DE102014009003A1

DE102014009003A1 - Device for the parallel detection of motion and gravitational acceleration

Info

Publication number: DE102014009003A1
Application number: DE102014009003.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur parallelen Erfassung von Bewegungs- und Gravitationsbeschleunigung in einer Ebene oder parallelen Ebenen aufweisend – eine Grundplatte (5) und – mindestens drei Masseelemente (6, 7, 8), wobei jedes Masseelement (6, 7, 8) über ein elastisches Abstützelement (1, 2, 3) mit der Grundplatte (5) verbunden und in der gemeinsamen Ebene oder den parallelen Ebenen auslenkbar ist, wobei mindestens das Abstützelement (1) des Masseelements (6) ein Stab oder Streifen ist, der so angeordnet ist, dass die Gravitationskennlinie eine symmetrische sinusförmige Charakteristik aufweist und der einen Messpunkt (10) besitzt und die Abstützelemente (2, 3) der Masseelemente (7, 8) spiegelbildlich angeordnete gleiche mindestens zweifach abgewinkelte Stäbe oder Streifen (2.1, 2.2, 2.3 und 3.1, 3.2, 3.3) sind mit Messpunkten (10) entfernt von den Masseelementen (7, 8) sowie – eine Auswerteschaltung der an den Messpunkten (10) entstehenden Signale.The invention relates to a sensor system for parallel detection of movement and gravitational acceleration in a plane or parallel planes comprising - a base plate (5) and - at least three mass elements (6, 7, 8), each mass element (6, 7, 8) via an elastic support member (1, 2, 3) connected to the base plate (5) and deflectable in the common plane or the parallel planes, wherein at least the support element (1) of the mass element (6) is a rod or strip arranged so is that the gravitational characteristic has a symmetrical sinusoidal characteristic and has a measuring point (10) and the support elements (2, 3) of the mass elements (7, 8) arranged in mirror image same at least twice angled rods or strips (2.1, 2.2, 2.3 and 3.1 , 3.2, 3.3) are with measuring points (10) away from the mass elements (7, 8) and - an evaluation circuit of the measuring points (10) resulting signals.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Beschleunigung, wobei zwischen statischen und dynamischen Beschleunigungskomponenten getrennt wird.The invention relates to a device for detecting at least one acceleration, being separated between static and dynamic acceleration components.

Eine derartige Vorrichtung und ein Verfahren sind aus der WO 2012/013 627 A1 bekannt. Diese Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Beschleunigung, weist mindestens eine Grundplatte und mindestens zwei Masseelemente auf, wobei jedes Masseelement über ein elastisches Abstützelement mit der mindestens einen Grundplatte verbunden ist und die Abstützelemente jeweils zumindest einen Messpunkt aufweisen. Die Abstützelemente mindestens eines ersten und mindestens eines zweiten Masseelements sind derart ausgelegt, dass das Abstützelement des mindestens einen ersten Masseelements und das Abstützelement des mindestens einen zweiten Masseelements in den Messpunkten bezüglich einer ersten, in einer ersten Richtung wirkenden Komponente einer Beschleunigung dieselbe Reaktionscharakteristik und in einer senkrecht zu der ersten Komponente wirkenden zweiten Komponente der Beschleunigung voneinander verschiedene Reaktionscharakteristiken aufweisen. Die Auslenkung der Messpunkte eines ersten und eines zweiten Abstützelements wird erfasst und ausgewertet, indem eine mathematische Eliminierung der in diesen Messwerten enthaltenen Beschleunigungskomponenten erfolgt, derart, dass zunächst durch paarweise mathematische Verknüpfung von zwei Sensoren die Beschleunigungskräfte in Längsrichtung eliminiert werden und anschließend durch mathematische Verknüpfung der aus diesen Beschleunigungspaaren gewonnenen Werte die Vertikalbeschleunigung eliminiert wird, so dass als isolierte Größe die Gravitationsbeschleunigung verbleibt, in deren Kenntnis die Vertikalbeschleunigung und anschließend die Längsbeschleunigung rückermittelt werden.Such a device and a method are known from WO 2012/013627 A1 known. This device for detecting at least one acceleration comprises at least one base plate and at least two mass elements, each mass element being connected to the at least one base plate via an elastic support element and the support elements each having at least one measuring point. The support elements of at least one first and at least one second mass element are designed such that the support element of the at least one first mass element and the support element of the at least one second mass element in the measuring points with respect to a first, acting in a first direction component of an acceleration the same reaction characteristic and in a perpendicular to the first component acting second component of the acceleration of each other have different reaction characteristics. The deflection of the measuring points of a first and a second support element is detected and evaluated by a mathematical elimination of the acceleration components contained in these measurements takes place, such that initially by pairwise mathematical combination of two sensors, the acceleration forces are eliminated in the longitudinal direction and then by mathematically linking the From these pairs of acceleration values, the vertical acceleration is eliminated so that the gravitational acceleration remains as an isolated quantity, in the knowledge of which the vertical acceleration and then the longitudinal acceleration are retrogressively determined.

Die hier eingesetzten Sensoren, die der Bedingung genügen, für eine der Beschleunigungsformen dynamisch oder statisch gleiche und für die andere Beschleunigungsform eine unterschiedliche Reaktionscharakteristik aufzuweisen, bestehen aus einem elastischen Stab oder Streifen und einem abgewinkelten oder abgebogenen elastischen Stab oder Streifen, jeweils mit einem Messelement am Ende und in einem Winkel (β) zur Grundebene aufgestellt, wobei diese Stäbe oder Streifen jeweils paarweise und spielgelbildlich angeordnet sind.The sensors used here, which satisfy the condition for one of the acceleration forms dynamically or statically the same and for the other form of acceleration have a different reaction characteristics, consist of an elastic rod or strip and an angled or bent elastic rod or strip, each with a measuring element on End and at an angle (β) set up to the ground plane, these bars or strips are arranged in pairs and gel-like gel.

Es hat sich nun gezeigt, dass die konkret in der WO 2012/013 627 A1 benannten Sensoren eine vergleichsweise kleine Auflösung aufweisen, da die Differenzwerte in den Reaktionscharakteristiken klein sind.It has now been shown that the concrete in the WO 2012/013627 A1 named sensors have a comparatively small resolution, since the difference values in the reaction characteristics are small.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Differenzwerte in den Reaktionscharakteristiken deutlich zu erhöhen, was zu einer höheren Auflösung und damit zu verbesserten Messwertgenauigkeit führt.The object of this invention is to significantly increase the difference values in the reaction characteristics, which leads to a higher resolution and thus to improved measured value accuracy.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Vorrichtungsanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features of the device claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Sensorsystem zur parallelen Erfassung von Bewegungs- und Gravitationsbeschleunigung in einer Ebene oder parallelen Ebenen weist mindestens auf

– eine Grundplatte und
– mindestens drei Masseelemente, wobei jedes Masseelement über ein elastisches Abstützelement mit der Grundplatte verbunden und in der gemeinsamen Ebene oder den parallelen Ebenen auslenkbar ist, wobei mindestens das Abstützelement eines Masseelementes ein so angeordneter Stab oder Streifen ist, dass die Gravitationskennlinie eine symmetrische sinusförmige Charakteristik aufweist und das Abstützelement einen Messpunkt aufweist und die Abstützelemente von mindestens zwei weiteren Masseelementen spiegelbildlich angeordnete gleiche mindestens zweifach abgewinkelte Stäbe oder Streifen sind mit Messpunkten entfernt von den Masseelementen sowie
– eine Auswerteschaltung der an den Messpunkten entstehenden Signale.

The sensor system according to the invention for the parallel detection of movement and gravitational acceleration in a plane or parallel planes has at least

- a base plate and
- At least three mass elements, each mass element is connected via an elastic support member to the base plate and deflected in the common plane or the parallel planes, wherein at least the support element of a mass element is a bar or strip arranged such that the gravitational characteristic has a symmetrical sinusoidal characteristic and the support element has a measuring point and the support elements of at least two further mass elements mirror-inverted same at least twice angled rods or strips are with measuring points away from the mass elements and
- An evaluation of the resulting signals at the measuring points.

In einer bevorzugten Ausführung mit drei Masseelementen mit den Abstützelementen wird die Anordnung so vorgenommen, dass das Sensorsystem nicht auf senkrecht oder nicht auf parallel zur Grundplatte wirkende dynamische Bewegungsbeschleunigungskomponenten reagiert.In a preferred embodiment with three mass elements with the support elements, the arrangement is made so that the sensor system does not respond to vertical or not parallel to the base plate acting dynamic Bewegungsbeschleunigungskomponenten.

Senkrecht zur Grundplatte wirkende dynamische Beschleunigungskomponenten sind dynamische Vertikalbeschleunigungen und parallel zur Grundplatte wirkende dynamische Beschleunigungskomponenten sind dynamische Längsbeschleunigungen.Dynamic acceleration components acting perpendicular to the base plate are dynamic vertical accelerations and dynamic acceleration components acting parallel to the base plate are dynamic longitudinal accelerations.

In einer bevorzugten Ausführung ist deshalb das Abstützelement mit der Gravitationskennlinie, die eine symmetrische sinusförmige Charakteristik aufweist als gerader Stab oder Streifen ausgebildet und senkrecht zur Grundplatte angeordnet. Das Masseelement befindet sich am Stab- oder Streifenende und fällt mit dem Messpunkt zusammen.In a preferred embodiment, therefore, the support element with the gravitational characteristic, which has a symmetrical sinusoidal characteristic is formed as a straight rod or strip and arranged perpendicular to the base plate. The mass element is located at the rod or strip end and coincides with the measuring point.

Die als mindestens zweifach abgewinkelte Stäbe oder Streifen ausgeführten Abstützelemente weisen in einer bevorzugten Ausführung einen mit der Grundplatte verbundenen Abschnitt auf, der mit einer Senkrechten zur Grundplatte einen Winkel ungleich 90° einschließt, besitzen einen sich unter einem Winkel von 90° jeweils an diese Abschnitte anschließenden Abschnitt und diese Abschnitte sind in Form jeweils eines dritten Abschnittes unter einem Winkel (β) weitergeführt.The support elements designed as bars or strips bent at least twice have, in a preferred embodiment, a section connected to the base plate which forms an angle with a perpendicular to the base plate not equal to 90 °, have a section adjoining each of these sections at an angle of 90 ° and these sections are continued in the form of a respective third section at an angle (β).

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Winkel (β) ein spitzer Winkel ist und der dritte Abschnitt gegenüber dem zweiten Abschnitt zurückgeführt ist.It has proved to be advantageous if the angle (β) is an acute angle and the third section is returned relative to the second section.

Die jeweils an den dritten Abschnitten angeordneten Masseelemente können dann in vorteilhafter Weise in einer fluchtenden Linie zu den ersten Abschnitten und an den Enden der dritten Abschnitte angeordnet werden.The respective mass elements arranged on the third sections can then advantageously be arranged in an aligned line with the first sections and at the ends of the third sections.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung entspricht der Winkel, den die ersten Abschnitte mit der Senkrechten zur Grundplatte einschließen, dem Winkel (β) zwischen den jeweils zweiten und dritten Abschnitten.In a further advantageous embodiment, the angle which the first sections enclose with the perpendicular to the base plate corresponds to the angle (β) between the respective second and third sections.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die jeweils dritten Abschnitte parallel zur Grundplatte verlaufend angeordnet sind.Furthermore, it is advantageous if the respective third sections are arranged running parallel to the base plate.

Die Messpunkte bei einem derartigen Abstützelement liegen bevorzugt an den Übergangsstellen zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der jeweiligen Abstützelemente.The measuring points in such a support element are preferably at the transition points between the first and the second portion of the respective support elements.

Bei einer Sensoranordnung mit vier Masseelementen ist das vierte Abstützelement des vierten Masseelementes ebenfalls ein Stab oder Streifen, der eine Gravitationskennlinie mit symmetrischer sinusförmiger Charakteristik aufweist und der senkrecht zur Senkrechten der Grundplatte angeordnet ist.In a sensor arrangement with four mass elements, the fourth support element of the fourth mass element is also a rod or strip which has a gravitational characteristic with a symmetrical sinusoidal characteristic and which is arranged perpendicular to the vertical of the base plate.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen erläutert werden.The invention will be explained with reference to the drawings.

Es zeigenShow it

1 eine Sensoranordnung, 1 a sensor arrangement,

2 die Kraftaufteilung, 2 the force distribution,

3 den Einfluss der Biegeverluste, 3 the influence of bending losses,

4 die Kurvenverläufe zur Isolierung Gravitationskomponente, 4 the curves for the isolation of the gravitational component,

5 ein Sensorsystem mit Sensor für Vertikalbeschleunigung und 5 a sensor system with sensor for vertical acceleration and

6 einen weiteren doppelt abgewinkelten Sensor. 6 another double-angled sensor.

1 zeigt eine Sensoranordnung mit drei Beschleunigungssensoren S1, S2, S3, die auf einer Grundplatte 5 angeordnet und in einer Ebene auslenkbar sind. Der Winkel zwischen der Horizontalen 11 und der Grundplatte 5, welche durch die Lageänderung des Sensorsystems entsteht, wird mit (α) bezeichnet. 1 shows a sensor arrangement with three acceleration sensors S1, S2, S3, on a base plate 5 arranged and deflectable in one plane. The angle between the horizontal 11 and the base plate 5 , which results from the change in position of the sensor system, is denoted by (α).

Der Beschleunigungssensor S1 ist ein konventioneller Sensor mit dem Masseelement 6, das über das elastische Abstützelement 1 mit der Grundplatte 5 verbunden ist. Das Abstützelement 1 ist ein gerader Streifen, der senkrecht zur Grundplatte 5 angeordnet ist. Der Messpunkt 10 befindet sich am Masseelement 6.The acceleration sensor S1 is a conventional sensor with the mass element 6 that over the elastic support element 1 with the base plate 5 connected is. The support element 1 is a straight strip that is perpendicular to the base plate 5 is arranged. The measuring point 10 is located at the mass element 6 ,

Die Beschleunigungssensoren S2 und S3 sind spiegelbildlich in der Auslenkebene angeordnet und weisen jeweils ein Masseelement 7, 8 auf, das über das Abstützelement 2 bzw. 3 mit der Grundplatte 5 verbunden ist. Bei den Abstützelementen 2 und 3 handelt es sich um zweifach abgewinkelte Streifen, die jeweils einen mit der Grundplatte 5 verbundenen Abschnitt 2.1, 3.1 aufweisen, der mit einer Senkrechten 12 zur Grundplatte 5 einen Winkel ungleich 90° einschließt, einen sich unter einem Winkel von 90° jeweils an die Abschnitte 2.1, 3.1 anschließenden Abschnitt 2.2, 3.2 besitzen und diese Abschnitte in Form der Abschnitte 2.3, 3.3 unter einen spitzen Winkel (β) zurückgeführt sind.The acceleration sensors S2 and S3 are arranged in mirror image in the deflection plane and each have a mass element 7 . 8th on that over the support element 2 respectively. 3 with the base plate 5 connected is. At the support elements 2 and 3 These are two-fold angled strips, each one with the base plate 5 connected section 2.1 . 3.1 have that with a vertical 12 to the base plate 5 includes an angle other than 90 °, at an angle of 90 ° to each of the sections 2.1 . 3.1 subsequent section 2.2 . 3.2 own and these sections in the form of sections 2.3 . 3.3 are returned at an acute angle (β).

Der Winkel der Abschnitte 2.1, 3.1 mit der Senkrechten 12 zur Grundplatte 5 entspricht dem Winkel (β) zwischen den Abschnitten 2.2–2.3 bzw. 3.2–3.3. Die Abschnitte 2.3 und 3.3 sind parallel zur Grundplatte 5 verlaufend angeordnet.The angle of the sections 2.1 . 3.1 with the vertical 12 to the base plate 5 corresponds to the angle (β) between the sections 2.2 - 2.3 respectively. 3.2 - 3.3 , The sections 2.3 and 3.3 are parallel to the base plate 5 running arranged.

Die Masseelemente 7, 8 sind an den Enden der Abschnitte 2.3 bzw. 3.3 auf einer zu den Abschnitten 2.1, 3.1 fluchtenden Linie angeordnet. Alle Masseelemente 6, 7, 8 weisen den gleichen senkrechten Abstand zur Grundplatte 5 auf.The mass elements 7 . 8th are at the ends of the sections 2.3 respectively. 3.3 on one to the sections 2.1 . 3.1 aligned line arranged. All mass elements 6 . 7 . 8th have the same vertical distance to the base plate 5 on.

Die Messpunkte 10 der Abstützelemente 2, 3 liegen an den Übergangsstellen zwischen den Abschnitten 2.1, 2.2 und 3.1, 3.2.The measuring points 10 the support elements 2 . 3 lie at the transition points between the sections 2.1 . 2.2 and 3.1 . 3.2 ,

Die Wirkungsweise der Anordnung basiert auf den unterschiedlichen Gravitationskennlinien der beiden Sensortypen S1 und S2/S3, deren Realisierung Gegenstand der Erfindung ist.The operation of the arrangement is based on the different gravitational characteristics of the two sensor types S1 and S2 / S3, the realization of which is the subject of the invention.

Die Kennlinie des konventionellen Sensors S1 ist sinusförmig, die der zweifach abgewinkelten Sensoren S2, S3 weisen Abflachungen gegenüber einer Sinuskurve auf. Diese werden hervorgerufen durch die elastischen Streifenabschnitte 2.2, 2.3 bzw. 3.2, 3.3 zwischen dem jeweiligen Messpunkt 10 und dem jeweiligen Masseelement 7 bzw. 8, welche einen Teil der durch die Gravitationskraft hervorgerufenen Energie aufnehmen, also nicht auf den jeweiligen Messpunkt 10 weiterleiten. Hierdurch entsteht eine deutliche Verformung der Kennlinie gegenüber einem sinusförmigen Verlauf.The characteristic of the conventional sensor S1 is sinusoidal, that of the double-angled sensors S2, S3 have flattenings with respect to a sinusoid. These are caused by the elastic strip sections 2.2 . 2.3 respectively. 3.2 . 3.3 between the respective measuring point 10 and the respective mass element 7 respectively. 8th , which are part of the gravitational force absorbed energy, so not on the respective measuring point 10 hand off. This results in a significant deformation of the characteristic with respect to a sinusoidal course.

Zur Erklärung wird auf die Kräfteverteilung unter Bezugnahme auf 2 beim Sensor S2 eingegangen:
Zur Trennung derjenigen Kraftkomponenten, welche zu Biegeverlusten führen, also senkrecht zu den Streifenabschnitten 2.2, 2.3 stehen, und derjenigen, die verlustfrei in Längsrichtung weitergeleitet werden, seien die Gravitationskraft G und die am Übergang vom Streifenabschnitt 2.3 zum Streifenabschnitt 2.2 auftretende Kraft in diese beiden Wirkungsrichtungen aufgeteilt.For explanation, reference is made to the distribution of forces with reference to 2 received at the sensor S2:
For the separation of those force components which lead to bending losses, ie perpendicular to the strip sections 2.2 . 2.3 stand, and those who are forwarded lossless in the longitudinal direction, be the gravitational force G and at the transition from the strip section 2.3 to the strip section 2.2 occurring force divided into these two directions of action.

Am Masseelement 7 ist die senkrecht zum Streifenabschnitt 2.3 stehende Kraft = G × cosα und die in Längsrichtung = G × sinα.At the mass element 7 is the perpendicular to the strip section 2.3 standing force = G × cosα and that in the longitudinal direction = G × sinα.

G × cosα bewirkt die Hebelkraft V3 × G × cosα am Übergang vom Streifenabschnitt 2.3 zum Streifenabschnitt 2.2, wobei mit V3 die zu den Verlusten beitragenden Streifenabschnittslänge des Abschnittes 2.3 und dessen Elastizität berücksichtigt werden. Die Längskomponente G × sinα erscheint am Übergang der Streifenabschnitte 2.3, 2.2 in gleicher Höhe.G × cosα causes the leverage V3 × G × cosα at the transition from the strip section 2.3 to the strip section 2.2 , where V3 is the strip section length of the section contributing to the losses 2.3 and its elasticity are taken into account. The longitudinal component G × sinα appears at the transition of the strip sections 2.3 . 2.2 at the same height.

Durch Zerlegung dieser beiden am Übergang auftretenden Kräfte ergeben sich, bezogen auf den Streifenabschnitt 2.2, die mit a, b, c und d gekennzeichneten Komponenten am Messpunkt 10: a = V3 × G × cosα × sinβ b = V3 × V2 × G × cosα × cosβ c = G × sinα × cosβ (keine Verluste) d = V2 × G × sinα × sinβ. By decomposing these two forces occurring at the transition arise, based on the strip section 2.2 , the components marked a, b, c and d at the measuring point 10 : a = V3 × G × cosα × sinβ b = V3 × V2 × G × cosα × cosβ c = G × sin α × cosβ (no losses) d = V2 × G × sinα × sinβ.

Mit V2 werden die zu Verlusten beitragenden Streifenabschnittslänge des Abschnittes 2.2 und dessen Elastizität berücksichtigt.V2 becomes the strip section length of the section contributing to losses 2.2 and its elasticity taken into account.

Die Komponente c weist keine Verluste auf, b stellt, bedingt durch die ausschließliche Momentenübertragung, die größte Verlustkomponente dar.The component c has no losses, b represents, due to the exclusive moment transfer, the largest loss component.

In 3 ist der Verlauf der Summe der beiden cosinusförmigen Verlustkomponenten a und b und der sinusförmigen Komponente d qualitativ dargestellt (durchgehende Kurve).In 3 the course of the sum of the two cosine loss components a and b and the sinusoidal component d is qualitatively represented (continuous curve).

Es ist zu erkennen, dass

– die größte Dämpfung im Frequenzbereich zwischen dem Arbeitspunkt und dem Maximum der Bezugskennlinie (gestrichelte Kennlinie des Sensors mit starren Streifenteilen) auftritt, was zur Folge hat, dass die Position des Maximums zu höheren Frequenzen – bei der hier vorliegenden Parametrierung auf 90° – verschoben wird, dass weiterhin
– im Frequenzbereich oberhalb des Maximums die Dämpfung abnimmt, wodurch sich der Kurvenverlauf wieder der Bezugskennlinie angleicht, und dass
– im negativen Frequenzbereich eine entsprechende Verlustcharakteristik verbunden mit einer entsprechenden Verschiebung des Extremwertes vorliegt.

It can be seen that

- The greatest attenuation in the frequency range between the operating point and the maximum of the reference characteristic (dashed characteristic of the sensor with rigid strip parts) occurs, which has the consequence that the position of the maximum to higher frequencies - in the present parameterization to 90 ° - is shifted that continues
- In the frequency range above the maximum, the attenuation decreases, whereby the curve is again equal to the reference characteristic, and that
- In the negative frequency range, a corresponding loss characteristic associated with a corresponding displacement of the extreme value is present.

Für die Trennung der dynamischen Größen ist die Verschiebung des Maximums und des Minimums auf die +–90° Punkte von Bedeutung. Hierdurch kann der Arbeitspunkt, vergleichbar zu einem Sinussignal, als Nullpunkt angesehen werden. Äußerst unterschiedlich zu einer Sinusform, sind jedoch die stark abweichenden Amplituden des Maximums und des Minimums.For the separation of the dynamic quantities, the shift of the maximum and the minimum to the + -90 ° points is important. As a result, the operating point, comparable to a sinusoidal signal, can be regarded as the zero point. Extremely different from a sine wave, however, are the strongly deviating amplitudes of the maximum and the minimum.

Zur Erklärung, warum die Amplitudenungleichheit in den +–90° Punkten von Bedeutung ist, sei zunächst auf die Signalverarbeitung der drei Sensorausgangssignale zur Trennung der dynamischen Größen eingegangen:

– Zunächst werden die Sensorausgangssignale auf gleiche Werte bei Längsbeschleunigungen (auf den Sensor bezogen) normiert.

To explain why the amplitude inequality in the + -90 ° points is of importance, first of all the signal processing of the three sensor output signals for the separation of the dynamic quantities has to be considered:

- First, the sensor output signals are normalized to the same values for longitudinal accelerations (related to the sensor).

Normiert sind die Sensoren S1/S2 bzw. S1/S3, wenn die Verstärkung ihrer Ausgangssignale derart eingestellt ist, dass sie bei 90° gleiche Gravitationswerte aufweisen.The sensors S1 / S2 and S1 / S3 are normalized if the gain of their output signals is set to have the same gravitational values at 90 °.

In diesem Fall führen auch die in der Nullposition einwirkenden Beschleunigungskräfte zu gleichen Sensorreaktionen, da die relative Position zwischen Sensor S1, S2, S3 und die Beschleunigungsrichtung derjenigen der 90° Stellung und der Gravitationskraft entspricht.

– Anschließend werden durch eine Signalverknüpfung entsprechend den Vorzeichen der Ausgangssignale der Sensoren S2 und S1 sowie der Ausgangssignale der Sensoren S1 und S3 die Längsbeschleunigungskomponenten kompensiert. Signalverknüpfung bedeutet hier Subtraktion bzw. Addition.
– Dann werden die hierbei entstehenden Signalverläufe addiert, wodurch mögliche parasitäre Vertikalbeschleunigungskomponenten eliminiert werden. Diese Kurve repräsentiert die Winkellage des Sensorsystems (4).

In this case, the acceleration forces acting in the zero position also lead to the same sensor reactions, since the relative position between sensor S1, S2, S3 and the direction of acceleration corresponds to that of the 90 ° position and the gravitational force.

- Subsequently, the longitudinal acceleration components are compensated by a signal combination according to the sign of the output signals of the sensors S2 and S1 and the output signals of the sensors S1 and S3. Signal linking here means subtraction or addition.
- Then the resulting signal waveforms are added, eliminating possible parasitic vertical acceleration components are eliminated. This curve represents the angular position of the sensor system ( 4 ).

In Kenntnis des Winkels (α) lässt sich die Längsbeschleunigungskomponente über mindestens einen der drei Sensoren S1, S2, S3 zurückgewinnen, in dem der Istmesswert eines Sensors S1–S3 mit dem sich aus der Kennlinie des jeweiligen Sensors S1–S3 für α ergebenen Wert verglichen wird, wobei die Differenz die Längsbeschleunigungskomponente darstellt. Durch verschiedene weitere Verknüpfungen lässt sich das Ergebnis gegenkontrollieren.Knowing the angle (α), the longitudinal acceleration component can be recovered via at least one of the three sensors S1, S2, S3, in which the actual measured value of a sensor S1-S3 with the characteristic curve of the sensor is compared to the respective sensor S1-S3 for α, the difference representing the longitudinal acceleration component. Through various other links, the result can be counter-controlled.

Aus der Signalverarbeitung wird ersichtlich, dass die Gravitationswerte in den +–90° Punkten möglichst unterschiedlich sein sollten. Je größer deren Differenz, desto höher ist die Auflösung der dynamischen Größen.Signal processing shows that the gravitational values in the + -90 ° points should be as different as possible. The larger the difference, the higher the resolution of the dynamic quantities.

Da die Normierung auf das bei 90° vorliegende Maximum erfolgt, und das bei –90° vorliegende Minimum etwa den doppelten Amplitudenwert aufweist, liegen nach den Signalverarbeitungsschritten die Werte 0 bei 90° und der Wert des Minimums des Sensors S1 bei –90° vor. Dies ist der höchstmöglich zu erreichende Differenzbetrag.Since normalization is at the maximum at 90 °, and the minimum at -90 ° has approximately twice the amplitude value, the values 0 at 90 ° and the value of the minimum of the sensor S1 at -90 ° are present after the signal processing steps. This is the highest possible difference to be reached.

Da die vorab beschriebene Anordnung nicht auf Vertikalbeschleunigungskomponenten (auf die Sensoren bezogen) reagiert, ist zur Erfassung dieser Komponente, ein weiterer konventioneller Sensor S4 z. B. mit einer Schräglage von 90° des Abstützelementes 4 des Masseelementes 9, die den Sensor 4 bilden zur Senkrechten 12 der Grundplatte 5 erforderlich. Dies zeigt 5. Diese Position bietet sich an, da bei ihr keine Reaktion auf Längsbeschleunigung vorliegt. In Kenntnis der Winkelstellung lässt sich die Vertikalbeschleunigungskomponente des Sensorausgangssignals ermitteln.Since the arrangement described above does not respond to vertical acceleration components (related to the sensors), to detect this component, another conventional sensor S4 z. B. with an inclined position of 90 ° of the support element 4 of the mass element 9 that the sensor 4 make up to the vertical 12 the base plate 5 required. this shows 5 , This position makes sense because it has no reaction to longitudinal acceleration. Knowing the angular position, the vertical acceleration component of the sensor output signal can be determined.

6 zeigt eine weitere Sensoranordnung, bei der der Winkel (β) zwischen den Streifenabschnitten 2.3–2.2, 3.3–3.2 ein 90° Winkel ist. Gegenüber der vorgenannten Sensoranordnung ist hier ein geringeres Auflösevermögen zu verzeichnen. 6 shows another sensor arrangement in which the angle (β) between the strip portions 2.3 - 2.2 . 3.3 - 3.2 a 90 ° angle is. Compared to the aforementioned sensor arrangement is here to record a lower resolution.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Abstützelement konventioneller SensorSupporting element conventional sensor
22: Abstützelement abgewinkelter Sensor mit den Abschnitten 2.1, 2.2, 2.3 Support element angled sensor with the sections 2.1 . 2.2 . 2.3
33: Abstützelement abgewinkelter Sensor mit den Abschnitten 3.1, 3.2, 3.3 Support element angled sensor with the sections 3.1 . 3.2 . 3.3
44: Abstützelement konventioneller SensorSupporting element conventional sensor
55: Grundplattebaseplate
66: Masseelementmass element
77: Masseelementmass element
88th: Masseelementmass element
99: Masseelementmass element
1010: Messpunktmeasuring point
1111: Horizontalehorizontal
1212: Senkrechte zur GrundplatteVertical to the base plate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2012/013627 A1 [0002, 0004]

Claims

Sensor system for the parallel detection of acceleration of movement and gravitational acceleration in a plane or parallel planes comprising - a base plate ( 5 ) and - at least three mass elements ( 6 . 7 . 8th ), each mass element ( 6 . 7 . 8th ) via an elastic support element ( 1 . 2 . 3 ) with the base plate ( 5 ) and in the common plane or the parallel planes is deflectable, wherein at least the support element ( 1 ) of the mass element ( 6 ) is a rod or strip which is arranged so that the gravitational characteristic has a symmetrical sinusoidal characteristic and which is a measuring point ( 10 ) and the supporting elements ( 2 . 3 ) of the mass elements ( 7 . 8th ) arranged in mirror image same at least twice angled bars or strips ( 2.1 . 2.2 . 2.3 and 3.1 . 3.2 . 3.3 ) are with measuring points ( 10 ) away from the mass elements ( 7 . 8th ) and - an evaluation circuit at the measuring points ( 10 ) resulting signals.

Sensor system according to claim 1, characterized in that in the mass elements ( 6 . 7 . 8th ) with the supporting elements ( 1 . 2 . 3 ) the arrangement is made so that the sensor system is not perpendicular or not parallel to the base plate ( 5 ) acting motion acceleration components responds.

Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the support element ( 1 ) perpendicular to the base plate ( 5 ) is arranged.

Sensor arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mass element ( 6 ) at the end of the support element ( 1 ) and with the measuring point ( 10 ) coincides.

Sensor arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least twice angled rods or strips ( 2.1 . 2.2 . 2.3 and 3.1 . 3.2 . 3.3 ) carried out supporting elements ( 2 . 3 ) one with the base plate ( 5 ) connected section ( 2.1 . 3.1 ) having a vertical ( 12 ) to the base plate ( 5 ) includes an angle other than 90 °, at an angle of 90 ° respectively to the sections ( 2.1 . 3.1 ) subsequent section ( 2.2 . 3.2 ) and these sections in the form of sections ( 2.3 . 3.3 ) are continued at an angle (β).

Sensor arrangement according to claim 5, characterized in that the sections ( 2.3 . 3.3 ) at an acute angle (β) with respect to the sections ( 2.2 . 3.2 ) are returned.

Sensor arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the angle of the sections ( 2.1 . 3.1 ) with the vertical ( 12 ) to the base plate ( 5 ) the angle (β) between the sections ( 2.2 - 2.3 ) respectively. ( 3.2 - 3.3 ) corresponds.

Sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sections ( 2.3 ) and ( 3.3 ) parallel to the base plate ( 5 ) are arranged running.

Sensor arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the mass elements ( 7 . 8th ) at the ends of the sections ( 2.3 respectively. 3.3 ) on one to the sections ( 2.1 . 3.1 ) aligned line are arranged.

Sensor arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the measuring points ( 10 ) of the supporting elements ( 2 . 3 ) at the crossing points between the sections ( 2.1 . 2.2 ) and ( 3.1 . 3.2 ) lie.

Sensor arrangement according to one of claims 1 to 5 or 10, characterized in that the angle (β) between the sections ( 2.2 . 2.3 . 3.2 . 3.3 ) Is 90 °.

Sensor arrangement according to one of claims 1 or 3 to 11, characterized in that with four mass elements ( 6 . 7 . 8th . 9 ) the supporting element ( 4 ) of the mass element ( 9 ) is a bar or strip whose gravitational characteristic has a symmetrical sinusoidal characteristic and which is perpendicular to the vertical ( 12 ) of the base plate ( 5 ) is arranged.