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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors eines Geräts, wobei der Sensor ein Sensorelement zur Sensierung einer Messgröße und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines vom Sensorelement bereitgestellten Rohsignals umfasst.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Sensorsystem.
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Stand der Technik
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Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Sensoren anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf MEMS-Sensoren beschrieben.
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Bekannte Sensoren, welche zum Beispiel auf der Micro Electro Mechanical System-Technologie, kurz MEMS-Technologie, basieren, weisen beispielsweise zwei Komponenten auf, das eigentliche Sensorelement und eine zugehörige Auswertelogik. Die Auswertelogik übernimmt hierbei verschiedene Aufgaben, unter anderem eine Signalwandlung, eine Aufbereitung und Kalibrierung. Bei einer Kalibrierung wird das durch das Sensorelement gewandelte Signal so verändert, dass dieses möglichst ideal auf eine Änderung der physikalischen Eingangsgröße am Ausgang der Auswertelogik antwortet. Übliche Fehler, die durch die Kalibrierung korrigiert werden, sind unter anderem die Empfindlichkeit und der Offset, welche sich in dem durch das Sensorelement bereitgestellten Rohsignal befinden. Oftmals hängen diese Parameter zudem von Umwelteinflüssen wie zum Beispiel der Temperaturen oder Feuchte ab, welche zusätzlich mittels der Kalibrierung korrigiert werden können. Um die Ungenauigkeiten der Sensoren durch eine Kalibrierung korrigieren zu können, werden üblicherweise im Herstellungsprozess des Sensors die zu bestimmenden Kalibrierparameter durch Testsysteme oder andere Fertigungsanlagen ermittelt und während des Fertigungsprozesses für jedes Bauteil spezifisch in die Auswertelogik des jeweiligen Sensors integriert beziehungsweise in dieser im Sensor gespeichert. So können zum Beispiel im Herstellprozess Kalibrierparameter für den Offset und die Sensitivität eines Sensors ermittelt werden und diese direkt in der Auswertelogik des Sensors hinterlegt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors in einem Gerät bereit, wobei der Sensor ein Sensorelement zur Sensierung einer Messgröße und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines vom Sensorelement bereitgestellten Rohsignals umfasst, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen eines Zwischensignals durch die Auswerteeinrichtung,
- - Bereitstellen von Kalibrierinformationen für den Sensor anhand von Identifizierungsinformationen des Sensors mittels einer Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung,
- - Kalibrieren des Zwischensignals mittels der Kalibrierinformationen durch eine Kalibiereinrichtung, und
- - Bereitstellen eines Nutzsignals anhand des kalibrierten Zwischensignals durch die Kalibriereinrichtung,
wobei Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung und/oder Kalibriereinrichtung außerhalb des Sensors angeordnet und mit diesem verbunden sind.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Sensorsystem bereit, umfassend ein Gerät, insbesondere ein mobiles Gerät, welches einen Sensor, insbesondere einen MEMS-Sensor, aufweist, wobei der Sensor ein Sensorelement zur Sensierung einer Messgröße und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines vom Sensorelement bereitgestellten Rohsignals und zur Ausgabe eines Zwischensignals umfasst, eine Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren eines von der Auswerteinrichtung bereitgestellten Zwischensignals mittels Kalibrierinformationen und zum Bereitstellten eines Nutzsignals anhand des kalibrierten Zwischensignals, und eine Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen von Kalibrierinformationen für den Sensor anhand von Identifizierungsinformationen des Sensors, wobei Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung und/oder Kalibriereinrichtung außerhalb des Sensors angeordnet und mit diesem verbindbar sind.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass die Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung und/oder Kalibriereinrichtung nicht mehr im Sensor angeordnet werden müssen und damit ein kleineres und kostengünstigeres Bauteil realisiert werden kann. Darüber hinaus wird die Flexibilität erhöht, da beispielsweise so Fehler in der Auswerteeinrichtung, die aufgrund von bisher direkt hinterlegten Kalibrierparametern nachträglich nicht korrigiert werden konnten, nun korrigiert werden können. Ebenso können die Entwicklungszeit und die Entwicklungskosten für einen Sensor gesenkt werden, da die Kalibriereinrichtung, die beispielsweise als ASIC realisiert wird, was vergleichsweise aufwendig und teuer ist, nicht mehr im Sensor angeordnet werden muss.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Kalibrierinformationen durch einen Server, insbesondere einen Cloud-Server, bereitgestellt. Dies ermöglicht einen einfachen, schnellen und zentralen Zugriff auf die Kalibrierinformationen für eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfassen Identifizierungsinformationen des Sensors eine eindeutige Identifikationsnummer. Damit kann auf einfache und schnelle Weise ein Sensor identifiziert werden, für den dann entsprechend Kalibrierinformationen bereitgestellt werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die Identifizierungsinformationen in Form eines Barcodes einem Nutzer des Geräts bereitgestellt. Damit kann ein Nutzer auf einfache Weise sein Gerät nach Inbetriebnahme selbst kontrolliert mit der Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung verbinden und entsprechende Identifizierungsinformationen eines Sensors übermitteln.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Kalibriereinrichtung auf dem Gerät angeordnet. Auf diese Weise kann direkt auf dem Gerät eine Kalibrierung des Sensors vorgenommen werden. Diese kann beispielsweise als Software auf einer Rechnereinheit realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das Zwischensignal an die Kalibrierreinrichtung, die außerhalb des Geräts angeordnet wird, übertragen und das Nutzsignal an das Gerät zurück übertragen. Auf diese Weise ist eine noch kompaktere Ausbildung des Sensors beziehungsweise des Geräts möglich. Gleichzeitig kann zentral eine Kalibriereinrichtung zur Verfügung gestellt werden, was die Flexibilität hinsichtlich möglicher Aktualisierungen et cetera für die Kalibriereinrichtung verbessert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das Nutzsignal an eine Funktionseinheit übertragen, welche einem Nutzer des Geräts zumindest eine Funktion auf Basis des Nutzsignals bereitstellt. Damit wird die sogenannte „Nutzererfahrung“ verbessert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sensorsystems ist die Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung in Form eines Servers, insbesondere eines Cloud-Servers, ausgebildet, der mit dem Gerät verbindbar ist. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass die Kalibrierinformationen auf einfache Weise für eine Vielzahl von Sensoren bereitgestellt werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sensorsystems ist die Kalibriereinrichtung in Form eines Servers, insbesondere eines Cloud-Servers ausgebildet, der mit dem Gerät verbindbar ist. Auf diese Weise kann das Gerät noch kompakter ausgebildet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sensorsystems umfasst das Sensorsystem eine Funktionseinheit, welche ausgebildet ist, eine Funktion für einen Nutzer des Geräts bereitzustellen und wobei die Funktionseinrichtung in Form eines Servers, insbesondere eines Cloud-Servers, ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das Gerät noch kompakter und kostengünstiger hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sensorsystems sind Kalibriereinrichtung und Funktionseinrichtung auf dem gleichen Server angeordnet. Damit wird eine kostengünstige und zentrale Realisierung von Funktionseinrichtung und Kalibriereinrichtung ermöglicht.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
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Figurenliste
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Dabei zeigt in schematischer Form
- 1 ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 3 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt in schematischer Form ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist ein Sensorsystem 1 gezeigt. Das Sensorsystem 1 umfasst einen in einem Gerät 3 angeordneten Sensor 2. Der Sensor 2 umfasst dabei ein Sensorelement 6 und eine Auswerteeinrichtung 7. Auf dem Gerät 3 wird weiter eine Signalkalibrierungseinheit 10 und eine Recheneinheit 11, die Funktionen 107 für eine Nutzerschnittstelle 13 anhand eines Nutzsignals 106 bereitstellt, anordnet. Das Gerät 3 ist weiter mit einem Server 4 verbunden, der einen Cloud-Service bereitstellt. Ein Hersteller 5 des Sensors 2 stellt dem Server 4 Kalibrierparameter 104 bereit, die der Server 4 wiederum auf Anfrage dem Gerät 3 bereitstellt.
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Im Detail misst nun das Sensorelement 6 eine Messgröße 100, beispielsweise eine Beschleunigung oder dergleichen. Das Sensorelement 6 stellt hierzu ein Rohsignal 101 basierend auf der Messgröße 100 der Auswerteeinrichtung 7 zur Verfügung, die das Rohsignal 101 mittels einer Wandlungs- und Aufbereitungseinheit 70 aufbereitet und ein Zwischensignal 102 bereitstellt. Das Zwischensignal 102 wird der Signalkalibrierungseinheit 10 zur Verfügung gestellt, die anhand von Kalibrierparametern 105, die von dem Server 4 anhand einer Sensoridentifikationsnummer vom Server 4 für den Sensor 2 angefordert werden (Bezugszeichen 103) und an das Gerät 3 übertragen werden, ein Nutzsignal 106 bereitstellt. Anhand des Nutzsignals 106 stellt die Recheneinheit 11 einer Nutzerschnittstelle 13 des Geräts 3 Funktionen 107 auf Basis des Nutzsignals 106 zur Verfügung.
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Mit anderen Worten umfasst der Hardwareteil des Sensors 2 das Sensorelement 6 sowie ein Komponente 7 zur Signalwandlung und Aufbereitung. Die Kalibrierung der Sensorsignale erfolgt hier durch eine Software auf einer Recheneinheit 11 des Geräts 3, welche mit Hilfe einer zum Sensorelement 6 gehörigen eindeutigen Identifikationsnummer, die im Fertigungsprozess ermittelten Kalibrierparameter 104, 105 von einem Server 4, hier als Cloud Service, abruft und zur Kalibrierung der Sensorsignale nutzt. Die Identifikationsnummer des Sensors 2 kann zum Beispiel optisch als Barcode mit dem Sensor 2 ausgeliefert werden, oder in einem Speicher im Sensor 2 oder Gerät 3 hinterlegt werden. Die Verbindung zwischen Server 4 und Recheneinheit 11 und Signalkalibriereinheit 10 kann zudem dazu genutzt werden, die Software über Lebensdauer mit Hilfe von Updates zu verändern.
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2 zeigt in schematischer Form ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 2 ein Sensorsystem 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zum Sensorsystem 1 gemäß 1 ist beim Sensorsystem 1 gemäß 2 nun die Recheneinheit 11 und die Signalkalibrierungseinheit 10 auf dem Server 4 angeordnet. Das Zwischensignal 102 wird dabei mittels einer Signalweiterleitungseinheit 12 an den Server 4 übertragen, der das Zwischensignal 102 und die Sensoridentifikationsnummer 103 erhält. Der Server 4 kalibriert dann das Zwischensignal 102 mittels der Signalkalibriereinheit 10, die Kalibrierparameter 104 von einem Hersteller 5 des Sensors 2 erhält. Über die Verbindung zwischen Gerät 3 und Server 4 wird dann das Nutzsignal 106 an das Gerät 3 übertragen. Anhand des Nutzsignals 106 stellt die Recheneinheit 11 einer Nutzerschnittstelle 13 des Geräts 3 Funktionen 107 auf Basis des Nutzsignals 106 zur Verfügung.
Gegebenenfalls kann auch der Server 4 auch auf Basis des Nutzsignals 106 Funktionen 107 für eine Nutzerschnittstelle 13 des Geräts 3 bereitstellen und diese separat oder zusammen mit dem Nutzsignal 106 an das Gerät 3 übertragen.
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Mit anderen Worten dient nun beispielsweise die Software 12 auf dem Gerät 3 dazu, die Sensorsignale 102 inklusive der zugehörigen Sensoridentifikationsnummer 103 an den Server 4 zu schicken, auf welchem im Anschluss die Kalibrierung der Sensorsignale erfolgt. Die kalibrierten Sensorsignale 106 und gegebenenfalls zusätzliche Funktionen 107 werden im Anschluss wieder zurück an die Software 12 auf dem Gerät 3 übermittelt, welche diese an den Nutzer 13 weiterleitet.
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3 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Findung.
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In 3 sind Schritte eines Verfahrens zur Kalibrierung eines Sensors in einem Gerät gezeigt, wobei der Sensor ein Sensorelement zur Sensierung einer Messgröße und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines vom Sensorelement bereitgestellten Rohsignals umfasst.
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Dabei umfasst das Verfahren in einem ersten Schritt S1 ein Bereitstellen eines Zwischensignals durch die Auswerteeinrichtung.
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Weiter umfasst das Verfahren in einem weiteren Schritt S2 ein Bereitstellen von Kalibrierinformationen für den Sensor anhand von Identifizierungsinformationen des Sensors mittels einer Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung.
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Weiter umfasst das Verfahren in einem weiteren Schritt S3 ein Kalibrieren des Zwischensignals mittels der Kalibrierinformationen durch eine Kalibiereinrichtung.
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Weiter umfasst das Verfahren in einem weiteren Schritt S4 ein Bereitstellen eines Nutzsignals anhand des kalibrierten Zwischensignals durch die Kalibriereinrichtung, wobei Kalibrierinformationsbereitstellungseinrichtung und/oder Kalibriereinrichtung außerhalb des Sensors angeordnet und mit diesem verbunden sind.
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Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsform der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
- • Reduzierung der Sensorgröße.
- • Korrektur von Fehlern „im Feld“, also auf dem Gerät, beispielsweise durch eine Fernverbindung.
- • Nutzung von Sensorsignalen von Geräten möglich.
- • Reduzierung der Produktkosten.
- • Einsparung von Entwicklungszeit und Entwicklungskosten.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
