归一化。

图6示出具有根据本发明的传感器系统的实施例的功能单元的方框图。传感器系统10包括传感器1，该传感器能够由驱动器单元14加载以激励信号20。转换器单元28从传感器1得到传感器信号并且从中生成数字化的测量值，模拟前端、模拟数字转换器和可能用于准备传感器信号的其他单元综合在该转换器单元中。将这个数字化的测量值输入到数字信号处理装置29中，该数字信号处理装置一方面控制激励信号20的生成，另一方面分析处理该数字化的测量值并且求取传感器1的响应行为。数字信号处理装置29与数字核心30连接，该数字核心执行对响应行为的进一步处理和对传感器1的状态的评估。为此，数字核心30能够动用微控制器31并且从非易失性存储器32加载数据，例如参考行为。结果能够经由数字接口33输出。上述各个功能单元由电压供应装置34供应以能量。数字接口33能够用于与主机系统35通信。

在图7中示出具有调节回路的方法的构型的流程图。在步骤S18中，将激励信号提供到微机械传感器结构上，检测微机械传感器结构的响应行为并且确定在响应行为和参考行为之间的偏差度量。在步骤19中，使用偏差度量来评估传感器的状态。如果在此证明存在需要修正的与正常状态的偏差或应减少它们的影响，则在步骤S20中引入附加措施。在当前情况中，这些附加措施包括生成高能振动，从而能够分裂沉积物。为了评估这些附加措施的有效性，返回步骤S18和S19并且重新评估状态。当状态再次是正常状态或该状态已接近正常状态时，退出循环。能够设置循环计数器，该循环计数器对循环的每次运行进行计数并且在超过预给定的运行次数时中断循环并且输出错误。

尽管已经基于优选实施例描述了本发明，但是本发明不限于此，而是可以以各种方式进行修改。

Claims (16)

1.一种用于评估传感器的状态的方法，其中，所述传感器(1)具有能偏转的微机械传感器结构(2)，所述微机械传感器结构用于探测物理输入参量并且用于将所述物理输入参量转化为电传感器信号，其中，所述传感器(1)的环境介质(8)直接或间接对所述微机械传感器结构(2)起作用，其中，借助激励信号(20)能使所述微机械传感器结构(2)偏转，所述方法包括以下步骤：

·借助驱动器单元(14)生成激励信号(20)，其中，所述激励信号(20)至少具有幅度变化，

·将所述激励信号(20)输出到所述微机械传感器结构(2)，

·通过所述激励信号(20)使所述微机械传感器结构(2)偏转，

·检测所述微机械传感器结构(2)响应于所述激励信号(20)的响应行为，

·将所述响应行为与参考行为进行比较，以确定所述响应行为相对于所述参考行为的偏差度量，并且

·基于所述偏差度量在沉积物(9)的存在方面评估所述传感器(1)的状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测所述响应行为的步骤中，检测所述微机械传感器结构(2)对所述激励信号(20)的反作用。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在检测所述响应行为的步骤中，检测响应信号，其中，在通过所述激励信号(20)使所述微机械传感器结构(2)偏转时，所述响应信号由所述传感器(1)的传感器信号形成。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在生成激励信号(20)的步骤中，将所述激励信号(20)如此匹配，使得探测到期望的响应信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将所述激励信号(20)生成为单个脉冲、多个脉冲、具有恒定或频率可变频率的周期性振动和/或不同成形的单个或重复的模式，其中，所述激励信号优选叠加有直流电压。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在检测响应行为的步骤中，确定传感器信号的频率、传感器信号的幅度、共振频率、品质因子、机械阻抗、电阻抗、固有频率和/或所述微机械传感器结构(2)的响应行为的其他特性参量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考行为表示所述传感器(1)的正常状态，并且，在将所述响应行为与所述参考行为进行比较的步骤中，评估所述微机械传感器结构(2)距离所述正常状态多远和/或是否存在所述传感器(1)的错误状态。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考行为表示受沉积物(9)影响的微机械传感器结构(2)，其中，所述沉积物(9)优选由液体、固体或固定结构形成，并且，在将所述响应行为与所述参考行为进行比较的步骤中，评估所述微机械传感器结构(2)的行为有多接近受所述沉积物(9)影响的微机械传感器结构(2)的行为。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在初始测量时、在先前测量时、在构造相同的传感器上进行测量时、在模拟时和/或通过计算已确定出所述参考行为。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在评估所述传感器(1)的状态的步骤中，根据所述参考行为和所述偏差度量求取所获得的传感器数据的可靠性和/或获得用于错误修正的度量。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在评估所述传感器的步骤中触发附加措施，优选恢复正常状态、状态更新、停用所述传感器和/或缓解措施，其中，评估所述传感器的状态和触发附加措施优选以调节回路的形式来执行。

12.一种传感器系统，其至少包括：

·具有能偏转的微机械传感器结构(2)的传感器(1)，所述微机械传感器结构用于探测物理输入参量并且用于将所述物理输入参量转化为电传感器信号，其中，所述传感器(1)的环境介质(8)直接或间接对所述微机械传感器结构(2)起作用，其中，借助激励信号(20)能使所述微机械传感器结构(2)偏转，

·驱动器单元(14)，所述驱动器单元构造为用于生成和输出激励信号(20)，其中，所述激励信号(20)至少具有幅度变化，

·分析处理单元(15)，所述分析处理单元构造为用于求取所述微机械传感器结构(2)响应于所述激励信号(20)的响应行为并且用于基于所述响应行为与参考行为的比较形成偏差度量，以及

·评估单元(27)，所述评估单元构造为用于基于所述偏差度量在沉积物(9)的存在方面评估所述传感器(1)的状态。

13.根据权利要求12所述的传感器系统，其特征在于，所述驱动器单元(14)和所述分析处理单元(15)构造为单独的单元，或所述分析处理单元(15)是所述驱动器单元(14)的组成部分。

14.根据权利要求12或13所述的传感器系统，其特征在于，所述驱动器单元(14)和所述分析处理单元(15)构造成，在测量运行期间用于获得所述物理输入参量的测量值并且在所述测量运行的间歇中用于评估所述传感器(1)的状态。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的传感器系统，其特征在于主机系统(35)，其中，所述主机系统(35)经由接口(33)与所述分析处理单元(15)和/或所述评估单元(27)通信地连接，其中，所述主机系统(35)构造为用于，启动对所述传感器(1)的状态的评估和/或至少实现所述评估单元(27)的部分。

16.一种用于运行根据权利要求12至15中任一项所述的传感器系统的方法，其中，检测物理输入参量并且将其转化为电传感器信号，其特征在于，优选以规律的时间间隔自动地和/或事件发起地和/或由主机系统(35)发起地执行根据权利要求1至11中任一项所述的用于评估传感器(1)的状态的方法。

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