DE102021201537A1 - Verfahren zur teileindividuellen Diagnose eines Sensorsystems - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Durchführen einer Diagnose eines Sensorsystems, aufweisend die Schritte:(i) Ermittlung einer Verarbeitungsvorschrift eines Testsignales und/oder einer charakteristischen physikalischen Größe und/oder deren jeweiligen Änderung in Abhängigkeit von wenigstens einer teileindividuellen Eigenschaft des Sensorsystems; und(ii) Durchführen einer nachfolgenden Diagnose eines Sensorelements des Sensorsystems unter Verwendung der unter (i) ermittelten Verarbeitungsvorschrift.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur teileindividuellen Diagnose eines Sensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines diagnosefähigen Sensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.
• Stand der Technik
• In bekannten Sensorsystemen kommt zunehmend eine Vielfalt von unterschiedlichen Methoden zur Diagnose, insbesondere Selbstüberwachung und -kalibrierung zum Einsatz (selbsterfassende Sensoren, engl. self-sensing sensors). Neben der offensichtlichen wünschenswerten Anforderung, die z.B. durch einen geeigneten Abgleich am Ende des Produktionsprozesses erzielte Genauigkeit des Sensors auch während der gesamten Betriebsdauer aufrecht zu erhalten, d.h. insbesondere z.B. auftretende Alterungseffekte zu kompensieren, sind weitere Anwendungen die genaue und robuste Messung bei unterschiedlichen Einsatzbedingungen (z.B. veränderte Umgebungsbedingung wie Temperatur, Feuchte oder mechanische Belastungen wie sie z.B. durch den Einbau oder äußere Vibrationen entstehen können), sowie eine Selbstüberwachung des Sensors bezüglich korrekter Funktionsfähigkeit (letzteres insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen).
• Aus DE 10 2018 207 573 A1 ist ein Verfahren zum Re-Kalibrieren eines Sensors mithilfe eines geeigneten Testsignals bekannt, bei dem insbesondere ein Trim-Korrekturwert berechnet wird, wobei ein entsprechender Zusammenhang entweder vorab basierend auf einer Vielzahl von Messungen an gleichartigen Sensoren empirisch bestimmt wird oder mittels weiterer Einflussgrößen bestimmt wird, welche auch teilespezifische Parameter sein können.
  Bei einigen Sensorsystemen kann eine gleichartige Auswertung von Testsignalen und/oder charakteristischen Größen zu nicht zufriedenstellenden Ergebnissen führen, insbesondere wenn der für die Diagnose verwendete Zusammenhang zwischen den beobachteten Größen und den zu untersuchenden Größen stark von weiteren Größen abhängt. Ein Beispiel hierfür ist ein mikromechanischer Drehratensensor mit getrennten Antriebs- und Detektionsfrequenzen (sog. mode-split oder auch open-loop design im Ggs. zu mode-matching oder auch closed-loop design), bei dem die Detektionsfrequenz einen kleineren Wert als die Antriebsfrequenz aufweist (sog. negative frequency split design).
• Offenbarung der Erfindung
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Diagnose eines Sensorsystems bereitzustellen.
• Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum Durchführen einer Diagnose eines Sensorsystems, aufweisend die Schritte:
• (i) Ermittlung einer Verarbeitungsvorschrift eines Testsignales und/oder einer charakteristischen physikalischen Größe und/oder deren jeweiligen Änderung in Abhängigkeit von wenigstens einer teileindividuellen Eigenschaft des Sensorsystems; und
• (ii) Durchführen einer nachfolgenden Diagnose eines Sensorelements des Sensorsystems unter Verwendung der unter (i) ermittelten Verarbeitungsvorschrift.
• Auf diese Weise kann z.B. eine Änderung der Empfindlichkeit des Sensorelements festgestellt werden, was durch eine Nachkalibrierung basierend auf der Diagnose während des Betriebs verbessert werden kann. Vorteilhaft ist das vorgeschlagene Verfahren insbesondere für Sensorsysteme mit relativ großen Toleranzen bei der Herstellung einsetzbar, bei denen z.B. das Verhalten der verwendete Testsignale stark von diesen Toleranzen abhängt. Ein Beispiel hierfür sind mikromechanischen Drehratensensoren mit negativem Frequenzsplit, wobei das Verfahren aber explizit nicht auf diesen spezifischen Sensortyp beschränkt ist.
• Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements eines Sensorsystems, aufweisend die Schritte:
1. a) Teileindividuelles Ermitteln eines mathematischen Zusammenhangs zwischen einem Testsignal und einem Antwortsignal eines Sensorelements des Sensorsystems auf das Testsignal; und
2. b) Implementieren des in Schritt a) ermittelten mathematischen Zusammenhangs im Sensorsystem nach einem Endabgleich des Sensorelements.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Verfahren sind Gegenstand von jeweils abhängigen Ansprüchen.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis der durchgeführten Diagnose eine Nachkalibrierung eines Sensorelements des Sensorsystems durchgeführt wird.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Diagnose und/oder die Nachkalibrierung des Sensorelements zu definierten Zeitpunkten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann dies täglich, wöchentlich, monatlich, usw. erfolgen. Alternativ kann die Diagnose durch das System, welches das Sensorsystem verwendet, angefordert werden.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis der durchgeführten Diagnose eine Rückmeldung des Sensorsystems an einen Benutzer durchgeführt wird. Vorteilhaft kann dadurch z.B. eine entsprechende Aktion des Nutzers zur Behebung von Mängeln des Sensorsystems initiiert werden.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Verarbeitungsvorschrift in folgender Form darstellbar ist: $$\Delta S=CF\cdot \Delta T+C_0$$

  

  mit:

S

Empfindlichkeit des Sensors

T

Testsignal

CF

Korrelationsfaktor zwischen Änderung Empfindlichkeit und Testsignal

C0

konstanter Term in der Verarbeitungsvorschrift

Δ

Änderung der jeweiligen Größe

• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein konstanter Term der Verarbeitungsvorschrift folgende Form annimmt: $$C_0=CF\left(pp\right)\cdot \beta$$

  

  mit:

β

eine nicht teileindividuelle, sondern insbesondere empirisch, basierend auf einer großen Zahl von gleichartigen Sensorelementen ermittelte Konstante

• Auf diese Weise werden für die Praxis vorteilhafte Verarbeitungsvorschriften genutzt.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass Parameter des ermittelten mathematischen Zusammenhangs teileindividuell berechnet und im Sensorsystem hinterlegt werden. Auf diese Weise kann z.B. eine Steigung einer Schätzvorschrift im Sensorsystem hinterlegt sein.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorsystems sieht vor, dass der mathematische Zusammenhang wenigstens teilweise in Software und/oder wenigstens teilweise in Hardware implementiert wird. Beispielsweise kann dies als Firmware und/oder als eine Hardware in einem Digitalteil realisiert werden.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorsystems sieht vor, dass der mathematische Zusammenhang mittels eines Programmierens eines programmierbaren Speicherbausteins hinterlegt wird.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorsystems sieht vor, dass der mathematische Zusammenhang über die Lebensdauer des Sensorsystems geändert werden kann. Dadurch kann z.B. ein hinterlegter mathematischer Zusammenhang auf einfache Weise abgeändert werden. Diese Änderung erfolgt wiederum nach einer zu einem früheren Zeitpunkt festgelegten ggf. teileindividuellen Vorschrift und abhängig von einem Testsignal und/oder charakteristischen Größen des Sensorsystems und/oder deren Änderung.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorsystems sieht vor, dass der mathematische Zusammenhang für einen definierten Sensortyp eine Approximation nach definierten physikalischen Zusammenhängen umfasst. Dadurch kann die hinterlegte Schätzvorschrift für jeden spezifischen Sensortyp teileindividuell ermittelt und hinterlegt werden.
• Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren.
• Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend das Verfahren zum Betreiben eines mobilen automatisierten Systems in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen der Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen automatisierten Systems ergeben und umgekehrt.
• In den Figuren zeigt:
• 1 ein für eine herkömmliche Diagnose eines Sensorsystems verwendetes Abgleichdiagramm;
• 2 ein für eine vorgeschlagene Diagnose eines Sensorsystems verwendetes Abgleichdiagramm;
• 3-4 Beispiele für teile-individuelle Abgleichdaten eines Sensorsystems;
• 5 eine Abhängigkeit einer charakteristischen Sensorgröße von weiteren direkt messbaren Größen;
• 6 einen Ablauf einer ersten Ausführungsform eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems; und
• 7 einen Ablauf einer zweiten Ausführungsform eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Vorgeschlagen wird nachfolgend ein Verfahren zur Diagnose, insbesondere Selbstüberwachung und -kalibrierung eines Sensorsystems. Dabei ist vorgesehen, dass die Verarbeitung von Werten und/oder Änderungen von Testsignalen und/oder charakteristischen Größen basierend auf einer teileindividuellen Verarbeitungsvorschrift durchgeführt wird. Diese Verarbeitungsvorschrift wird vor der Ausführung der eigentlichen Diagnose, Selbstüberwachung oder -kalibrierung basierend auf einem entsprechenden physikalischen Verständnis des Sensorsystems und mit Hilfe von geeigneten mathematischen Zusammenhängen für jeden Sensor individuell ermittelt.
• Beispielsweise ist es vorstellbar, vorhandene Messgrößen des Endabgleichs zu nutzen, um die teileindividuelle/sensorspezifische Verarbeitung von Informationen zu definieren, die später im Betrieb aus gleichartiger Anwendung von Methoden der Diagnose, insbesondere Selbstüberwachung- oder -kalibrierung gewonnen werden können. Alternativ ist es auch denkbar, die Verarbeitungsvorschrift im Betrieb z.B. abhängig von Umgebungsbedingungen oder Betriebsdauer basierend auf der Beobachtung bzw. der Veränderung einer entsprechenden charakteristischen Größe anzupassen.
• Bekannt ist aus DE 10 2018 207 573 A1 ein Verfahren zum Re-Kalibrieren eines mikromechanischen Sensors. Im herkömmlichen Fall eines mikromechanischen Drehratensensor mit positivem Frequenzsplit liefert die folgende Korrelation zwischen der Änderung Δ eines in diesem Fall durch geeignete Quadratur-Elektroden erzeugten Testsignal T und der Empfindlichkeit S eine ausreichend genaue Schätzung, um basierend darauf eine Selbstkalibrierung durchführen zu können: $$\Delta S=CF\cdot \Delta T+C_0$$

  

  mit:

S

Empfindlichkeit des Sensors

T

Testsignal

CF

Korrelationsfaktor zwischen Änderung Empfindlichkeit und Testsignal

C0

konstanter Term in Verarbeitungsvorschrift

• Diese mathematische Beziehung, d.h. insbesondere der Korrelationsfaktor CF des linearen Terms sowie der konstante Term C₀ wird typischerweise empirisch bestimmt und hängt von verschiedenen Faktoren, wie z.B. der Auslegung des Sensorelements, der verwendeten Aufbau- und Verbindungstechnik und nicht zuletzt von der durch Einbau- oder Einsatzbedingungen verursachten Belastungen oder Alterung des Sensorsystems ab.
• Im Falle eines mikromechanischen Drehratensensors mit negativem Frequenzsplit wurde experimentell ermittelt, dass eine solche empirisch bestimmte Korrelation nur eine wesentlich geringere Genauigkeit der Schätzung der Änderung der Empfindlichkeit liefert und damit für eine genaue Selbstkalibrierung kaum brauchbar ist. Weitere Analysen haben gezeigt, dass der Grund hierfür eine starke Abhängigkeit des Korrelationsfaktors von den Herstellungstoleranzen bzw. der Streuung der verwendeten Prozesse und deren Parametern pp ist, d.h. es gilt: $$CF=ƒ\left(pp\right)$$

  
• Genauer kann folgender stark nichtlinearer Zusammenhang hergestellt werden: $$CF\left(pp\right)=\frac{\gamma \left(pp\right)}{\gamma \left(pp\right)+\in }$$

  

  mit:

γ = ∂S/∂g

Änderung der Empfindlichkeit S des Sensors durch Änderung des Elektrodenabstands g

∈

empirischer Faktor ohne starke Abhängigkeit von Prozessparametern

wobei hier nur der Parameter γ stark von den Herstellungstoleranzen bzw. Prozessparametern abhängt und der Parameter ∈ eine Eigenschaft beschreibt, die im Wesentlichen von der Auslegung des Sensorelements und den bis zur Durchführung der Selbstkalibrierung aufgetretenen Belastungen abhängt. Typischerweise kann der Parameter ∈ mit ausreichender Genauigkeit z.B. durch empirische Versuche bestimmt werden. Die Eigenschaft des Sensorelements hingegen, die durch den Parameter γ charakterisiert wird, kann in diesem Fall nicht direkt durch Messungen bestimmt werden, sondern muss wiederum aus einer geeigneten Schätzung z.B. aus weiteren Kenngrößen mittels multi-linearer Regression bestimmt werden: $$\gamma \left(pp\right){\displaystyle \sum _i{\alpha }_i}\cdot F{T}_i\left(pp\right),i=\mathrm{0,}\dots ,\text{n}$$

mit:

FTi

Kenngröße, die z.B. beim Endabgleich (engl. final trim) des Sensors gemessen wird

αi

Gewichtungsfaktoren der Kenngrößen FT_i (mit dem Sonderfall FT₀ = 1, d.h. einem einfachen konstanten Faktor)

pp

Prozessparameter (wird verwendet, um starke Abhängigkeit eines Parameters von den Produktionsprozessen und deren Streuung zu kennzeichnen)

• Dabei können die geeignete Kenngrößen FT_i stark vom Produktionsprozess abhängen.
• Selbstverständlich sind auch noch weitere, hier nicht angeführte, insbesondere nichtlineare Zusammenhänge denkbar. Insgesamt lässt sich durch diesen komplett teileindividuellen Ansatz auch im Falle eines Drehratensensors mit negative Frequenzsplit eine genaue und robuste Selbstkalibrierung erreichen.
• Vorteilhaft ist der vorgeschlagene Ansatz aber nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann nach entsprechender Anpassung und basierend auf einem vergleichbaren physikalischen Verständnis oder auch mittels experimenteller Identifikation von relevanten Abhängigkeiten auf andere Sensorsysteme übertragen werden.
• 1 zeigt schematisch eine aus DE 10 2018 207 573 A1 bekannte Selbstkalibrierung für einen Kanal eines Drehratensensors mit negativem Frequenzsplit. Dabei ist auf der horizontalen Achse eine Änderung des Testsignals T und auf der vertikalen Achse eine zu bestimmende Änderung der Empfindlichkeit S dargestellt. Erkennbar ist eine „Punktwolke“ mit einer strichpunktiert dargestellten Verarbeitungsvorschrift V₁ mit einer durch CF bestimmten Steigung und einem konstanten Term C₀ gemäß Gleichung (1). Jeder Datenpunkt der Punktwolke entspricht dabei einem Sensor, der nach dem Endabgleich einer äußeren Belastung ausgesetzt war, wie sie z.B. durch das Auflöten auf eine Platine in der Anwendungsumgebung entstehen kann.
• Eine genaue und robuste Selbstkalibrierung kann erreicht werden, wenn sich die Datenpunkte eng um die in Gleichung (1) angegebene und in 1 strichpunktiert dargestellte Verarbeitungsvorschrift V₁ verteilen. Erkennbar ist, dass dies im Fall von 1 nur eingeschränkt zutrifft.
• 2 zeigt für die gleichen Datenpunkte aus 1 eine teileindividuelle Schätzung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren. Genauer sind beispielhaft durch die drei strickpunktiert dargestellte Verarbeitungsvorschriften V₁, V₂, V₃ zur Selbstkalibrierung für drei wesentlich unterschiedliche Prozesspunkte dargestellt. Entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren kann in jedem Sensorsystem beim Endabgleich eine entsprechende Verarbeitungsvorschrift V_i hinterlegt werden. In 2 entsprechen Datenpunkte, die sich jeweils nahe einer der beispielhaft dargestellten Verarbeitungsvorschrift U₁, V₂, V₃ befinden, Sensoren mit ähnlichen Prozesspunkten und können daher trotz deutlich unterschiedlicher Änderung der Werte von Testsignal und Empfindlichkeit mit hoher Genauigkeit entsprechend der erfindungsgemäße Methode selbstkalibriert werden. Erfindungsgemäß wird für jeden Sensor eine Verarbeitungsvorschrift V_i bereitgestellt, die eine bestmögliche Selbstkalibrierung erlaubt.
• Die 3, 4 zeigen physikalische Zusammenhänge in Form von Abhängigkeiten des Korrelationsfaktors CF von einer weiteren charakteristischen Größe für zwei unterschiedliche Kanäle eines betrachteten Sensorsystems, die jeweils ein Sensorelement repräsentieren.
• Auf der x-Achse sind dabei Änderungen der Empfindlichkeit γ über einer Änderung des Elektrodenabstands aufgetragen. Dargestellt ist in den 3, 4 jeweils ein unterschiedlicher Kanal für eine große Anzahl von Sensoren mit typisch angenommenen Streuungen der Prozessparameter, wie sie z.B. in einer Massenproduktion mit hohen Stückzahlen auftreten. Auf der x-Achse ist ein entsprechend Gleichung (3) als charakteristische Größe γ und auf der y-Achse der Korrelationsfaktor CF, d.h. die Steigung der für die Selbstkalibrierung benutzten Korrelation entsprechend Gleichung (1) dargestellt. Erkennbar ist in 3 eine Schwankung des Korrelationsfaktors CF in einem Bereich von ca. 0.3 bis ca. - 0.6, so dass eine Mittelung zu einem wesentlich schlechteren Ergebnis der Selbstkalibrierung führen würde.
• Daher wird vorgeschlagen, für jedes Sensorelement einen teileindividuellen Korrelationsfaktor zu ermitteln, welcher nur von den teilespezifisch aufgetretenen Herstellungstoleranzen bzw. Streuung der bei der Produktion verwendeten Prozessen abhängt. Erkennbar ist ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen den Größen entsprechend Gleichung (3), insbesondere in 4, da der Korrelationsfaktor hier einen größeren Wertebereich annimmt, was durch die Auslegung des Sensorelements bestimmt ist.
• 5 zeigt eine Ermittlung der in den 3, 4 auf den vertikalen Achsen aufgetragenen charakteristischen Größe γ. In diesem Falle handelt es sich um eine Sensoreigenschaft, die einen großen Einfluss auf die in der Selbstkalibrierung verwendete Beziehung haben kann und auch stark von der Streuung der verwendeten Herstellungsprozessen abhängen kann, was wiederum durch die Vielzahl von dargestellten Sensoren illustriert wird. In der Regel ist diese Größe für das untersuchte Sensorsystem nicht ohne weiteres direkt messbar, d.h. sie muss indirekt aus weiteren verfügbaren Größen bestimmt werden.
• Mittels der in Gleichung (4) angegebenen multi-linearen Regression ist die Bestimmung dieser charakteristischen Größe γ in diesem Fall basierend auf zwei weiteren, im Endabgleich direkt ermittelbaren Sensoreigenschaften möglich. Dabei stellt Gleichung (4) ein konkretes Beispiel für die allgemeinere Formulierung nach Gleichung (3) dar: $$\gamma ={\alpha }_0+{\alpha }_S{S}_{Ref}+{\alpha }_T{T}_{Ref}$$

  

  mit:

SRef

Empfindlichkeit des Sensorelements vor Endabgleich

TRef

Wert des verwendeten Testsignals beim Endabgleich

α0, αS, αT

verwendete Gewichtungsfaktoren

• Die mit diesem wenig aufwendigen Verfahren erzielte Übereinstimmung wird als ausreichend bewertet, um die im Zusammenhang nach Gleichung (1) benötigten Koeffizienten mit ausreichender Genauigkeit unter Verwendung der nichtlinearen Abhängigkeit nach Gleichung (2) zu ermitteln. 5 zeigt somit, wie der Wert der in Gleichung (3) angegebenen charakteristischen Größe abhängig von messbaren Größen bestimmt werden kann.
• 6 zeigt einen prinzipiellen Ablauf des vorgeschlagenen Verfahrens zur teileindividuellen Diagnose eines Sensorsystems. Dabei zeigt A eine Phase, die unabhängig von der Durchführung des Verfahrens ist und z.B. beim Endabgleich des Sensorsystems durchgeführt werden kann. B zeigt eine Phase während der Ausführung der Diagnose entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren.
• In einem Schritt 10 erfolgt zuerst eine Bestimmung von charakteristischen Größen und danach in einem Schritt 11 basierend darauf eine Festlegung einer teileindividuellen Verarbeitungsvorschrift V_i.
• In einem Schritt 20 wird zur Durchführung der eigentlichen Diagnose z.B. ein elektrisches Testsignal erzeugt und/oder eine charakteristische Größe bestimmt, in einem Schritt 21 erfolgt eine Verarbeitung entsprechend der in Schritt 11 ermittelten teile-individuellen Verarbeitungsvorschrift V_i, welche z.B. die Verarbeitung einer gemessenen Antwort des Sensorelements auf das generierte Testsignal oder den Wert der charakteristischen Größe bzw. dessen Änderung beinhalten kann. In einem Schritt 22 erfolgt eine geeignete Reaktion des Sensorsystems in Abhängigkeit von einem Ergebnis aus Schritt 21. Im Falle der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Selbstkalibrierung kann z.B. eine Korrektur der Empfindlichkeit des Sensorsystems erfolgen, im Falle der Anwendung zur Überwachung eine Rückmeldung an den Benutzer über den Zustand des Sensorsystems.
• 7 zeigt eine Variante des vorgeschlagenen Verfahrens zur teileindividuellen Diagnose eines Sensorsystems. Der Einfachheit halber werden hier nur Unterschiede zu 6 erläutert. A1 repräsentiert eine Phase im Betrieb, während der die Verarbeitungsvorschrift V_i definiert angepasst werden kann.
• Dazu wird in einem Schritt 30 zuerst der Wert und/oder die Änderung eines Testsignals und/oder von charakteristischen Größen bestimmt, und in einem Schritt 31 erfolgt eine Anpassung der Verarbeitungsvorschrift V_i entsprechend einem im Voraus festgelegten Zusammenhang.
• Die Abläufe des Verfahrens in den Phasen A, B bleiben im Vergleich zu 6 unverändert.
• Es versteht sich von selbst, dass die vorgeschlagenen Verfahren vorteilhaft völlig unabhängig von einem konkreten Sensortyp sind. Die vorgehende erläuterte Anwendung auf mikromechanische Sensoren mit typischerweise hohen Herstellungstoleranzen, insbesondere mikromechanische Drehratensensoren mit negativem Frequenzsplit und den daraus resultierenden dargestellten Abhängigkeiten ist daher lediglich exemplarisch zu sehen.
• Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren wenigstens teilweise als eine Software und/oder wenigstens teilweise als Hardware implementieren, die beispielsweise auf einem Mikrorechner des Sensorelements ausgeführt wird. Eine einfache Adaptierbarkeit des Verfahrens ist auf diese Weise unterstützt.
• Vorteilhaft können die Diagnose und/oder die Nachkalibrierung des Sensorelements zu definierten Zeitpunkten durchgeführt werden, z.B. täglich, wöchentlich, monatlich, usw., wobei ein geeigneter Zeitpunkt z.B. von einem Hostsystem festgelegt sein kann.
• Zusammenfassend wird ein Verfahren zur Diagnose insbesondere Selbstüberwachung bzw. -kalbrierung eines Sensorsystems vorgeschlagen, mittels dem z.B. eine Änderung einer Empfindlichkeit festgestellt werden kann und entsprechend nachkalibriert werden kann. Im Anwendungsfall Selbstüberwachung kann z.B. für sicherheitskritischen Anwendungen festgestellt werden, ob eine korrekte Funktionsfähigkeit des Sensorsystems gegeben ist oder nicht. Erfindungsgemäß wird dabei eine teileindividuelle Interpretation eines Testsignals und/oder von charakteristischen Größen bzw. deren jeweilige Änderung im Betrieb des Sensors verwendet, wobei die teileindividuelle Verarbeitungsvorschrift unabhängig von der eigentlichen Durchführung der Diagnose schon davor z.B. während der Herstellung des Sensorsystems oder beim Endabgleich bereitgestellt wird.
• Der Fachmann wird die Merkmale der Erfindung in geeigneter Weise abändern und/oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• 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.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102018207573 A1 [0003, 0025, 0032]

Claims (14)

1. Verfahren zum Durchführen einer Diagnose eines Sensorsystems, aufweisend die Schritte: (i) Ermittlung einer Verarbeitungsvorschrift eines Testsignales und/oder einer charakteristischen physikalischen Größe und/oder deren jeweiligen Änderung in Abhängigkeit von wenigstens einer teileindividuellen Eigenschaft des Sensorsystems; und (ii) Durchführen einer nachfolgenden Diagnose eines Sensorelements des Sensorsystems unter Verwendung der unter (i) ermittelten Verarbeitungsvorschrift.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Abhängigkeit von einem Ergebnis der durchgeführten Diagnose eine Nachkalibrierung eines Sensorelements des Sensorsystems durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Diagnose und/oder die Nachkalibrierung des Sensorelements zu definierten Zeitpunkten durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von einem Ergebnis der durchgeführten Diagnose eine Rückmeldung des Sensorsystems an einen Benutzer durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsvorschrift in folgender Form darstellbar ist: $$\Delta S=CF\cdot \Delta F+C_0$$

   

   mit: S Empfindlichkeit des Sensors T Testsignal CF Korrelationsfaktor zwischen Änderung Empfindlichkeit und Testsignal C₀ konstanter Term in der Verarbeitungsvorschrift.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein konstanter Term der Verarbeitungsvorschrift folgende Form annimmt: $$C_0=CF\left(pp\right)\cdot \beta$$

   

   mit: β eine nicht teileindividuelle, sondern insbesondere empirisch, basierend auf einer großen Zahl von gleichartigen Sensorelementen ermittelte Konstante.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verarbeitungsvorschrift über die Lebensdauer des Sensorsystems geändert werden kann.
8. Verfahren zum Herstellen eines Sensorsystems, aufweisend die Schritte: a) Teileindividuelles Ermitteln eines mathematischen Zusammenhangs zwischen einem Testsignal und einem Antwortsignal eines Sensorelements des Sensorsystems auf das Testsignal; und b) Implementieren des in Schritt a) ermittelten mathematischen Zusammenhangs im Sensorsystem nach einem Endabgleich des Sensorelements.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei Parameter des ermittelten mathematischen Zusammenhangs teileindividuell berechnet und im Sensorsystem hinterlegt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der mathematische Zusammenhang wenigstens teilweise in Software und/oder wenigstens teilweise in Hardware implementiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der mathematische Zusammenhang mittels eines Programmierens eines programmierbaren Bauelements hinterlegt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der mathematische Zusammenhang über die Lebensdauer des Sensorsystems geändert werden kann.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der mathematische Zusammenhang für einen definierten Sensortyp eine Approximation nach definierten physikalischen Zusammenhängen umfasst.
14. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn es auf einem elektronischen Sensorsystem abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.

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