DE102020210122A1 - Sensor device, sensor system and method for operating a sensor system - Google Patents

Sensor device, sensor system and method for operating a sensor system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, mit einer Sensoreinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, erste Sensordaten bezüglich mindestens einer physikalischen Größe zu erzeugen, und mit einer Schnittstelle, welche zum Koppeln mit einer Erweiterungssensoreinrichtung zur Erweiterung einer Funktionalität der Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wobei sich mindestens ein Betriebsparameter der Sensoreinrichtung von einem entsprechenden Betriebsparameter der Erweiterungssensoreinrichtung zumindest teilweise unterscheidet. Die Schnittstelle ist dazu ausgebildet, von der Erweiterungssensoreinrichtung erzeugte zweite Sensordaten bezüglich der mindestens einen physikalischen Größe zu empfangen.The invention relates to a sensor device with a sensor device which is designed to generate first sensor data relating to at least one physical quantity, and with an interface which is designed for coupling to an expansion sensor device to expand a functionality of the sensor device, with at least one operating parameter of the sensor device differs at least partially from a corresponding operating parameter of the extension sensor device. The interface is designed to receive second sensor data relating to the at least one physical variable generated by the extension sensor device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, ein Sensorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems. Bei der Sensorvorrichtung bzw. bei dem Sensorsystem kann es sich insbesondere um eine inertiale Messeinheit handeln.The present invention relates to a sensor device, a sensor system and a method for operating a sensor system. The sensor device or the sensor system can in particular be an inertial measuring unit.

Stand der TechnikState of the art

Inertiale Messeinheiten (englisch: inertial measurement unit, IMU) umfassen mehrere Inertialsensoren, wie Beschleunigungssensoren und Drehsensoren. Inertiale Messeinheiten kommen bei zahlreichen Produkten zum Einsatz, etwa Smartphones, Drohnen oder Kameras. Ein beispielhaftes Sensorsystem ist aus der US 2011/0314912 A1 bekannt.Inertial measurement units (IMU) include several inertial sensors, such as acceleration sensors and rotation sensors. Inertial measurement units are used in numerous products, such as smartphones, drones or cameras. An exemplary sensor system is from U.S. 2011/0314912 A1 famous.

Inertiale Messeinheiten umfassen typischerweise einen dreikanaligen Beschleunigungssensor. Dieser umfasst meist einen mikromechanischen Sensor mit einem maximalen Messbereich von +/- 16g oder +/- 32g, wobei g die mittlere Erdbeschleunigung von etwa 9,81 m/s2 bezeichnet. Elektrisch können daraus kleinere Messbereiche angegeben bzw. dargestellt werden, d. h. beispielsweise +/- 8g bzw. +/-16g.Inertial measurement units typically include a three-channel accelerometer. This usually includes a micromechanical sensor with a maximum measuring range of +/- 16g or +/- 32g, where g designates the mean acceleration due to gravity of about 9.81 m/s 2 . Electrically, smaller measuring ranges can be specified or displayed, ie for example +/- 8g or +/-16g.

Weiter umfassen die inertialen Messeinheiten typischerweise einen dreikanaligen Drehratensensor. Analog zu dem dreikanaligen Beschleunigungssensor umfasst der Drehratensensor meist einen mikromechanischen Sensor mit einem maximalen Messbereich von +/- 2000dps oder +/- 4000dps, wobei dps die Einheit Grad pro Sekunde (englisch: degree per second) bezeichnet. Elektrisch können wiederum kleinere Messbereiche angegeben bzw. dargestellt werden.Furthermore, the inertial measurement units typically include a three-channel yaw rate sensor. Similar to the three-channel acceleration sensor, the yaw rate sensor usually includes a micromechanical sensor with a maximum measuring range of +/- 2000 dps or +/- 4000 dps, with dps denoting the unit degrees per second. Electrically, in turn, smaller measuring ranges can be specified or represented.

Für manche Anwendungsfälle können jedoch größere Messbereiche erforderlich sein, falls beispielsweise höhere Beschleunigungen oder Drehraten auftreten.For some applications, however, larger measuring ranges may be necessary if, for example, higher accelerations or yaw rates occur.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung stellt eine Sensorvorrichtung, ein Sensorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.The invention provides a sensor device, a sensor system and a method for operating a sensor system with the features of the independent patent claims.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred embodiments are the subject of the respective dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine Sensorvorrichtung mit einer Sensoreinrichtung und einer Schnittstelle. Die Sensoreinrichtung ist dazu ausgebildet, erste Sensordaten bezüglich mindestens einer physikalischen Größe zu erzeugen. Die Schnittstelle ist zum Koppeln mit einer Erweiterungssensoreinrichtung zur Erweiterung einer Funktionalität der Sensoreinrichtung ausgebildet. Mindestens ein Betriebsparameter der Sensoreinrichtung unterscheidet sich von einem entsprechenden Betriebsparameter der Erweiterungssensoreinrichtung zumindest teilweise. Die Schnittstelle ist weiter dazu ausgebildet ist, von der Erweiterungssensoreinrichtung erzeugte zweite Sensordaten bezüglich der mindestens einen physikalischen Größe zu empfangen.According to a first aspect, the invention accordingly relates to a sensor device with a sensor device and an interface. The sensor device is designed to generate first sensor data relating to at least one physical variable. The interface is designed for coupling to an expansion sensor device to expand a functionality of the sensor device. At least one operating parameter of the sensor device differs at least partially from a corresponding operating parameter of the extension sensor device. The interface is also designed to receive second sensor data relating to the at least one physical variable generated by the extension sensor device.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Sensorsystem mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung und einer Erweiterungssensoreinrichtung zur Erweiterung der Funktionalität der Sensorvorrichtung, wobei die Erweiterungssensoreinrichtung über die Schnittstelle der Sensorvorrichtung mit der Sensorvorrichtung gekoppelt ist.According to a second aspect, the invention relates to a sensor system with a sensor device according to the invention and an extension sensor device for extending the functionality of the sensor device, the extension sensor device being coupled to the sensor device via the interface of the sensor device.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Sensorsystems, wobei anhand der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten die mindestens eine physikalische Größe bestimmt wird.According to a third aspect, the invention accordingly relates to a method for operating a sensor system according to the invention, the at least one physical quantity being determined using the first sensor data and the second sensor data.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die Erfindung stellt eine Sensorvorrichtung sowie ein modulares Sensorsystem bereit. Die Sensorvorrichtung kann durch Bereitstellen einer speziell gewählten Erweiterungssensoreinrichtung an die Anforderungen des entsprechenden Anwendungsfalls angepasst werden. Es ist dadurch möglich, bei Verwendung der gleichen Standard-Sensorvorrichtung eine Vielzahl von Anwendungsfällen abzudecken, indem entsprechend angepasste Erweiterungssensoreinrichtungen ausgewählt werden. Es ist dadurch nicht mehr erforderlich, die Sensorvorrichtung auf den jeweiligen Anwendungsfall speziell anzupassen, was einen hohen Aufwand durch die Anpassung von mikroelektromechanischen (MEMS)-Komponenten, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), Gehäusen, Testkonzepten und Ähnlichem erfordern würde. Entwicklungs- und Qualifikationskosten können reduziert werden.The invention provides a sensor device and a modular sensor system. The sensor device can be adapted to the requirements of the relevant application by providing a specially selected expansion sensor device. It is thereby possible, using the same standard sensor device, to cover a large number of applications by selecting appropriately adapted extension sensor devices. As a result, it is no longer necessary to specially adapt the sensor device to the respective application, which would require a great deal of effort by adapting microelectromechanical (MEMS) components, application-specific integrated circuits (ASICs), housings, test concepts and the like. Development and qualification costs can be reduced.

Gemäß einer Weiterbildung der Sensorvorrichtung bzw. des Sensorsystems benötigt die Erweiterungssensoreinrichtung keine komplexe Datenverarbeitung oder Zusatzfeatures. Die Erweiterungssensoreinrichtung kann die zweiten Sensordaten ohne vorherige Auswertung oder Weiterverarbeitung an die Schnittstelle der Sensorvorrichtung weiterleiten. Die Erweiterungssensoreinrichtung dient somit als Rohdatenquelle.According to a development of the sensor device or the sensor system, the expansion sensor device does not require any complex data processing or additional features. The extension sensor device can forward the second sensor data to the interface of the sensor device without prior evaluation or further processing. The extension sensor device thus serves as a raw data source.

Bevorzugt ist die Erweiterungssensoreinrichtung über eine Drahtverbindung mit der Schnittstelle der Sensorvorrichtung verbunden. Die Erweiterungssensoreinrichtung kann beispielsweise über eine einfache Eindraht-, Zweidraht- oder Dreidraht-Schnittstelle mit der Sensorvorrichtung verbunden sein.The extension sensor device is preferably connected to the interface of the sensor device via a wire connection. The extension sensor device can be connected to the sensor device via a simple one-wire, two-wire or three-wire interface, for example.

Die Sensorvorrichtung bzw. das Sensorsystem kann eine inertiale Messeinheit umfassen oder eine inertiale Messeinheit sein, mit einer ersten Beschleunigungssensoreinrichtung, welche ausgebildet ist, erste Beschleunigungssensordaten erzeugen, und/oder einer ersten Drehratensensoreinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, erste Drehratensensordaten zu erzeugen.The sensor device or the sensor system can comprise an inertial measuring unit or be an inertial measuring unit, with a first acceleration sensor device, which is designed to generate first acceleration sensor data, and/or a first yaw rate sensor device, which is designed to generate first yaw rate sensor data.

Gemäß einer Weiterbildung der Sensorvorrichtung umfasst die Sensoreinrichtung einen Drucksensor und/oder einen Magnetsensor und/oder einen Feuchtesensor.According to a development of the sensor device, the sensor device includes a pressure sensor and/or a magnetic sensor and/or a humidity sensor.

Gemäß einer Weiterbildung der Sensorvorrichtung ist die Sensoreinrichtung als MEMS-Sensoreinrichtung ausgebildet.According to a development of the sensor device, the sensor device is designed as a MEMS sensor device.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Sensorvorrichtung eine Signalverarbeitungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die ersten Sensordaten und die zweiten Sensordaten zu verarbeiten. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann insbesondere zur Fusionierung der Sensordaten ausgebildet sein.According to one development, the sensor device includes a signal processing device which is designed to process the first sensor data and the second sensor data. The signal processing device can be designed in particular to fuse the sensor data.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Sensorvorrichtung über die Schnittstelle mit verschieden ausgebildeten Erweiterungssensoreinrichtungen koppelbar, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung der Sensorvorrichtung dazu ausgebildet ist, die zweiten Sensordaten der verschieden ausgebildeten Erweiterungssensoreinrichtungen zu verarbeiten. Die verschieden ausgebildeten Erweiterungssensoreinrichtungen können sich beispielsweise hinsichtlich des Messbereichs, Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und/oder des Aufbaus, etwa hinsichtlich einer Dämpfungseigenschaft oder Übertragungseigenschaft unterscheiden.According to one development, the sensor device can be coupled via the interface to differently designed expansion sensor devices, with the signal processing device of the sensor device being designed to process the second sensor data of the differently designed expansion sensor devices. The differently designed expansion sensor devices can differ, for example, with regard to the measuring range, signal-to-noise ratio and/or the structure, for example with regard to an attenuation property or transmission property.

Nach optionaler Datenverarbeitung in der Sensorvorrichtung kann die Sensorvorrichtung die durch die Erweiterungssensoreinrichtung bereitgestellten Daten mit den Sensordaten der Sensorvorrichtung selbst an einen Host weitergeben, etwa einen Applikationsprozessor. Der Host erhält dann mehr Informationen als ohne die Erweiterungssensoreinrichtung.After optional data processing in the sensor device, the sensor device can forward the data provided by the extension sensor device with the sensor data of the sensor device itself to a host, for example an application processor. The host then receives more information than without the extension sensor device.

Gemäß einer Weiterbildung der Sensorvorrichtung können zur Datenverarbeitung der ersten und zweiten Sensordaten Filter der Sensorvorrichtung verwendet werden. Auch Kompensationen oder andere Datenverarbeitung können durch die Sensorvorrichtung abgedeckt werden. Durch die reduzierte Komplexität lässt sich eine sehr kleine Erweiterungssensoreinrichtung realisieren. Beispielsweise kann die Erweiterungssensoreinrichtung eine Fläche von höchstens 1x1mm neben der Sensorvorrichtung einnehmen. Durch Einspeisung der zweiten Sensordaten über die Schnittstelle der Sensorvorrichtung können vielfältige Datenverarbeitungsmöglichkeiten der Sensorvorrichtung mitverwendet werden.According to a development of the sensor device, filters of the sensor device can be used for data processing of the first and second sensor data. Compensations or other data processing can also be covered by the sensor device. Due to the reduced complexity, a very small expansion sensor device can be implemented. For example, the extension sensor device can occupy an area of at most 1×1 mm next to the sensor device. By feeding in the second sensor data via the interface of the sensor device, a variety of data processing options of the sensor device can also be used.

Gemäß einer Weiterbildung der Sensorvorrichtung ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die ersten Sensordaten mit den zweiten Sensordaten zu fusionieren und/oder ohne vorherige Fusionierung an ein externes Gerät auszugeben.According to a development of the sensor device, the signal processing device is designed to merge the first sensor data with the second sensor data and/or to output it to an external device without previous merging.

Gemäß einer Weiterbildung des Sensorsystems ist die Erweiterungssensoreinrichtung an die Sensorvorrichtung angrenzend angeordnet.According to a development of the sensor system, the extension sensor device is arranged adjacent to the sensor device.

Gemäß einer Weiterbildung des Sensorsystems umfasst die Erweiterungssensoreinrichtung eine zweite Beschleunigungssensoreinrichtung zum Bereitstellen von zweiten Beschleunigungssensordaten, wobei sich mindestens ein Betriebsparameter der zweiten Beschleunigungssensoreinrichtung von einem entsprechenden Betriebsparameter der ersten Beschleunigungssensoreinrichtung zumindest teilweise unterscheidet. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Erweiterungssensoreinrichtung eine zweite Drehratensensoreinrichtung zum Bereitstellen von zweiten Drehratensensordaten, wobei sich mindestens ein Betriebsparameter der zweiten Drehratensensoreinrichtung von einem entsprechenden Betriebsparameter der ersten Drehratensensoreinrichtung zumindest teilweise unterscheidet.According to a development of the sensor system, the expansion sensor device includes a second acceleration sensor device for providing second acceleration sensor data, wherein at least one operating parameter of the second acceleration sensor device differs at least partially from a corresponding operating parameter of the first acceleration sensor device. Alternatively or additionally, the expansion sensor device comprises a second yaw rate sensor device for providing second yaw rate sensor data, wherein at least one operating parameter of the second yaw rate sensor device differs at least partially from a corresponding operating parameter of the first yaw rate sensor device.

Gemäß einer Weiterbildung des Sensorsystems umfasst der mindestens eine Betriebsparameter, in welchem sich die Sensoreinrichtung von der Erweiterungssensoreinrichtung zumindest teilweise unterscheidet, zumindest eines von einem Messbereich, einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis, und einer Dämpfungseigenschaft.According to a further development of the sensor system, the at least one operating parameter in which the sensor device at least partially differs from the extension sensor device comprises at least one of a measuring range, a signal-to-noise ratio and a damping property.

Gemäß einer Weiterbildung des Sensorsystems ist ein Messbereich der Erweiterungssensoreinrichtung größer als ein Messbereich der Sensoreinrichtung.According to a development of the sensor system, a measuring range of the extension sensor device is larger than a measuring range of the sensor device.

Gemäß einer Weiterbildung des Sensorsystems ist ein Messbereich der Erweiterungssensoreinrichtung kleiner als ein Messbereich der Sensoreinrichtung und ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Erweiterungssensoreinrichtung größer als ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Sensoreinrichtung.According to a development of the sensor system, a measuring range of the extension sensor device is smaller than a measuring range of the sensor device and a signal-to-noise ratio of the extension sensor device is greater than a signal-to-noise ratio of the sensor device.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 einen beispielhaften Messbereich eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 4 ein Diagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Show it:
  • 1 a schematic block diagram of a sensor system according to an embodiment of the invention;
  • 2 a schematic block diagram of a sensor system according to a further embodiment of the invention;
  • 3 an exemplary measurement range of a sensor system according to an embodiment of the invention; and
  • 4 a diagram of a method for operating a sensor system according to an embodiment of the invention.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements and devices that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in all figures.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Sensorsystems 1a. Das Sensorsystem 1a ist eine inertiale Messeinheit und umfasst eine Sensoreinrichtung mit einer ersten Beschleunigungssensoreinrichtung 21, welche erste Beschleunigungssensordaten erzeugt, sowie einer ersten Drehratensensoreinrichtung 22, welche erste Drehratensensordaten erzeugt. 1 shows a schematic block diagram of a sensor system 1a. The sensor system 1a is an inertial measuring unit and includes a sensor device with a first acceleration sensor device 21, which generates first acceleration sensor data, and a first yaw rate sensor device 22, which generates first yaw rate sensor data.

Weiter umfasst das Sensorsystem 1a eine Erweiterungssensoreinrichtung 3 mit einer zweiten Beschleunigungssensoreinrichtung 31, welche zweite Beschleunigungssensordaten erzeugt, sowie mit einer zweiten Drehratensensoreinrichtung 32, welche zweite Drehratensensordaten erzeugt.Furthermore, the sensor system 1a includes an extension sensor device 3 with a second acceleration sensor device 31, which generates second acceleration sensor data, and with a second yaw rate sensor device 32, which generates second yaw rate sensor data.

Die Sensorvorrichtung 2 ist über eine Schnittstelle 23, insbesondere eine Drahtschnittstelle, bevorzugt eine Zwei-Draht-Schnittstelle oder Drei-Draht-Schnittstelle, mit der Erweiterungssensoreinrichtung 3 gekoppelt und empfängt über die Schnittstelle 23 die zweiten Beschleunigungssensordaten und zweiten Drehratensensordaten von der Erweiterungssensoreinrichtung 3. Die Schnittstelle 23 kann jedoch auch eine drahtlose Schnittstelle sein.Sensor device 2 is coupled to extension sensor device 3 via an interface 23, in particular a wire interface, preferably a two-wire interface or three-wire interface, and receives the second acceleration sensor data and second rotation rate sensor data from extension sensor device 3 via interface 23 However, interface 23 can also be a wireless interface.

Betriebsparameter der Sensoreinrichtung 21, 22 unterscheiden sich zumindest teilweise von Betriebsparametern der Erweiterungssensoreinrichtung 3. Die Betriebsparameter, in welchen sich die erste Beschleunigungssensoreinrichtung 21 von der zweiten Beschleunigungssensoreinrichtung 31 unterscheidet, und/oder in welchen sich die erste Drehratensensoreinrichtung 22 von der zweiten Drehratensensoreinrichtung 32 unterscheiden, kann etwa ein jeweiliger Messbereich sein. Die Messbereiche können sich teilweise überlappen oder auch vollständig unterschiedlich sein. Die Betriebsparameter können auch ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis oder eine Dämpfungseigenschaft sein, d.h. etwa Resonanzfrequenzen, welche sich aus der geometrischen Ausgestaltung der Beschleunigungssensoreinrichtungen 21, 31 bzw. Drehratensensoreinrichtungen 22, 32 ergeben. Die Dämpfungseigenschaft kann wiederum den Messbereich beeinflussen.Operating parameters of the sensor device 21, 22 differ at least partially from operating parameters of the extension sensor device 3. The operating parameters in which the first acceleration sensor device 21 differs from the second acceleration sensor device 31, and/or in which the first rotation rate sensor device 22 differs from the second rotation rate sensor device can be a respective measuring range. The measuring ranges can partly overlap or be completely different. The operating parameters can also be a signal-to-noise ratio or a damping property, i.e. resonance frequencies, for example, which result from the geometric design of the acceleration sensor devices 21, 31 or yaw rate sensor devices 22, 32. The damping property can in turn influence the measuring range.

Der Messbereich der zweiten Beschleunigungssensoreinrichtung 31 kann größer sein als der Messbereich der ersten Beschleunigungssensoreinrichtung 21. Zusätzlich oder alternativ kann der Messbereich der zweiten Drehratensensoreinrichtung 32 größer sein als der Messbereich der ersten Drehratensensoreinrichtung 22.The measuring range of the second acceleration sensor device 31 can be larger than the measuring range of the first acceleration sensor device 21. Additionally or alternatively, the measuring range of the second yaw rate sensor device 32 can be larger than the measuring range of the first yaw rate sensor device 22.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Messbereich der zweiten Beschleunigungssensoreinrichtung 31 kleiner ist als der Messbereich der ersten Beschleunigungssensoreinrichtung 21 und ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der zweiten Beschleunigungssensoreinrichtung 31 größer ist als ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der ersten Beschleunigungssensoreinrichtung 21. Zusätzlich oder alternativ kann ein Messbereich der zweiten Drehratensensoreinrichtung 32 kleiner sein als ein Messbereich der ersten Drehratensensoreinrichtung 31 und ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der zweiten Drehratensensoreinrichtung 32 kann größer sein als ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der ersten Drehratensensoreinrichtung 31.It can also be provided that the measuring range of the second acceleration sensor device 31 is smaller than the measuring range of the first acceleration sensor device 21 and a signal-to-noise ratio of the second acceleration sensor device 31 is greater than a signal-to-noise ratio of the first acceleration sensor device 21 Additionally or alternatively, a measuring range of the second yaw rate sensor device 32 can be smaller than a measuring range of the first yaw rate sensor device 31 and a signal-to-noise ratio of the second yaw rate sensor device 32 can be greater than a signal-to-noise ratio of the first yaw rate sensor device 31.

Es kann auch vorgesehen sein, lediglich eine Funktionalität der Sensoreinrichtung 21, 22 zu erweitern. So kann die Erweiterungssensoreinrichtung 3 beispielsweise lediglich die zweite Beschleunigungssensoreinrichtung 31 zur Erweiterung der Funktionalität der ersten Beschleunigungssensoreinrichtung 21 aufweisen. Weiter kann die Erweiterungssensoreinrichtung 3 auch lediglich die zweite Drehratensensoreinrichtung 32 zur Erweiterung der Funktionalität der ersten Drehratensensoreinrichtung 22 aufweisen.It can also be provided that only one functionality of the sensor device 21, 22 is expanded. For example, the expansion sensor device 3 can only have the second acceleration sensor device 31 to expand the functionality of the first acceleration sensor device 21 . Furthermore, the expansion sensor device 3 can also only have the second yaw rate sensor device 32 for expanding the functionality of the first yaw rate sensor device 22 .

Auch die Art der Sensoren ist lediglich beispielhaft. So können weitere Sensoren zusätzlich oder auch alternativ vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung 2 mindestens eines von Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Drucksensoren, Magnetsensoren, Feuchtesensor oder dergleichen umfassen. Die Erweiterungssensoreinrichtung 3 erweitert die Funktionalität von zumindest einem dieser Sensoren. Beispielsweise kann das Sensorsystem 1a eine 9 degrees-of-freedom (9DoF)-inertiale-Messeinheit sein, das heißt eine Beschleunigungssensoreinrichtung 21, eine Drehratensensoreinrichtung 22 und eine Magnetsensoreinrichtung umfassen.The type of sensors is also only an example. Further sensors can be provided additionally or alternatively. For example, the sensor device 2 can include at least one of acceleration sensors, yaw rate sensors, pressure sensors, magnetic sensors, moisture sensors or the like. The expansion sensor device 3 expands the functionality of at least one of these sensors. For example, the sensor system 1a can be a 9 degrees of freedom (9DoF) inertial measurement unit, that is to say it can comprise an acceleration sensor device 21, a yaw rate sensor device 22 and a magnetic sensor device.

Die Sensorvorrichtung 2 umfasst weiter eine Signalverarbeitungseinrichtung 24, welche die ersten Sensordaten und die zweiten Sensordaten zu verarbeitet. Die Signalverarbeitungseinrichtung 24 kann beispielsweise die ersten Sensordaten mit den zweiten Sensordaten fusionieren. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Signalverarbeitungseinrichtung 24 die ersten Sensordaten mit den zweiten Sensordaten ohne vorherige Fusionierung an ein externes Gerät, etwa einen Applikationsprozessor ausgibt.The sensor device 2 also includes a signal processing device 24, which processes the first sensor data and the second sensor data. The signal processing device 24 can, for example, fuse the first sensor data with the second sensor data. Provision can also be made for the signal processing device 24 to output the first sensor data with the second sensor data to an external device, for example an application processor, without prior merging.

2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Sensorsystems 1b. Die Sensorvorrichtung 2 des Sensorsystems 1b ist über eine Zwei-Draht-Verbindung 4 mit der Erweiterungssensoreinrichtung 3 verbunden. Weiter ist die Sensorvorrichtung 2 über ein Interface 5 mit einem (nicht gezeigten) Applikationsprozessor verbunden. Im Übrigen kann das Sensorsystem 1b dem in 1 gezeigten und oben beschriebenen Sensorsystem 1a entsprechen. 2 shows a schematic block diagram of a sensor system 1b. The sensor device 2 of the sensor system 1b is connected to the expansion sensor device 3 via a two-wire connection 4 . Furthermore, the sensor device 2 is connected to an application processor (not shown) via an interface 5 . Incidentally, the sensor system 1b can 1 correspond to sensor system 1a shown and described above.

3 zeigt einen beispielhaften Messbereich eines Sensorsystems 1a, 1b. Der Messbereich umfasst einen ersten Messbereich B1 der Sensoreinrichtung 21, 22 der Sensorvorrichtung 2 sowie einen zweiten Messbereich B2 der Erweiterungssensoreinrichtung 3. Die Achsen entsprechen dem Inputsignal 1 sowie dem Outputsignal O der Sensoreinrichtung 21, 22 bzw. der Erweiterungssensoreinrichtung 3. 3 shows an exemplary measuring range of a sensor system 1a, 1b. The measuring range comprises a first measuring range B1 of sensor device 21, 22 of sensor device 2 and a second measuring range B2 of extension sensor device 3. The axes correspond to input signal 1 and output signal O of sensor device 21, 22 and extension sensor device 3.

Beispielsweise kann die Funktionalität der ersten Beschleunigungssensoreinrichtung 21 mittels der zweiten Beschleunigungssensoreinrichtung 31 erweitert werden. Die erste Beschleunigungssensoreinrichtung 21 erfasst einen Messbereich B1 von +/-32g und die zweite Beschleunigungssensoreinrichtung 31 erweitert den Messbereich auf einen Messbereich B2 von +/-50g. Je nach Anwendungsfall kann der Messbereich auch auf andere Zahlenwerte erweitert werden, etwa +/-100g, +/-500g oder Vielfache von 4g, 8g, 16g, 32g,...For example, the functionality of the first acceleration sensor device 21 can be expanded using the second acceleration sensor device 31 . The first acceleration sensor device 21 covers a measurement range B1 of +/-32g and the second acceleration sensor device 31 extends the measurement range to a measurement range B2 of +/-50g. Depending on the application, the measuring range can also be extended to other numerical values, such as +/-100g, +/-500g or multiples of 4g, 8g, 16g, 32g,...

Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Funktionalität der ersten Drehratensensoreinrichtung 22 mittels der zweiten Drehratensensoreinrichtung 32 erweitert wird, etwa von einem Messbereich B 1 von +/- 2000dps oder +/- 4000dps auf einen Messbereich B2 von +/- 8000dps.Provision can also be made for the functionality of first yaw rate sensor device 22 to be expanded by means of second yaw rate sensor device 32, for example from a measurement range B1 of +/-2000 dps or +/-4000 dps to a measurement range B2 of +/-8000 dps.

4 zeigt ein Diagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems 1a, 1b. Hierbei kann es sich insbesondere um eines der oben beschriebenen Sensorsysteme 1a, 1b handeln. 4 shows a diagram of a method for operating a sensor system 1a, 1b. This can in particular be one of the sensor systems 1a, 1b described above.

In einem ersten Verfahrensschritt S 1 erfasst die Sensoreinrichtung 21, 22 erste Sensordaten bezüglich mindestens einer physikalischen Größe und die Erweiterungssensoreinrichtung 3 erfasst zweite Sensordaten bezüglich einer physikalischen Größe. Hierbei handelt es sich um mindestens eine der physikalischen Größen, welche auch die Sensoreinrichtung 21, 22 erfasst, etwa eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Drehrate, einen Druck, eine Feuchte oder dergleichen.In a first method step S1, the sensor device 21, 22 captures first sensor data relating to at least one physical quantity and the extension sensor device 3 captures second sensor data relating to a physical quantity. This is at least one of the physical variables that sensor device 21, 22 also detects, such as speed, acceleration, yaw rate, pressure, humidity or the like.

Anhand der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten wird die mindestens eine physikalische Größe bestimmt. Beispielsweise können in einem ersten Messbereich B1 die ersten Sensordaten zur Bestimmung der physikalischen Größe herangezogen werden und in einem zweiten Messbereich B2 die zweiten Sensordaten. Die ersten Sensordaten und die zweiten Sensordaten können jedoch auch fusioniert werden, um die physikalische Größe zu bestimmen.The at least one physical variable is determined on the basis of the first sensor data and the second sensor data. For example, the first sensor data can be used to determine the physical quantity in a first measurement area B1 and the second sensor data in a second measurement area B2. However, the first sensor data and the second sensor data can also be merged in order to determine the physical variable.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2011/0314912 A1 [0002]US 2011/0314912 A1 [0002]

Claims (11)

Sensorvorrichtung (2), mit: einer Sensoreinrichtung (21, 22), welche dazu ausgebildet ist, erste Sensordaten bezüglich mindestens einer physikalischen Größe zu erzeugen; und einer Schnittstelle (23), welche zum Koppeln mit einer Erweiterungssensoreinrichtung (3) zur Erweiterung einer Funktionalität der Sensoreinrichtung (2) ausgebildet ist, wobei sich mindestens ein Betriebsparameter der Sensoreinrichtung (21, 22) von einem entsprechenden Betriebsparameter der Erweiterungssensoreinrichtung (3) zumindest teilweise unterscheidet; wobei die Schnittstelle (23) weiter dazu ausgebildet ist, von der Erweiterungssensoreinrichtung (3) erzeugte zweite Sensordaten bezüglich der mindestens einen physikalischen Größe zu empfangen.Sensor device (2), with: a sensor device (21, 22) which is designed to generate first sensor data relating to at least one physical variable; and an interface (23) which is designed for coupling to an extension sensor device (3) to extend a functionality of the sensor device (2), with at least one operating parameter of the sensor device (21, 22) differing at least partially from a corresponding operating parameter of the extension sensor device (3). differs; wherein the interface (23) is further designed to receive second sensor data generated by the extension sensor device (3) with regard to the at least one physical variable. Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (21, 22) eine inertiale Messeinheit umfasst, mit: a. einer ersten Beschleunigungssensoreinrichtung (21), welche ausgebildet ist, erste Beschleunigungssensordaten erzeugen; und/oder b. einer ersten Drehratensensoreinrichtung (22), welche dazu ausgebildet ist, erste Drehratensensordaten zu erzeugen.Sensor device (2) after claim 1 , wherein the sensor device (21, 22) comprises an inertial measuring unit, with: a. a first acceleration sensor device (21) which is designed to generate first acceleration sensor data; and/or b. a first yaw rate sensor device (22) which is designed to generate first yaw rate sensor data. Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (24), welche dazu ausgebildet ist, die ersten Sensordaten und die zweiten Sensordaten zu verarbeiten.Sensor device (2) after claim 1 or 2 , further with a signal processing device (24), which is designed to process the first sensor data and the second sensor data. Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 3, wobei die Sensorvorrichtung (2) über die Schnittstelle (23) mit verschieden ausgebildeten Erweiterungssensoreinrichtungen (3) koppelbar ist, und wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (24) der Sensorvorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, die zweiten Sensordaten der verschieden ausgebildeten Erweiterungssensoreinrichtungen (3) zu verarbeiten.Sensor device (2) after claim 3 , wherein the sensor device (2) can be coupled via the interface (23) to differently designed extension sensor devices (3), and wherein the signal processing device (24) of the sensor device (2) is designed to transmit the second sensor data of the differently designed extension sensor devices (3). process. Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, die ersten Sensordaten mit den zweiten Sensordaten zu fusionieren und/oder ohne vorherige Fusionierung an ein externes Gerät auszugeben.Sensor device (2) after claim 3 or 4 , wherein the signal processing device (24) is designed to merge the first sensor data with the second sensor data and/or to output it to an external device without prior merging. Sensorsystem (1a; 1b), mit: einer Sensorvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und einer Erweiterungssensoreinrichtung (3) zur Erweiterung der Funktionalität der Sensorvorrichtung (2), wobei die Erweiterungssensoreinrichtung (3) über die Schnittstelle (23) mit der Sensorvorrichtung (2) gekoppelt ist.Sensor system (1a; 1b), with: a sensor device (2) according to any one of the preceding claims, and an extension sensor device (3) for extending the functionality of the sensor device (2), the extension sensor device (3) being coupled to the sensor device (2) via the interface (23). Sensorsystem (1a; 1b) nach Anspruch 6 mit der Sensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Erweiterungssensoreinrichtung (3) umfasst: a. eine zweite Beschleunigungssensoreinrichtung (31), welche dazu ausgebildet ist, zweite Beschleunigungssensordaten zu erzeugen, und/oder b. eine zweite Drehratensensoreinrichtung (32), welche dazu ausgebildet ist, zweite Drehratensensordaten zu erzeugen.Sensor system (1a; 1b) after claim 6 with the sensor device (2) according to one of claims 2 until 6 , wherein the extension sensor device (3) comprises: a. a second acceleration sensor device (31) which is designed to generate second acceleration sensor data, and/or b. a second yaw rate sensor device (32) which is designed to generate second yaw rate sensor data. Sensorsystem (1a; 1b) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Betriebsparameter, in welchem sich die Sensoreinrichtung (21, 22) von der Erweiterungssensoreinrichtung (3) zumindest teilweise unterscheidet, zumindest eines umfasst von: a. einem Messbereich, b. einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis, und c. einer Dämpfungseigenschaft.Sensor system (1a; 1b) after claim 6 or 7 , wherein the operating parameter in which the sensor device (21, 22) differs from the extension sensor device (3) at least partially comprises at least one of: a. a measuring range, b. a signal-to-noise ratio, and c. a damping property. Sensorsystem (1a; 1b) nach Anspruch 8, wobei ein Messbereich der Erweiterungssensoreinrichtung (3) größer ist als ein Messbereich der Sensoreinrichtung (21, 22).Sensor system (1a; 1b) after claim 8 , wherein a measuring range of the extension sensor device (3) is larger than a measuring range of the sensor device (21, 22). Sensorsystem (1a; 1b) nach Anspruch 8, wobei ein Messbereich der Erweiterungssensoreinrichtung (3) kleiner ist als ein Messbereich der Sensoreinrichtung (21, 22) und ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Erweiterungssensoreinrichtung (3) größer ist als ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Sensoreinrichtung (21, 22).Sensor system (1a; 1b) after claim 8 , wherein a measuring range of the extension sensor device (3) is smaller than a measuring range of the sensor device (21, 22) and a signal-to-noise ratio of the extension sensor device (3) is greater than a signal-to-noise ratio of the sensor device (21 , 22). Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems (1a; 1b) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei anhand der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten die mindestens eine physikalische Größe bestimmt wird (S2).Method for operating a sensor system (1a; 1b) according to one of Claims 6 until 10 , wherein the at least one physical quantity is determined based on the first sensor data and the second sensor data (S2).
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