CN118049981A - 运行器设备、电容式传感器和运行电容式传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电容式传感器的运行器设备，所述运行器设备具有电子装置，借助所述电子装置，在考虑至少第一恒定电压、在在所述振动质量与所述至少一个电极之间施加第一恒定电压的情况下所述振动质量的第一谐波振荡沿着与所述振动质量和所述至少一个电极在中心相交的空间方向的第一固有频率、第二恒定电压和在在所述振动质量与所述至少一个电极之间施加第二恒定电压的情况下所述振动质量的第二谐波振荡沿着与所述振动质量和所述至少一个电极在中心相交的空间方向的第二固有频率的情况下，能够决定所述振动质量与所述至少一个电极之间的实际间隙间距和/或关于所述电容式传感器的敏感度的实际参量。

Description

运行器设备、电容式传感器和运行电容式传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电容式传感器的运行器设备和一种电容式传感器。另外，本发明涉及一种用于运行电容式传感器的方法。
背景技术
由现有技术已知电容式传感器，例如在DE 10 2014 211 646 A1中公开的转速传感器。这种类型的电容式传感器具有至少一个振动质量和至少一个探测器电极，该探测器电极以不能够调整的方式紧固在电容式传感器上和/或中，使得静止的或者被置于谐波驱动振荡中的相应的振动质量的由外力触发的、相对于分别配属的探测器电极的偏转能够被探测到。可选地，这种类型的电容式传感器也还可以具有至少一个驱动电极，该驱动电极以不能够调整的方式紧固在电容式传感器上和/或中，由此该电容式传感器的至少一个振动质量可以借助在相应的振动质量与配属的至少一个驱动电极施加的电压被置于谐波驱动振荡中。
发明内容
本发明提出一种用于电容式传感器的运行器设备、一种电容式传感器和一种用于运行电容式传感器的方法。
本发明的优点
本发明提出用于可靠地确定电容式传感器的振动质量与相同的电容式传感器的至少一个电极之间的实际间隙间距和/或关于电容式传感器的敏感度的实际参量的有利的可能性。如根据下面的描述可以清楚看出的那样，借助本发明，可以可靠地确定振动质量与至少一个相邻的电极之间的实际间隙间距和/或关于敏感度的实际参量，而无需扩展相应的电容式传感器的硬件。尤其是，在利用本发明的情况下，省去常规的用于给相应的电容式传感器配备至少一个附加的电极的必要性，该附加的电极仅用于测量实际间隙间距和/或关于敏感度的实际参量，但是不可以进一步用于运行该电容式传感器。因此，本发明也能够通过省去这种类型的电极类型实现电容式传感器的小型化。因此，本发明也有助于简化使用该发明的电容式传感器的设计。另外，如根据下面的描述可以清楚看出的那样，本发明可以借助相对较成本有利的且需要相对少的结构空间的电子装置来实施。
振动质量与至少一个相邻的电极之间的能够借助本发明可靠地确定的实际间隙间距和关于电容式传感器的敏感度的能够替代地或者补充地确定的实际参量，不仅适合用于求取相应的电容式传感器的应力负载的影响，还适合用于重新设定/再校准电容式传感器以便最小化或者消除应力负载的影响。这种类型的“能够被校正的(herauskorrigierbare)”应力负载例如是通过焊接过程对电容式传感器的机械作用、通过借助模塑质量对该电容式传感器的注塑包封对电容式传感器的机械作用、电容式传感器暴露在湿气中和/或外力对电容式传感器的作用。常规地，这种类型的应力负载通常导致相应的电容式传感器的振动质量与至少一个相邻的电极之间的实际间隙间距的变化和/或相应的电容式传感器的敏感度的变化。然而，如根据下面的描述可以清楚看出的那样，尽管相应的电容式传传感器暴露在改变实际间隙间距和/或敏感度的应力负载中，借助本发明可以随后如此重新设定/再校准相应的电容式传感器，使得仍然确保相应的电容式传感器的可靠运行。
在运行器设备的一种有利的实施方式中，电子装置这样设计和/或编程，使得借助该电子装置，在考虑第一恒定电压U1、第一固有频率f1、第二恒定电压U2和第二固有频率f2的情况下，能够根据下述等式决定(festlegbar)振动质量与至少一个电极之间的实际间隙间距其中，常数K1保存在运行器设备的存储器装置上。因此，借助电子装置的在此描述的设计，可以可靠地求取“真实的”实际间隙间距d或该实际间隙间距由于机械应力作用引起的变化。
替代地或者补充地，电子装置也可以这样设计和/或编程，使得借助该电子装置，在考虑第一恒定电压U1、第一固有频率f1、第二恒定电压U2和第二固有频率f2的情况下，能够根据下述等式决定电容式传感器的至少一个电极的响应敏感度Se作为关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se：其中，常数K2保存在运行器设备的存储器装置上。响应敏感度Se(电敏感(Electrical Sensitivity))对电容式传感器的(总)敏感度具有重要影响。因此，借助电子装置单元的在此描述的构造能够相对准确地确定该响应敏感度，是非常有利的。
作为有利的扩展方案，电子装置可以这样设计和/或编程，使得借助该电子装置，能够将所决定的实际间隙间距作为参考间隙间距和/或所决定的关于电容式传感器的敏感度的实际参量作为参考参量存储在运行器设备的存储器装置上至少一次，并且在至少一个更晚的时间点，能够将在相应的时间点重新决定的实际间隙间距与参考间隙间距和/或将在相应的时间点重新决定的关于电容式传感器的敏感度的实际参量与参考参量进行比较。因此，不仅在相应的电容式传感器的进一步处理过程期间，还在该电容式传感器的整个使用寿命期间，借助重新决定的实际间隙间距与参考间隙间距的比较和/或借助重新决定的实际参量与参考参量的比较，可以始终反复研究，振动质量与至少一个电极之间的“真实的”间隙间距是否发生变化。
优选地，在这种情况下，电子装置附加地这样设计和/或编程，使得借助该电子装置，在考虑与参考间隙间距进行比较的实际间隙间距和/或与参考参量进行比较的实际参量的情况下，并且在附加地考虑保存在运行器设备的存储器装置上的、关于电容式传感器的信号路径的目标增益因数的目标参量的情况下，能够这样设定或者调节在信号路径中的至少一个增益装置，使得信号路径的实际增益因数相应于所述目标参量。通过了解“真实的”间隙间距和/或电容式传感器的改变的敏感度，可以这样补充调节该电容式传感器的信号路径，使得该电容式传感器的所得的功能能力优化。
在具有这种类型的运行器设备的电容式传感器的情况下，也确保上文描述的优点。
电容式传感器可以是例如转速传感器。因此，本发明能够用于通常使用的传感器类型。然而，应指出的是，本发明的可使用性不局限于转速传感器。
相对应的用于运行电容式传感器的方法的实施也实现上文描述的优点。应指出的是，该方法可以根据运行器设备的上文阐述的实施方式来扩展。
优选地，在考虑至少第一恒定电压、所确定的第一固有频率、第二恒定电压和所确定的第二固有频率的情况下，确定振动质量的与电压有关的固有频率的频率变化梯度，其中，在考虑所确定的频率变化梯度的情况下，决定振动质量与至少一个电极之间的实际间隙间距和/或关于电容式传感器的敏感度的实际参量。在此描述的方式能够相对可靠且无误差地决定实际间隙间距和/或关于电容式传感器的敏感度的实际参量。
在该方法的一种有利的实施方式中，在振动质量置于或者被置于具有驱动固有频率的共振谐波驱动振荡中期间，为了确定第一固有频率并且至少还为了确定第二固有频率，以变化的测试频率在振动质量与电容式传感器的至少一个正交电极之间分别施加可变的交流电压，并且研究，在哪个测试频率的情况下振动质量借助所述可变的交流电压被置于共振振荡中。这能够可靠地确定第一固有频率并且至少还能够可靠地确定第二固有频率。
替代地，在振动质量置于或者被置于具有驱动固有频率的共振谐波驱动振荡中期间，为了确定第一固有频率并且至少还为了确定第二固有频率，在振动质量与电容式传感器的至少一个正交电极之间分别施加短的恒定的电压信号。通过这种方式，也可以可靠地确定第一固有频率并且至少还可以可靠地确定第二固有频率。
在该方法的另一种有利的实施方式中，将所决定的实际间隙间距作为参考间隙间距和/或所决定的关于电容式传感器的敏感度的实际参量作为参考参量存储在存储器装置上至少一次，并且在至少一个更晚的时间点，将在相应的时间点重新决定的实际间隙间距与参考间隙间距和/或将在相应的时间点重新决定的关于电容式传感器的敏感度的实际参量与参考参量进行比较。通过这种方式能够可靠地识别出，在进一步处理电容式传感器期间或者在运行该电容式传感器期间，机械负载是否改变“真实的”间隙间距和/或该电容式传感器的敏感度S。
优选地，必要时，在考虑与参考间隙间距进行比较的实际间隙间距和/或与参考参量进行比较的实际参量的情况下，并且在附加地考虑保存在存储器装置上的、关于电容式传感器的信号路径的目标增益因数的目标参量的情况下，这样设定或者调节在信号路径中的至少一个增益装置，直到信号路径的实际增益因数相应于所述目标参量。通过这种方式，也能够重新设定/再校准电容式传感器/该电容式传感器的信号路径，通过所述重新设定/再校准，最小化/消除机械应力负载的影响。
附图说明
在下文中，根据附图阐述本发明的其他特征和优点。附图示出：
图1a至1c示出电容式传感器的示意性图示，用于阐述运行器设备的与该电容式传感器共同作用的实施方式的作用原理；
图2a至2c示出流程图、电容式传感器的示意性图示和坐标系，用于阐述用于运行电容式传感器的方法的一种实施方式。
具体实施方式
图1a至1c示出电容式传感器的示意性图示，用于阐述运行器设备的与该电容式传感器共同作用的实施方式的作用原理。
仅示例性地，在图1a至1c中示意性再现的电容式传感器是转速传感器。应明确指出的是，电容式传感器的在下文中描述的运行器设备10可以与(几乎)任何传感器类型的电容式传感器共同作用，该电容式传感器具有至少一个振动质量12和至少一个电极14，其中，至少一个电极14这样以能够触点接通的方式并且如下相对于振动质量12布置，使得可以在振动质量12与至少一个电极14之间施加不等于零的电压。因此，运行器设备10的可使用性不局限于转速传感器。
振动质量12应理解为以能够调整的方式布置在电容式传感器上和/或中的质量12。优选地，振动质量12经由至少一个弹簧16这样附接在衬底18的衬底表面18a上，使得振动质量12可以在至少一个弹簧16变形的情况下相对于衬底18被调整。在图1a至图1c中的衬底18的衬底表面18a的垂直于z轴的定向只能够示例性地解读。在图1a至图1c的实施方式中，振动质量12附加地经由电容式传感器的没有以图像的方式再现的驱动机构能够被置于借助箭头20再现的谐波驱动振荡中、尤其是共振谐波驱动振荡中(参见图1a)。例如，电容式传感器可以具有至少一个驱动电极，该驱动电极以不能够调整的方式紧固在电容式传感器上和/或中，其中，变化的电压信号能够这样施加在振动质量12与配属的至少一个驱动电极之间，使得振动质量12能够被置于/被置于谐波驱动振荡中。优选地，振动质量12的谐波驱动振荡平行于衬底18的衬底表面18a。仅示例性地，在图1a中振动质量12的谐波振荡沿着y轴线延伸。
如在图1b中以图像的方式再现的那样，电容式传感器的旋转以不等于零的、垂直于衬底18的衬底表面18a定向的旋转分量引起被置于谐波驱动振荡中的振动质量的偏转，该偏转借助箭头22示出。尤其是，在这种情况下，科里奥利力可以触发振动质量12的平行于衬底18的衬底表面18a且垂直于振动质量12的谐波驱动振荡定向的偏转振荡运动。因此，在图1b的例子中，振动质量12的偏转振荡运动沿着x轴定向。
根据图1b和1c能够看出，至少一个电极14这样以不能够调整的方式紧固在电容式传感器上和/或中，使得在电容式传感器的情况下，振动质量12的借助科里奥利力引起的偏转振荡运动导致振动质量12与至少一个电极14的相应的间距发生变化。因此，至少一个电极14可以是例如至少一个所谓的“探测器电极”，该探测器电极在电容式传感器的证明运行和/或测量运行期间用于证明和/或探测振动质量12的偏转振荡运动。
在图1a至1c中以图像的方式再现的电容式传感器具有(总)敏感度S，尤其是，电容式传感器的至少一个电极14的所谓的响应敏感度Se对该(总)敏感度具有重要影响。响应敏感度Se通常也被称为“电敏感(Electrical Sensitivity)”。响应敏感度Se根据下述等式(Gl.1)定义：
(Gl.1)
因此，响应敏感度Se与振动质量12与至少一个电极14的实际间隙间距d有关，当振动质量12不实施偏转振荡运动时(例如在科里奥利力等于零的情况下)，存在该实际间隙间距。在等式(Gl.1)中给出的另外的参量是电容式传感器的至少一个电极14的每个相对于振动质量12定向的电极面的相应的表面积A和在真空中的电场常数ε0。
然而，在进一步处理电容式传感器期间，例如在将电容式传感器紧固在触点接通电子装置上和/或在封装电容式传感器时，并且在电容式传感器运行期间，可能出现在振动质量12与至少一个电极14之间的实际间隙间距d上的变化。如根据等式(Gl.1)可以清楚看出，在实际间隙间距d上的变化也对电容式传感器的至少一个电极14的响应敏感度Se具有影响，并且因此同样对该电容式传感器的(总)敏感度S具有影响。然而，借助运行器设备10的在下文中描述的构造，能够实现对实际间隙间距d的这种类型的变化做出有利反应。
运行器设备10可以可选地是电容式传感器的子单元或者可以布置在电容式传感器的外部。运行器设备10具有电压施加装置10a，该电压施加装置这样设计和/或编程，使得借助电压施加装置10a在振动质量12与至少一个电极14之间可选地至少能够施加/施加不等于零的第一恒定电压U1或者不等于零(且不等于第一恒定电压U1)的第二恒定电压U2。振动质量12和至少一个电极14形成谐波振荡器，其中，振动质量12能够被置于沿着x轴的谐波振荡中，该x轴与振动质量12和至少一个电极14在中心相交。在施加第一恒定电压U1的情况下，振动质量12的第一谐波振荡沿着x轴具有第一固有频率f1。相应地，在施加第二恒定电压U2的情况下，振荡质量12的第二谐波振荡具有第二固有频率f2，该第二固有频率与第一固有频率f1不同。
运行器设备10也具有电子装置10b，该电子装置这样设计和/或编程，使得借助电子装置10b，在考虑至少第一恒定电压U1、第一固有频率f1、第二恒定电压U2和第二固有频率f2的情况下，能够决定/决定振动质量12与至少一个电极14之间的实际间隙间距d和/或关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se。第一固有频率f1和/或第二固有频率f2可以例如由电子装置10b自行确定。在下文中还将探讨用于确定第一固有频率f1和第二固有频率f2的有利的可能性。替代地，电容式传感器也可以配备有(未绘出的)传感装置，该传感装置设计和/或编程为用于确定并且向电子装置10b提供第一固有频率f1和/或第二固有频率f2。
因此，在此描述的运行器设备10可以借助实际间隙间距d和关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se来确定如下数据：了解所述数据有利于电容式传感器的进一步运行。由于实际间隙间距d和关于敏感度S的实际参量Se受作用到电容式传感器上的应力负载影响，因此，了解这些数据尤其也可以用于最小化或者消除应力负载对电容式传感器的影响。例如，在焊接过程中、在借助模塑质量对电容式传感器进行注塑包封时、在电容式传感器暴露在湿气中时或者在外力作用到电容式传感器上时，常常出现这种类型的、能够借助运行器设备10最小化或者消除的应力负载。然而，借助运行器设备10的在此阐述的构造，在进一步运行电容式传感器期间，不需要/几乎不需要将就这种类型的应力负载的常规缺点。
为了决定实际间隙间距d和/或关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se而由电子装置10b分析处理的值U1、U2、f1和f2，有利地适合用于可靠地决定所述实际间隙间距和所述实际参量。一般来说，谐波振荡器的质量m的固有频率f根据下述等式(Gl.2)来定义：
(Gl.2)
其中，km是机械弹簧刚度，ke是基于静电力的刚度。根据胡克定律(Hooke’s Law)，下述等式(Gl.3)适用于系数ke：
(Gl.3)
静电力Fe根据下述等式(Gl.4)定义：
(Gl.4)
其中，C是相应的板式电容器的电容，U是施加在相应的板式电容器上的电压。因此，等式(Gl.3)可以转换为下述等式(Gl.5)：
(Gl.5)
常数C0已经导入到等式(Gl.1)中。相应地，等式(Gl.2)可以转换为下述等式(Gl.6)：
(Gl.6)
其中，f0是基本固有频率。对于振动质量12的与电压有关的固有频率的频率变化梯度(频率调谐能力，Frequency Tuning Capability)Δ，可以根据等式(Gl.6)推导出下述等式(Gl.7)：
(Gl.7)
因此，根据等式(Gl.7)，振动质量12的与电压有关的固有频率的频率变化梯度Δ与振动质量12与至少一个相邻的电极14之间的实际间隙间距d的三次方的倒数成比例。因此，实际间隙间距d的变化可以借助值U1、U2、f1和f2以相对较高的可靠性和相对低的误差偏差求取。如此外根据等式(Gl.1)可以清楚看出的那样，也能够借助对值U1、U2、f1和f2的相应的分析处理而可靠地确定关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se。
例如，电子装置10b可以这样设计和/或编程，使得借助电子装置10b，在考虑第一恒定电压U1、第一固有频率f1、第二恒定电压U2和第二固有频率f2的情况下，能够根据下述等式(Gl.8)决定振动质量12与至少一个电极14之间的实际间隙间距d：
(Gl.8)
其中，常数K1保存在运行器设备10的存储器装置10c上。常数K1的各个值可以根据等式(Gl.7)推导。
替代地或者补充地，电子装置10b也可以设计和/或编程为用于，在考虑第一恒定电压U1、第一固有频率f1、第二恒定电压U2和第二固有频率f2的情况下，根据下述等式(Gl.9)决定电容式传感器的至少一个电极的响应敏感度Se(作为关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se)：
(Gl.9)
常数K2也可以存储在运行器设备10的存储器装置10c上，所述常数的各个值可以从等式(Gl.1)和(Gl.7)中推导。
如果运行器设备10包括存储器装置10c，则作为有利的扩展方案，电子装置10b也可以设计/编程为用于，将所决定的实际间隙间距d作为参考间隙间距d0和/或所决定的关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se作为参考参量Se0存储在存储器装置10c上至少一次。然后，在至少一个更晚的时间点，可以将在相应的时间点重新决定的实际间隙间距d与参考间隙间距d0和/或将在相应的时间点重新决定的关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se与参考参量Se0进行比较。通过这种方式可以以高概率识别出，作用到电容式传感器上的应力负载在进一步处理该电容式传感器期间或者在该电容式传感器运行期间何时导致实际间隙间距d的变化和/或电容式传感器的敏感度S的变化。
运行器设备10配备有存储器装置10c的另一优点在于，在这种情况下，运行器设备10附加地可以有助于，最小化或者消除相应的应力负载对微机械构件的进一步运行的影响。优选地，在这种情况下，电子装置10b附加地这样设计和/或编程，使得借助电子装置10b，在考虑与参考间隙间距d0进行比较的实际间隙间距d和/或与参考参量Se0进行比较的实际参量Se的情况下，并且在附加地考虑保存在运行器设备10的存储器装置10c上的、关于电容式传感器的(未示出的)信号路径的目标增益因数的目标参量Ω的情况下，能够这样设定或者调节在该信号路径中的至少一个增益装置，使得该信号路径的实际增益因数相应于该目标参量Ω。信号路径也可以被理解为电容式传感器的增益路径和/或电容式传感器的数据路径。例如，通过与数字增益因数相乘实现：电容式传感器的实际灵敏度相应于作为目标参量Ω预给定的参考灵敏度或者目标灵敏度。
因此，运行器设备10的在上一段中描述的用于重新设定稍后应用的电容式传感器增益的有利构造，能够如此实现电容式传感器的重新设定/再校准，使得机械应力负载对电容式传感器的影响被“校正(herauskorrigiert)”。即使在电容式传感器、例如该电容式传感器的MEMS结构和/或该电容式传感器的封装变形的情况下，运行器设备10借助对电容式传感器的有利的重新设定/再校准仍然可以在期望的目标作用原理方面优化该电容式传感器的作用原理。
图2a至2c示出流程图、电容式传感器的示意性图示和坐标系，用于阐述用于运行电容式传感器的方法的一种实施方式。
在此处描述的方法的方法步骤S1-1中，在电容式传感器的振动质量12与(相同的)电容式传感器的至少一个电极14之间施加不等于零的第一恒定电压U1。在(通常同时)实施的方法步骤S2-1中，在在振动质量12与至少一个电极14之间施加第一恒定电压U1的情况下，沿着与振动质量12和至少一个电极14在中心相交的空间方向确定振动质量12的第一谐波振荡的第一固有频率f1。
在随后实施的方法步骤S1-2中，在振动质量12与至少一个电极14之间还施加不等于零(且不等于第一恒定电压U1)的第二恒定电压U2。此外，在(通常同时)与方法步骤S1-2一起实施的方法步骤S2-2中，在在振动质量12与至少一个电极14之间施加第二恒定电压U2的情况下，沿着与振动质量12和至少一个电极14在中心相交的空间方向测量振动质量12的第二谐波振荡的第二固有频率f2。
可选地，在稍后实施的方法步骤S1-n中，在振动质量12与至少一个电极14之间还可以施加不等于零(且不等于恒定电压U1和U2)的至少一个另外的恒定电压Un。相应地，在基本上同时与相应的另外的恒定电压Un的施加一起实施的至少一个另外的(可选的)方法步骤S2-n中，在在振动质量12与至少一个电极14之间施加另外的恒定电压Un的情况下，沿着与振动质量12和至少一个电极14在中心相交的空间方向确定振动质量12的第n个谐波振荡的相应的固有频率fn。
借助图2b再现用于实施方法步骤S2-1、S2-2和可能的S2-n的有利的可能性。这些可能性利用如下事实：在电容式传感器的情况下，振动质量12通常借助电容式传感器的驱动机构能够被置于/被置于共振谐波驱动振荡中，该共振谐波驱动振荡借助箭头20再现并且具有在下文中被称为驱动固有频率f20的频率。特别是，在这种情况下，在实施方法步骤S2-1、S2-2和可能的S2-n时，确定驱动固有频率f20与相应待确定的固有频率f1、f2或者fn之间的相应的频率差Δf1、Δf2和可能的Δfn。
为此，示意性再现的电容式传感器除了用于施加电压U1、U2和可能的Un的至少一个电极14之外也还具有至少一个所谓的正交电极24a和24b。至少一个正交电极24a和24b应理解为如下电极类型：该电极类型这样紧固在电容式传感器上和/或中，使得至少一个正交电极24a和24b的指向振动质量12定向的电极面26a和26b平行于振动质量12的谐波驱动振荡定向，并且相应的电极面26a和26b与被置于谐波驱动振荡中且在垂直于谐波驱动振荡定向的方向上投影到相应的电极面26a或者26b上的振动质量12之间的面重叠发生变化。因此，至少一个正交电极24a和24b典型地如此构造，使得相应的正交电极24a和24b与振动质量12之间的电位差在垂直于谐波驱动振荡定向的方向上引起在相应的正交电极24a和24b与振动质量12之间的、取决于振动质量12的谐波驱动振荡的力。
例如，在振动质量12置于/被置于借助箭头20示出的、具有固有频率f20的共振谐波驱动振荡中期间，可以在振动质量12与至少一个正交电极24a和24b之间施加可变的交流电压。可变的交流电压应理解为具有在频率范围[fmin,fmax]内变化的测试频率ft的电压信号。优选地，频率范围[fmin,fmax]相应于能够预期的频率差Δf1、Δf2或者Δfn的范围。由于振动质量12的谐波驱动振荡，以驱动固有频率f20对借助所施加的可变的交流电压引起的、在振动质量12与至少一个正交电极24a和24b之间的力进行调制。因此，当驱动固有频率f20和测试频率ft的和等于待确定的固有频率f1、f2或者fn时，借助可变的交流电压引起的对振动质量12的激励是共振的。当测试频率ft等于频率差Δf1、Δf2或者Δfn时，这一点适用。相应地，如果测试频率ft等于频率差Δf1、Δf2或者Δfn，振动质量12的借助可变的交流电压触发的测试振荡运动的垂直于谐波驱动振荡定向的幅度也变得最大。因此，借助对转速传感器的传输功能的测量，可以可靠且准确地确定频率差Δf1、Δf2和可能的Δfn。
替代地，在振动质量12置于/被置于具有固有频率f20的共振谐波驱动振荡中期间，为了确定第一固有频率f1并且至少还为了确定第二固有频率f2，也可以在振动质量12与至少一个正交电极24a和24b之间分别施加短的恒定的电压信号(不等于零)。在振动质量12与至少一个正交电极24a和24b之间的短的电压信号的这种类型的“突然的接通”激励振动质量12进行沿垂直于谐波驱动振荡定向的方向的附加的测试振荡运动，其中，具有待确定的固有频率f1、f2或者fn的模式占振动质量12的测试振荡运动的份额非常快速地减小。然而，通过在固有频率f20的情况下对在振动质量12与至少一个正交电极24a和24b之间截取的测量信号进行解调，在测试振荡运动开始时，可以求取固有频率f20与待确定的固有频率f1、f2或者fn之间的频率差Δf1、Δf2和可能的Δfn。为了根据测量信号确定频率差Δf1、Δf2和可能的Δfn，可以例如实施数值拟合或者研究测量信号的过零点。通过这种方式也能够可靠地测量待确定的固有频率f1、f2或者fn。
在此描述的方法也至少还具有方法步骤S3，在该方法步骤中，在考虑至少第一恒定电压U1、(在方法步骤S2-1中确定的)第一固有频率f1、第二恒定电压U2和(在方法步骤S2-2中确定的)第二固有频率f2的情况下，决定振动质量12与至少一个电极14之间的实际间隙间距d和/或关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se。根据图2c的坐标系示意性地再现用于决定实际间隙间距d和/或关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se的一种有利方式。
在图2c的坐标系中，横坐标示出电压的平方U2，而借助纵坐标再现固有频率f。如在图2中以图像的方式再现的那样，在(可选的)方法步骤S3a中，可以根据值U1、U2、f1和f2根据下述等式(Gl.10)确定振动质量12的与电压有关的固有频率的频率变化梯度Δ：
(Gl.10)
接下来，在另外的(可选的)方法步骤S3b中，在考虑所确定的频率变化梯度Δ的情况下，可以决定振动质量12与至少一个电极14之间的实际间隙间距d和/或关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se。尤其是，电容式传感器的至少一个电极14的响应敏感度Se可以被决定为关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se。有利地，为了决定实际间隙间距d和/或响应敏感度Se，可以使用等式(Gl.11)和(Gl.12)。
(Gl.11)
(Gl.12)
常数K1和K2可以借助一次校准确定或者根据上文给出的等式计算。
作为在此描述的方法的有利扩展方案，还可以将(可选的)方法步骤S4实施至少一次。在方法步骤S4中，可以将(在方法步骤S3中决定的)实际间隙间距d作为参考间隙间距d0、(在方法步骤S3中替代地或者补充地决定的)关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se作为参考参量Se0和/或(在方法步骤S3a中确定的)频率变化梯度Δ作为参考频率变化梯度Δ0存储在存储器装置上。然后，在至少一个更晚的时间点，可以实施(可选的)方法步骤S5。在方法步骤S5中，将在相应的时间点重新决定的实际间隙间距d与参考间隙间距d0、将在相应的时间点重新决定的关于电容式传感器的敏感度S的实际参量Se与参考参量Se0和/或将在相应的时间点重新决定的频率变化梯度Δ与参考频率变化梯度Δ0进行比较。
作为有利的扩展方案，还可以在另外的(可选的)方法步骤S6中，根据关于信号路径的(期望的)目标增益因数的、保存在存储器装置上的目标参量来设定或者调节电容式传感器的信号路径的实际增益因数。为此，在考虑与参考间隙间距d0进行比较的实际间隙间距d、与参考参量Se0进行比较的实际参量Se和/或与参考频率变化梯度Δ0进行比较的频率变化梯度Δ的情况下，并且在附加地考虑所述目标参量的情况下，这样设定或者调节在该信号路径中的至少一个增益装置，直到该信号路径的实际增益因数相应于该目标参量。这如此实现信号路径的“适配”，使得所提供的信号的实际增益因数相应于期望的目标增益因数。优选地，每当在方法步骤S5中识别出在相应的时间点重新决定的至少一个值d、Se或者Δ至少以能够识别出的方式与配属的参考值d0、Se0或者Δ0不同时，实施方法步骤S6。通过这种方式可以保证，尽管在电容式传感器上实际间隙间距d在此期间发生变化，仍然(基本上)再次达到电容式传感器的期望的响应敏感度Se。
可选地，也可以在方法步骤S4之后在另外的(可选的)方法步骤S7中，在考虑所存储的初始值的情况下，根据下述等式(Gl.13)确定电容式传感器的新的敏感度S0：
(Gl.13)/>

Claims (12)

1.一种用于电容式传感器的运行器设备(10)，所述运行器设备具有：
电压施加装置(10a)，所述电压施加装置这样设计和/或编程，使得借助所述电压施加装置(10a)在所述电容式传感器的振动质量(12)与所述电容式传感器的至少一个电极(14)之间可选地至少能够施加不等于零的第一恒定电压(U1)或者不等于零的第二恒定电压(U1)；
其特征在于，
电子装置(10b)，所述电子装置这样设计和/或编程，使得借助所述电子装置(10b)，在考虑以下的情况下，能够决定所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间的实际间隙间距(d)和/或关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量(Se)：至少所述第一恒定电压(U1)、在在所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间施加第一恒定电压(U1)的情况下所述振动质量(12)的第一谐波振荡沿着与所述振动质量(12)和所述至少一个电极(14)在中心相交的空间方向(x)的第一固有频率(f1)、所述第二恒定电压(U2)、和在在所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间施加第二恒定电压(U2)的情况下所述振动质量(12)的第二谐波振荡沿着与所述振动质量(12)和所述至少一个电极(14)在中心相交的空间方向(x)的第二固有频率(f2)，所述第一固有频率由所述电子装置(10b)自行确定或者被提供给所述电子装置(10b)，所述第二固有频率是自行确定的或者被提供的。
2.根据权利要求1所述的运行器设备(10)，其中，所述电子装置(10b)这样设计和/或编程，使得借助所述电子装置(10b)，在考虑所述第一恒定电压U1、所述第一固有频率f1、所述第二恒定电压U2和所述第二固有频率f2的情况下，能够根据下述等式决定所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间的实际间隙间距d：
其中，常数K1保存在所述运行器设备(10)的存储器装置(10c)上。
3.根据权利要求1或2所述的运行器设备(10)，其中，所述电子装置(10b)这样设计和/或编程，使得借助所述电子装置(10b)，在考虑所述第一恒定电压U1、所述第一固有频率f1、所述第二恒定电压U2和所述第二固有频率f2的情况下，能够根据下述等式决定所述电容式传感器的至少一个电极(14)的响应敏感度Se作为关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量Se：
其中，常数K2保存在所述运行器设备(10)的存储器装置(10c)上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的运行器设备(10)，其中，所述电子装置(10b)这样设计和/或编程，使得借助所述电子装置(10b)，能够将所决定的实际间隙间距(d)作为参考间隙间距(d0)和/或将所决定的关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量(Se)作为参考参量(Se0)存储在所述运行器设备(10)的存储器装置(10c)上至少一次，并且在至少一个更晚的时间点，能够将在相应的时间点重新决定的实际间隙间距(d)与所述参考间隙间距(d0)和/或将在相应的时间点重新决定的关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量(Se)与所述参考参量(Se0)进行比较。
5.根据权利要求4所述的运行器设备(10)，其中，所述电子装置(10b)附加地这样设计和/或编程，使得借助所述电子装置(10b)，在考虑与所述参考间隙间距(d0)进行比较的实际间隙间距(d)和/或与所述参考参量(Se0)进行比较的实际参量(Se)的情况下，并且在附加地考虑保存在所述运行器设备(10)的存储器装置(10c)上的、关于所述电容式传感器的信号路径的目标增益因数的目标参量(Ω)的情况下，能够这样设定或者调节在所述信号路径中的至少一个增益装置，使得所述信号路径的实际增益因数相应于所述目标参量(Ω)。
6.一种电容式传感器，所述电容式传感器具有根据上述权利要求中任一项所述的运行器设备(10)。
7.根据权利要求6所述的电容式传感器，其中，所述电容式传感器是转速传感器。
8.一种用于运行电容式传感器的方法，所述方法具有下述步骤：
在所述电容式传感器的振动质量(12)与所述电容式传感器的至少一个电极(14)之间施加不等于零的第一恒定电压(U1)，并且在所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间至少还施加不等于零的第二恒定电压(U2)(S1-1，S1-2)；
其特征在于下述步骤：
在在所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间施加第一恒定电压(U1)的情况下，确定所述振动质量(12)的第一谐波振荡沿着与所述振动质量(12)和所述至少一个电极(14)在中心相交的空间方向(x)的第一固有频率(f1)，并且，在在所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间施加第二恒定电压(U2)的情况下，至少还确定所述振动质量(12)的第二谐波振荡沿着与所述振动质量(12)和所述至少一个电极(14)在中心相交的空间方向(x)的第二固有频率(f2)(S2-1，S2-2)；
在考虑至少所述第一恒定电压(U1)、所确定的第一固有频率(f1)、所述第二恒定电压(U2)和所确定的第二固有频率(f2)的情况下，决定所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间的实际间隙间距(d)和/或关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量(Se)(S3)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在考虑至少所述第一恒定电压(U1)、所确定的第一固有频率(f1)、所述第二恒定电压(U2)和所确定的第二固有频率(f2)的情况下，确定所述振动质量(12)的与电压有关的固有频率的频率变化梯度(Δ)(S3a)，其中，在考虑所确定的频率变化梯度(Δ)的情况下，决定所述振动质量(12)与所述至少一个电极(14)之间的实际间隙间距(d)和/或关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量(Se)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在所述振动质量(12)置于或者被置于具有驱动固有频率(f20)的共振谐波驱动振荡中期间，为了确定所述第一固有频率(f1)并且至少还为了确定所述第二固有频率(f2)，以变化的测试频率(ft)在所述振动质量(12)与所述电容式传感器的至少一个正交电极(24a，24b)之间分别施加可变的交流电压，并且研究，在哪个测试频率(ft)的情况下所述振动质量(12)借助所述可变的交流电压被置于共振振荡中。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在所述振动质量(12)置于或者被置于具有驱动固有频率(f20)的共振谐波驱动振荡中期间，为了确定所述第一固有频率(f1)并且至少还为了确定所述第二固有频率(f2)，在所述振动质量(12)与所述电容式传感器的至少一个正交电极(24a，24b)之间分别施加短的恒定的电压信号。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，将所决定的实际间隙间距(d)作为参考间隙间距(d0)和/或将所决定的关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量(Se)作为参考参量(Se0)存储在存储器装置(10c)上至少一次(S4)，并且在至少一个更晚的时间点，将在相应的时间点重新决定的实际间隙间距(d)与所述参考间隙间距(d0)和/或将在相应的时间点重新决定的关于所述电容式传感器的敏感度(S)的实际参量(Se)与所述参考参量(Se0)进行比较(S5)，并且，在考虑与所述参考间隙间距(d0)进行比较的实际间隙间距(d)和/或与所述参考参量(Se0)进行比较的实际参量(Se)的情况下，并且在附加地考虑保存在所述存储器装置(10c)上的、关于所述电容式传感器的信号路径的目标增益因数的目标参量(Ω)的情况下，这样设定或者调节在所述信号路径中的至少一个增益装置，直到所述信号路径的实际增益因数相应于所述目标参量(Ω)(S6)。
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