ES2279639T3 - Sensor con estructura de resonancia, en especial sensor de aceleracion o de velocidad de giro, asi como dispositivo y procedimiento de autoverificacion. - Google Patents
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Abstract
Sensor, con una estructura con capacidad de vibración (2a, 2b; 11; 100) para detectar una magnitud de medición mediante una primera vibración periódica de la estructura (2a, 2b; 11; 100); un elemento (5; 15; 25) para generar una señal de salida dependiente de la magnitud de medición, y medios (41, 45; 60a, 60b) para detectar y/o separar una porción de señal de prueba de la señal de salida, que se genera mediante una segunda vibración periódica, superpuesta a la primera vibración, de la estructura (2a, 2b; 11; 100), caracterizado por una unidad actuadora (3a, 3b; 7) para activar la estructura (2a, 2b; 11; 100) y producir la primera vibración periódica, y medios (3a, 3b, 33a, 33b; 7, 50, 51) para activar la estructura (2a, 2b; 11; 100) en un segundo modo de vibración, que se superpone al primer modo de vibración que sirve para detectar la magnitud de medición.
Description
Sensor con estructura de resonancia, en especial
sensor de aceleración o de velocidad de giro, así como dispositivo y
procedimiento de autoverificación.
La presente invención se refiere a un sensor
conforme al preámbulo de la reivindicación 1, así como a un
dispositivo y un procedimiento para la autoverificación de un
sensor conforme a los preámbulos de las reivindicaciones 10 y 15.
Asimismo la invención se refiere a un sensor de aceleración conforme
al preámbulo de la reivindicación 22.
Generalmente se usan sensores en sistemas para
detectar magnitudes de medición. En el campo de la sensórica
inercial se utilizan p. ej. sensores de velocidad de giro y
aceleración para detectar magnitudes de movimiento. Debido a que
casi siempre se trata de aplicaciones relevantes para la seguridad,
los sensores tienen que ser extraordinariamente fiables y detectar
con seguridad magnitudes de medición.
En el documento 195 28 961 se describe un sensor
de velocidad de giro según el principio del diapasón, que está
fabricado con silicio. Durante el funcionamiento se activan los
diapasones hasta que vibran y un elemento sensor registra una
torsión de la suspensión del diapasón, que se produce en el caso de
un giro del sensor alrededor de un eje paralelo a la suspensión del
diapasón.
Para reconocer p. ej. averías del sensor o una
derivación, es necesario que el sensor se someta a pruebas durante
el funcionamiento. Por medio de esto se aumenta la seguridad y la
precisión de la magnitud de medición detectada.
En el documento EP 0708 925 se describe un
dispositivo para reconocer fallos en un sistema sensor de choques,
en el que mediante el accionamiento de un elemento sensor se genera
una reacción de pruebas y el resultado se compara con el resultado
de una reacción a esperar. En el documento US 5,060,504 se muestra
un procedimiento para el autocalibrado de un sensor de aceleración,
en el que una masa de sensor se desplaza con relación a un
bastidor, en donde el desplazamiento se corresponde con una
aceleración conocida. Con ello se usa el valor inicial como valor
de referencia para una subsiguiente calibración. También en el caso
del sensor de aceleración con capacidad de autoverificación, que se
describe en el documento US 5,103,667, se desplaza de forma definida
una masa para verificar o calibrar el sensor y se mide el
movimiento.
Los sistemas conocidos tienen sin embargo el
inconveniente de que el verdadero proceso de medición tiene que
interrumpirse durante la prueba del sensor. Se mide y comprueba
temporalmente de forma alternada, con lo que la señal de medición
no se presenta de forma continuada en el tiempo. Asimismo se genera
sólo una magnitud de medición determinada, predefinida para su
comparación, es decir, no se produce ninguna prueba en todo el
margen de medición del sensor.
Los sensores de aceleración se usan p. ej. en
vehículos de motor para la regulación del mecanismo de traslación y
para sistemas de navegación, dinámica de marcha y seguridad pasiva
(aplicación de airbag). El número de sensores que aumenta
continuamente hace deseable en principio la máxima fiabilidad
posible. En el futuro engranarán cada vez más sistemas activamente
en el proceso de marcha y los acoplamientos mecánicos rígidos son
sustituidos por señales electrónicas
(drive-by-wire). Aquí es
imprescindible una capacidad de autoverificación o un control de
señales adecuado. Asimismo se utilizan sensores de aceleración
también en sistemas de navegación de la navegación aérea civil y
militar.
En especial en vehículos de motor se utilizan a
menudo sensores de aceleración capacitivos, como los que se han
descrito p. ej. por C. Lemaire y B. Sulouff en el artículo Surface
Micromachined Sensors for Vehicle Navigation Systems in Advanced
Microsystems for Automotive Applications (D.E. Ricken and W.
Gessner, edts., Springer, Berlín 1998, páginas
103-112). Estos sistemas pueden utilizar los
electrodos de la lectura capacitiva también para desviar la masa.
Esto es posible en intervalos de tiempo discretos, pero no de forma
continuada en el tiempo.
En la patente US 5,834,646 se presenta un sensor
de aceleración resonante, que se compone fundamentalmente de una
placa empotrada varias veces. Esta placa se usa tanto como
resonador, cuya frecuencia de resonancia se desintoniza mediante
una aceleración exterior, como también como masa sísmica. Mediante
esta disposición puede verificarse la integridad del sistema
masa-muelle, pero no puede simularse la acción de
una aceleración.
Se describe otro sensor de aceleración resonante
en el documento DE 198 12 773 A1. Tiene una estructura de
resonador, que se activa mediante unas primeras señales eléctricas
para producir vibraciones y entrega unas segundas señales
eléctricas en dependencia de la magnitud de medición.
Hasta ahora tampoco es posible una
autoverificación permanente para los sensores capacitivos antes
citados. También podría pensarse en todo caso estructuras
adicionales, como p. ej. peines de condensador para la activación,
que exigen sin embargo un mayor espacio y tienen como consecuencia
también un mayor precio. Los sensores capacitivos conocidos pueden
llevar a cabo por ello una autoverificación estática, como mucho en
intervalos de tiempo discretos.
Sería por tanto necesario un sensor, en especial
un sensor de velocidad de giro o aceleración, con valoración de
señales resonante y precisa, en donde puede llevarse a cabo una
autoverificación permanente o continuada.
El documento EP 0 638 782 A1 hace patente un
sensor de velocidad de giro con un dispositivo de autoverificación.
Con ello los dientes de accionamiento de un diapasón activados hasta
vibrar transmiten estas vibraciones a dientes de detección en el
caso de un giro del sensor. La señal captada allí a través de
electrodos de verificador es proporcional a la velocidad de giro.
Para llevar a cabo una prueba se alimenta a los electrodos de
verificador una señal de prueba senoidal como señal de
seudomedición. Si después de esto no se modifica la señal de
verificador, existe un fallo, En el caso de este sensor no se
produce sin embargo ninguna prueba de toda la estructura sensora,
sino que sólo se prueba las señales de salida.
El documento EP 0 525 549 describe un sensor de
aceleración con dispositivo de autoverificación. En el caso de esta
clase de sensores, sin embargo, durante la medición no se produce
una activación de la estructura sensora para producir una vibración
de activación. El sensor posee una estructura piezoeléctrica con
tres electrodos, en donde está previsto un primer electrodo para la
autoverificación del sensor, un segundo electrodo sirve para
recibir una señal de aceleración y un tercer electrodo forma la
conexión a masa. Un circuito oscilador genera una señal de pruebas
de corriente alterna con determinada frecuencia, que se alimenta al
sensor a través del primer electrodo. La señal de prueba se
superpone a la señal de medición. De la señal sumada se extrae y
analiza a continuación de nuevo la señal de prueba.
Por ello la misión de la presente invención
consiste en crear un sensor e indicar un dispositivo y un
procedimiento para autoverificar un sensor, en el que se compruebe
toda la estructura sensora, en donde durante la prueba no se
produce una interrupción de la medición ni una limitación de la
señal de medición, y la autoverificación puede llevarse a cabo de
forma continuada en el tiempo durante el funcionamiento de
medición.
Esta misión es resuelta mediante el sensor
conforme a la reivindicación 1, el sensor con un dispositivo para
autoverificar el sensor conforme a la reivindicación 10, y el
procedimiento para autoverificar un sensor conforme a la
reivindicación 15.
Se obtienen particularidades, aspectos y
detalles ventajosos adicionales de la invención de las
reivindicaciones subordinadas, de la descripción y de los
dibujos.
El sensor conforme a la invención comprende una
estructura con capacidad de vibración para detectar una magnitud de
medición mediante una primera vibración periódica de la estructura,
un elemento para generar una señal de salida dependiente de la
magnitud de medición, así como medios para detectar y/o separar una
porción de señal de prueba de la señal de salida, que se genera
mediante una segunda vibración periódica de la estructura
superpuesta a la primera vibración, y asimismo una unidad actuadora
para activar la estructura y producir la primera vibración
periódica, así como medios para activar la estructura en un segundo
modo de vibración, que se superpone al primer modo de vibración que
sirve para detectar la magnitud de medición.
El sensor tiene capacidad de autoverificación y
es capaz de enviar una señal de medición continuada en el tiempo y
al mismo tiempo una señal de prueba, que ofrece información sobre la
capacidad de funcionamiento del sensor. No se produce una
interrupción de la medición ni una limitación de la señal de
medición.
Con ello el sensor comprende de forma preferida
elementos activadores para generar la segunda vibración periódica
de la estructura, en donde las vibraciones periódicas primera y
segunda pueden generarse p. ej. mediante los mismos elementos
activadores. Sin embargo, la segunda vibración puede generarse
también mediante diafonía mecánica. En funcionamiento se detectan
las vibraciones de la estructura, para generar la señal de
salida.
Conforme a un aspecto adicional de la invención
se crea un sensor con un dispositivo para la autoverificación del
sensor, en donde el sensor detecta una magnitud de medición a través
de una estructura con capacidad de vibración y, dependiendo de la
magnitud de medición, genera una señal de salida periódica, con
medios para separar una porción de señal de prueba, que está
superpuesta a una porción de señal útil, a partir de la señal de
salida periódica del sensor, con medios comparadores para comparar
la porción de señal de prueba con un valor predefinido o con una
señal de prueba alimentada al sensor, y asimismo con una unidad
actuadora para activar la estructura y producir una primera
vibración periódica y medios para activar la estructura en un
segundo modo de vibración que se superpone al primer modo de
vibración, que sirve para detectar la magnitud de medición. Con el
dispositivo puede llevarse a cabo una autoverificación del sensor,
que es continuo en el tiempo y puede tener lugar en todo el margen
de medición y dinámico del sensor, sin influir en la verdadera
tarea de medición.
De forma ventajosa el sensor o el dispositivo
comprende un dispositivo para modelar una señal de prueba sobre una
señal para activar la estructura con capacidad de vibración. Por
medio de esto puede sintonizarse la autoverificación en toda la
región de medición del sensor.
El sensor puede presentar un desequilibrio
mecánico o una diafonía que cause la porción de señal de prueba,
que se usa para verificar el sensor. Por medio de esto pueden
ahorrarse elementos constructivos y se obtiene una fabricación
económica. El sensor tiene ventajosamente un elemento activador para
generar la segunda vibración, que causa la porción de señal de
prueba, y el dispositivo tiene con preferencia medios para activar
la estructura en un segundo modo de vibración, que se superpone a
un primer modo de vibración que sirve para detectar la magnitud de
medición. Por medio de esto pueden modularse encima señales de
prueba definidas y la señal de salida de sensor puede valorarse,
según la magnitud de medición y la respuesta del sistema a la señal
de prueba.
La señal de salida se analiza con preferencia
mediante un dispositivo para el análisis de la frecuencia y/o fase.
Mediante medios para la modificación periódica de la amplitud y/o
frecuencia de la señal de prueba puede realizarse una prueba en
todo el margen de medición y/o dinámico del sensor. El sensor puede
ser en especial un sensor de velocidad de giro, aceleración o
presión.
El sensor conforme a la invención tiene p. ej.
como estructura con capacidad de vibración un resonador y una masa
con capacidad de vibración acoplada al mismo que, en el caso de un
desvío, modifica la frecuencia de resonancia del resonador. Para
generar la porción de señal de prueba durante la medición la masa
puede producir vibraciones.
La porción de señal de prueba sirve de forma
especialmente preferida para calibrar el sensor.
De forma ventajosa, en funcionamiento la unidad
actuadora hace que p. ej. un resonador y una masa acoplada al mismo
produzcan vibraciones de diferentes modos, en donde la masa
vibratoria modifica periódicamente la frecuencia de resonancia del
resonador, para generar la porción de señal de prueba.
El sensor comprende p. ej. medios para demodular
la señal de medición, en donde la señal puede modularse en amplitud
o frecuencia.
El procedimiento conforme a la invención para la
autoverificación de un sensor con una estructura con capacidad de
vibración comprende estos pasos:
superposición de una primera vibración de la
estructura a una segunda vibración periódica; detección de una
señal de salida que contiene informaciones sobre una magnitud de
medición, que se acopla a la estructura vibratoria; y supervisión
de una porción de señal de prueba contenida en la señal de salida,
que se genera mediante la segunda vibración periódica de la
estructura, en donde la estructura con capacidad de vibración se
activa mediante unidades activadoras para producir vibraciones
superpuestas en un primero y un segundo modo de vibración, para
detectar al mismo tiempo la magnitud de medición y la porción de
señal de prueba.
Con ello se modula en amplitud con preferencia
una señal de activación para generar la primera vibración de la
estructura mediante una señal de prueba, cuya frecuencia y/o
amplitud pueden variar durante el funcionamiento de medición del
sensor. Con el procedimiento conforme a la invención puede
verificarse todo el funcionamiento del sensor, incluyendo la
electrónica, en todo el margen dinámico. Mediante el procedimiento
se obtiene una elevada seguridad propia del sensor, lo que tiene
importancia en especial en el caso de aplicaciones relevantes para
la seguridad.
También es posible una modulación de frecuencia
de las señales de activación mediante una señal de prueba, para
llevar a cabo la autoverificación durante el funcionamiento de
medición.
La porción de señal de prueba puede utilizarse
en especial en la señal de salida para calibrar el sensor. La
estructura se activa con preferencia para producir frecuencias con
al menos dos frecuencias o modos, en donde la primera frecuencia o
el primer modo representan la magnitud a medir, mientras que la
segunda frecuencia o el primer modo representa una señal de
prueba.
El sensor conforme a la invención está
configurado de forma ventajosa como sensor de aceleración y
comprende un resonador, que está acoplado a una masa, de tal modo
que su frecuencia de resonancia se modifica en el caso de un desvío
de la masa, una unidad actuadora para activar el resonador, y un
detector para generar una señal de salida que depende de la
frecuencia de resonancia, así como una unidad de control para
generar una señal de activación que contiene al menos dos
frecuencias, para activar el resonador y la masa simultáneamente
para producir vibraciones de diferentes modos, y una etapa de
valoración que está dispuesta de tal modo, que separa el modo de
vibración de la masa como señal de prueba desde la señal de
salida.
Mediante el sensor conforme a la invención
pueden verificarse también con la autoverificación todos los
componentes relevantes de la electrónica de valoración. También
puede realizarse un recalibrado en intervalos de tiempo
predeterminados.
A continuación se describe la invención a modo
de ejemplo con base en las figuras, en las que
La figura 1 muestra una vista de un sensor de
velocidad de giro micromecánico como forma de ejecución preferida
de la invención;
La figura 2 muestra un circuito para la
autoverificación mediante la simulación de un desequilibrio;
La figura 3 muestra un circuito para la
autoverificación mediante la simulación de una velocidad de
giro;
La figura 4 muestra un sensor de aceleración
como forma de ejecución ulterior de la invención;
La figura 5 muestra un sensor de aceleración
resonante con capacidad de autoverificación como forma de ejecución
especialmente preferida, en representación de principio;
La figura 6 muestra un circuito de control o
valoración para la autoverificación del sensor de aceleración de la
figura 5; y
La figura 7 un análisis de Fourier de la señal
de salida del sensor de aceleración de la figura 5.
El sensor 1 mostrado en la figura 1 es un sensor
de velocidad de giro según el principio del diapasón, que está
fabricado con silicio. Dos dientes 2a, 2b orientados paralelamente
entre ellos forman una estructura con capacidad de vibración o
estructura de resonancia, que sirve para detectar una velocidad de
giro. Sobre los dientes superiores 2a está dispuesto un electrodo
doble 3a, 3b que sirve, entre otras cosas, para activar los dientes
2a, 2b hasta una vibración periódica en la dirección Z. Una
suspensión de diapasón 4 está configurada como viga de torsión, a
la que está fijado un elemento 5 piezo-resistivo. El
elemento 5 piezo-resistivo sirve para generar una
señal de salida, que es generada durante una torsión de la
suspensión de diapasón 4. La torsión es causada periódicamente por
la fuerza de Coriolis, cuando el sensor de velocidad de giro gira
alrededor del eje X que discurre a través de la suspensión de
diapasón, mientras que los dientes 2a, 2b vibran en la dirección Z.
El elemento 5 piezo-resistivo sirve, junto con una
unidad electrónica post conectada, también para detectar y separar
una porción de señal de prueba de la señal de salida, que es
generada mediante una vibración periódica adicional de los
dientes.
La vibración periódica adicional superpuesta a
la primera vibración puede producirse p. ej. a causa de que el
sensor 1 tiene un desequilibrio, que está causado p. ej. por una
asimetría de las masas vibratorias. En este caso el sensor 1
presenta una diafonía mecánica, cuya porción de señal en la señal de
salida se superpone a la verdadera señal útil o señal de velocidad
de giro y se utiliza como porción de señal de prueba.
Por otro lado pueden activarse los dientes 2a,
2b también mediante el electrodo doble 3a, 3b hasta una vibración
adicional o una vibración de torsión, que se superpone a la
vibración de activación en la dirección Z y produce la porción de
señal de prueba en la señal de salida. En las proximidades de la
viga de torsión 4 se encuentra en los dientes superiores 2a un
elemento 6 piezo-resistivo adicional, con el que se
registra la vibración de los dientes en la dirección Z o se
supervisa la amplitud de esta vibración.
En funcionamiento de medición los dientes 2a, 2b
vibran en contrafase en la dirección Z. En el caso de un giro del
sistema alrededor del eje X se registra una vibración de torsión
mediante el elemento 5 piezo-resistivo sobre la
viga de torsión. A causa de tolerancias de acabado o asimetrías
previstas se genera mediante el elemento 5
piezo-resistivo una señal de medición adicional, que
es independiente de la velocidad de giro y presenta, en el caso de
sensores con suficiente separación de frecuencia entre la frecuencia
natural de la torsión y la frecuencia natural de la activación, un
desplazamiento de fase de 90º con relación a la verdadera señal de
medición o señal de señal de velocidad de giro. Esta porción de
señal, que es generada mediante la diafonía mecánica, se utiliza en
una forma de ejecución de la presente invención como porción de
señal de prueba y se valora para la autoverificación del
sensor.
A causa del desplazamiento de fase de la porción
de señal de prueba, es decir, de la porción en la señal de salida
que puede generarse mediante la diafonía mecánica, la porción de
señal de prueba puede separarse de la señal de salida y valorarse o
supervisarse. En el caso de una desviación de la porción de señal de
prueba respecto a un valor determinado, que está caracterizado para
el sensor, se produce una notificación de avería.
Sin embargo, una diafonía mecánica de este tipo
del sensor 1 también puede simularse sin que existan asimetrías en
el sensor. Para esto se activan en contrafase los dos electrodos 3a,
3b mediante una señal adicional, de tal modo que los dientes 2a, 2b
ejecutan una vibración de torsión alrededor del eje X, que está
superpuesta a la vibración de dientes en la dirección R. El
electrodo doble 3a, 3b se activa por tanto con una señal periódica
adicional, que está superpuesta a la señal de activación para la
vibración de los dientes en la dirección Z, estando ambas señales
en fase. De este modo se produce la activación mediante la señal
adicional, de un modo en el que su porción en la señal de salida
del elemento 5 piezo-resistivo está desplazada 90º
con respecto a la fase de la señal útil generada en el caso de una
velocidad de giro. Se modula por tanto una señal de prueba a la
señal para activar de la vibración de los dientes en la dirección Z,
el resultado se suma a la señal de activación, y la señal de salida
de sensor se valora en cuanto a la respuesta del sistema a la señal
de prueba y, al mismo tiempo, con relación a la magnitud de
medición.
También en el caso de una diafonía simulada se
aprovecha por lo tanto en hecho de que la porción de señal de
prueba contenida en la señal de salida está desplazada en fase 90º
con respecto a la porción de señal útil contenida en la señal de
salida. Este procedimiento de autoverificación tiene la ventaja de
que, a causa de la selectividad de fase con relación ala velocidad
de giro en el margen de frecuencias de la señal de prueba, no puede
producirse ninguna superposición con la señal de medición. Mediante
la modificación de la amplitud de la señal de prueba puede llevarse
a cabo la autoverificación en todo el margen de medición del sensor,
mientras que el sensor envía una señal de medición o señal de
velocidad de giro.
Con el sensor de velocidad de giro de diapasón
mostrado puede llevarse a cabo otro procedimiento de
autoverificación, en el que mediante la señal de prueba se simula
una velocidad de giro, es decir, se modula la vibración de
activación con una señal que se corresponde con una velocidad de
giro. La modulación con la señal equivalente a la velocidad de giro
puede conseguirse por medio de que la señal de salida de la
supervisión de amplitud de los dientes 2a, 2b que vibran en la
dirección Z, que se mide con el elemento 6
piezo-resistivo, se modula en amplitud con la señal
de prueba periódica. La señal modulada en amplitud se suma después a
la señal de activación periódica para generar la vibración de los
dientes 2a, 2b en la dirección Z. Ambas señales están con ello
desplazas en fase 90º entre ellas. Esto tiene como consecuencia en
el sensor 1 un par de giro que actúa sobre la viga de torsión 4,
que se corresponde con una velocidad de giro que se modifica con la
frecuencia de prueba de la señal de prueba. En este caso debe
reconstruirse mediante filtrado de paso de banda la porción de
señal de prueba contenida en la señal de salida del elemento 5
piezo-resitivo. Como en el caso de la simulación de
la diafonía mecánica se compara, también en el caso de la
simulación, una velocidad de giro de la porción de señal de prueba
con la señal de prueba, que se alimenta al sensor a través del
electrodo doble 3a, 3b. La señal de salida del sensor se valora en
cuanto a la magnitud de medición, en este caso la velocidad de giro
a detectar, y al mismo tiempo en cuanto a la respuesta del sistema a
la señal de prueba.
Mediante la variación de la amplitud de la señal
de prueba y la comparación con la porción de señal de prueba
reconstruida en la señal de salida es posible una autoverificación
completa del sensor, que se extiende por todo su margen de
medición. De este modo es p. ej. posible, en el caso de una pequeña
amplitud de la vibración de torsión generada por medio del
electrodo doble 3a, 3b, una prueba del sensor en el margen de
medición de pequeñas velocidades de giro, mientras que en el caso
de una gran amplitud de la vibración de torsión generada
artificialmente se produce una autoverificación del sensor en el
margen de medición con relación a velocidades de giro elevadas.
Mediante la modulación de la amplitud de la señal, que genera a
través del electrodo doble 3a, 3b la vibración giratoria de los
dientes 2a, 2b que se superpone a la vibración de activación de los
dientes 2a, 2b en la dirección Z, se cruza constantemente el margen
de medición del sensor durante la autoverificación.
Mediante la variación de la frecuencia de prueba
de la señal de prueba modulada también se supera adicionalmente
todo el margen dinámico del sensor durante la autoverificación. En
el caso de la modulación con una señal equivalente a la velocidad
de giro es necesario prestar atención, sin embargo, a que la
frecuencia de la señal de prueba modulada, es decir, la frecuencia
de prueba, esté situada fuera del abanico de frecuencias de la
velocidad de giro a medir. Si no se conoce el abanico de frecuencias
de la velocidad de giro o no es posible elegir una señal de prueba,
que se diferencia en la frecuencia de la velocidad de giro a medir,
puede simularse como se ha descrito anteriormente la diafonía
mecánica.
La figura 2 muestra un circuito para un sensor
de velocidad de giro del diapasón, con el que se simula un
desequilibrio del sensor para llevar a cabo la autoverificación. La
vibración de los dientes 2a, 2b se mide en su amplitud mediante el
elemento 6 piezo-resistivo en los dientes superiores
2a y se alimenta al electrodo doble 3a, 3b, a través de un
preamplificador 17 y un modificador de fase de 90º 13, para generar
una vibración resonante de los dientes 2a, 2b en dirección Z. Una
regulación de amplitud 14, que está post conectada a un filtro de
paso de banda 16, controla con ello la amplitud de esta vibración de
activación, en la que los dos dientes 2a, 2b están orientados
mutuamente en paralelo. La señal de salida generada mediante el
elemento 5 piezo-resistivo en la viga de torsión 4
se alimenta, después de circular por preamplificador 26 y un filtro
de paso de banda 27, a un multiplicador 21 que filtra la porción de
señal útil, es decir, la porción de la señal de medición que se
genera mediante un giro del sistema alrededor del eje X. Esta
porción de señal útil está desplazada en fase 90º con relación a la
vibración de dientes en dirección Z. De este modo se obtiene
mediante un modificador de fase 22 y el multiplicador 21 la porción
de señal útil a partir de la señal de salida del sensor.
Un generador de señal 30 genera una señal de
prueba periódica de la frecuencia f_{TEST} que se modula, con un
multiplicador 31, a la señal para activar la vibración de dientes en
dirección Z. Mediante un amplificador 32 se generan señales en
contrafase, que se suman mediante sumadores 33a, 33b a las señales
para activar la vibración de dientes en dirección Z y se alimentan
al electrodo doble 3a, 3b. De este modo se obtiene una vibración de
los dientes 2a, 2b con amplitud constante en dirección Z, que está
superpuesta a una vibración de torsión e los dientes alrededor del
eje X. La vibración de torsión así generada tiene la misma
frecuencia que la vibración de activación en dirección Z y una
amplitud, que varía periódicamente con la frecuencia de prueba
f_{TEST}. La frecuencia de prueba también puede ser cero, de tal
modo que la amplitud de la vibración de torsión es constante.
La vibración de torsión generada mediante la
activación en contrafase del electrodo doble 3a, 3b se activa con
una señal, que está en contrafase con la señal para activar la
vibración de dientes en dirección Z. La porción de señal de prueba
obtenida en la señal de salida del elemento 5
piezo-resistivo está por ello desplazada en fase
90º con relación a la porción de señal útil, a causa de una
velocidad de giro medida y tiene la misma fase que la vibración de
activación de los dientes 2a, 2b en dirección Z, que se mide con el
elemento 6 piezo-resistivo. Por este motivo se
filtra con un multiplicador 41 aquella porción de la señal de salida
del sensor, que discurre con la misma fase que la vibración de
dientes. Esta porción de la señal de salida, que indica un
desequilibrio simulado del sensor, que alimenta a través de un
filtro de paso de banda 45 al arbitraje de autoverificación 43, que
compara la amplitud de la señal de prueba con la amplitud de la
porción de señal de prueba en la señal de salida del sensor. Estas
amplitudes están mutuamente en una relación fija que, p. ej., puede
determinarse en un laboratorio y forma una función fija en el caso
de un sensor con capacidad de funcionamiento. En el caso de que el
sensor o una parte de la electrónica se vea perturbado se produce un
desvío de la relación de amplitudes respecto al valor nominal, y se
genera una notificación de avería.
La amplitud de la señal de prueba periódica se
modifica además periódicamente, de forma adicional, en forma de
diente de sierra, mediante el elemento 37. Por medio de esto se
obtiene en todo el margen de medición un reconocimiento de avería
especialmente preciso, ya que la amplitud de autoverificación se
adapta en todo el margen de medición.
La figura 3 muestra un circuito mediante el
cual, para llevar a cabo la autoverificación, se simula una
velocidad de giro. Los elementos con la misma función están
designados con los mismos símbolos de referencia que en la figura
2. La activación de la vibración de dientes se realiza, como en el
caso del circuito mostrado en la figura 2, a través del
preamplificador 17, el modificador de fase 13, la regulación de
amplitud 14 y los sumadores 33a, 33b. La señal para activar la
vibración de dientes en dirección Z se adelanta 90º con relación a
la propia vibración de dientes. La torsión de la viga de torsión 4
detectada con el elemento piezo-resistivo 5 se
realiza sin embargo, en el caso de un giro del sistema, con un
desplazamiento de fase de 90º con relación a la amplitud de
dientes. Por ello la porción de la señal de salida desplazada 90º
con relación a la amplitud de dientes se filtra mediante el
modificador de fase 22 y el multiplicador 21 y produce, después de
circular por el paso bajo 23, una medida para la velocidad de giro
del sistema.
El generador de señal 30 genera la señal de
prueba con la frecuencia f_{TEST}, que se modula con ayuda del
multiplicador o del modulador de AM 31 a la señal de seguimiento de
amplitud, que se mide mediante el elemento
piezo-resistivo 6. Al contrario que en el circuito
mostrado anteriormente en la figura 2 se modula por tanto la señal,
no desplazada en fase, de la vibración de dientes con la señal de
prueba. A través de los multiplicadores adicionales 36 se generan
señales en contrafase que, mediante los sumadores 33a, 33b, se suma
a la señal de regulación de amplitud para activar la vibración de
dientes en dirección Z y se alimenta a los dos electrodos 3a, 3b.
Por medio de esto se simula la acción de una velocidad de giro. La
señal de salida del sensor se analiza con la frecuencia f_{TEST}
con relación a la señal de prueba modulada. Para esto una porción de
la señal de salida circula por un filtro de paso de banda 45 y se
alimenta a continuación al arbitraje de autoverificación 43. Para
separar la porción de señal de prueba en la señal de salida de la
porción de señal útil, en el caso de una velocidad de giro simulada
la frecuencia de prueba f_{TEST} debe estar fuera del margen de
frecuencias de la magnitud de medición o de la velocidad de
giro.
El segundo modo de vibración del sensor, es
decir, la vibración de torsión generada artificialmente de los
dientes 2a, 2b está modulada en su amplitud de forma correspondiente
al margen de medición del sensor. A través del elemento 37 se
modifica además periódicamente en forma de diente de sierra, de
forma adicional, la amplitud de la señal de prueba periódica
inculcada, para obtener una autoverificación lo más precisa posible
en los diferentes márgenes de medición. Como en el caso mostrado en
la figura 2 se realiza una comparación de la amplitud de la porción
de señal de prueba con la amplitud de autoverificación, para
establecer una avería en el sensor o en la electrónica post
conectada.
Adicionalmente puede estar previsto un ajuste de
desequilibrios 61 en el sensor 1, que es responsable, a través de
un amplificador 62 y un multiplicador 63, de que a causa de
eventuales tolerancias de error no se genere ningún modo de
vibración adicional.
El sensor de velocidad de giro de diapasón aquí
mostrado es una forma de ejecución especialmente preferida de la
invención. En general la invención puede usarse en sistemas en los
que se detecta una magnitud de medición a través de una estructura
o estructura resonante vibratoria. Con ello se dispone de varias
aplicaciones, como p. ej. sensores de aceleración, sensores de
presión o también sensores de velocidad de giro cárdan.
La figura 4 muestra como ejemplo
esquemáticamente un sensor de aceleración 10, en el que una masa 11
se fija a una viga 12. Para medir una aceleración del sensor 10 en
dirección X se activa la viga 12 para que genere una vibración en
dirección Z. En el caso de una aceleración que se produzca en
dirección X se modifica la tensión de la viga 12, de tal modo que
se modifica la frecuencia de la vibración de la masa en dirección Z
y representa una medida para la aceleración. Para llevar a cabo una
autoverificación de este sensor se genera en la viga 12 un segundo
modo de vibración, que se superpone al primer modo de vibración que
sirve para detectar la aceleración. Para esto se activa la viga 12
para que genere vibraciones de flexión en dirección Y. Mediante un
elemento piezo-resistivo 15 se detectan las
vibraciones de la viga 12en ambos modos de vibración. La porción de
señal útil se separa mediante análisis de frecuencia y/o de fase de
la porción de señal de prueba, que provoca el segundo modo de
vibración. La porción de señal de prueba en la señal de salida puede
vigilarse de este modo, mientras que el sensor de aceleración
funciona o registra una aceleración.
En una forma de ejecución adicional de la
invención, no representada aquí, el sensor con capacidad de
autoverificación está materializado como sensor de presión. En el
caso del sensor de presión se activa una membrana para que genere
vibraciones, para medir una presión que actúa sobre la membrana. La
tensión de membrana depende de la presión e influye en la
frecuencia de la vibración de resonancia. De este modo puede medirse
una presión a través de la membrana vibratoria. Para llevar a cabo
la autoverificación se modula en la membrana una vibración
adicional a través de una unidad actuadora, es decir, se superponen
dos modos de vibración de la membrana. La señal de salida de la
vibración de membrana se analiza en cuanto a frecuencia y/o fase,
para separar la porción de la señal de salida que se genera
mediante el segundo modo de vibración superpuesto de la membrana.
También aquí puede llevarse a cabo mediante la comparación de la
amplitud de la señal de prueba con la amplitud de la porción de
señal de prueba, contenida en la señal de salida, una
autoverificación del sensor sin interrumpir la señal de
medición.
Los elementos actuadores para generar las
vibraciones no están limitados a los electrodos. La activación puede
realizarse de múltiples formas, en especial p. ej. mediante
elementos electrostáticos, piezoeléctricos o incluso que actúan
térmicamente. Igualmente los elementos
piezo-resistivos forman sólo una posibilidad de la
detección de los diferentes modos de vibración de los sensores.
También aquí puede realizarse p. ej. una lectura electrostática,
capacitiva o inductiva. El sensor con capacidad de autoverificación
o el dispositivo y el procedimiento para autoverificar un sensor
hacen posible una autoverificación llamada ongoing sin interrumpir
ni limitar la señal de medición, en donde la prueba puede
realizarse en todo el margen de medición y/o dinámico del sensor
mediante la variación de la amplitud y/o de la frecuencia de la
señal de prueba modulada.
\newpage
En general la invención también puede ejecutarse
como sigue, p. ej. con base en un sensor de velocidad de
giro:
giro:
durante el funcionamiento del sensor de
velocidad de giro se activa, aparte del 1er modo, también el 2º modo
del sistema, y precisamente con una señal que está acoplada al
desvío del 1er modo y, adicionalmente, se modula en amplitud con
una señal de prueba alternante.
La señal para el movimiento del sistema en el 2º
modo contiene de este modo, aparte de la verdadera señal de
medición a causa del efecto de Coriolis, una porción que es generada
por la señal de prueba. La porción de medición y la porción de
prueba de la señal para el movimiento del sistema en el 2º modo
pueden separarse una de otra, a continuación, mediante análisis de
frecuencia y/o de fase. A continuación se comprueba si la relación
entre la porción de señal de prueba en el 2º modo y la propia señal
de prueba cumple requisitos prefijados. En el caso de que no se
produzca esto el sensor emite una notificación de avería.
Con ello se recibe la activación del 2º modo en
fase con el movimiento del 1er modo, p. ej. mediante sensores en
muelles. La porción de Coriolis del 2º modo, por el contrario, está
desplazada 90º en fase en comparación con el movimiento del 1er
modo.
La figura 5 muestra en una representación de
principio un corte a través de un sensor de aceleración conforme al
a invención. El sensor de aceleración se compone de una estructura
de activación 7, que sirve de unidad actuadora, y de una estructura
100 con capacidad de vibración que comprende un resonador o alma de
resonador 110 y una masa 120 sísmica acoplada a la misma. El
resonador 110 con capacidad de vibración y la masa 120 con
capacidad de vibración están acoplados entre sí a través de un alma
adicional 125, es decir, no están reunidos en un único elemento. Un
elemento detector 25 sirve para la detección
piezo-resistiva del modo básico del alma de
resonador 110, que se activa térmicamente mediante la estructura de
activación 7 para generar vibraciones. En la forma de ejecución
preferida el modo básico del alma de resonador 110 comporta
400-500 kHz. En el caso de una aceleración en
dirección x se desvía la masa a causa de su inercia y el resonador
110 sufre un esfuerzo de tracción o presión. Esto conduce a una
modificación de la frecuencia de resonancia y puede detectarse como
señal de medición. La estructura de activación 7 descrita está
diseñada de tal modo, que también puede activar los modos propios
de la masa sísmica 120. El modo básico del sistema es la vibración
lateral de la masa 120, que presenta en la forma de ejecución
preferida una frecuencia de aprox. 16 kHz. La vibración de este
modo se corresponde con una aceleración periódica, senoidal, en
dirección x. Mediante la superposición permanente de las señales de
activación del alma del alma de resonador y del modo de vibración
lateral de la masa 120 se materializa una autoverificación
permanente. Las señales generadas por el detector 25 se someten,
por medio de una electrónica de valoración adecuada, a un análisis o
un análisis de Fourier, para separar la señal de prueba, que es
generada por la masa vibratoria 120 y presenta en la forma de
ejecución preferida una frecuencia de 16 kHz, de la señal de
medición.
La estructura de activación o unidad actuadora 7
puede presentar p. ej. un actuador térmico, capacitivo o
piezoeléctrico. Para ahorrar espacio y costes se utiliza sólo un
actuador para activar el alma de resonador 110 y la masa 120. Sin
embargo, también es posible llevar a cabo la activación del alma de
resonador 110 y de la masa 120 con dos elementos actuadores
separados, en donde es posible cualquier combinación de los dos
elementos actuadores compuestos de actuador térmico, capacitivo y
piezoeléctrico.
La unidad de detección 25 sirve para vigilar las
dos vibraciones o los dos modos de vibración y puede estar
ejecutada de forma capacitiva, piezoeléctrica o incluso
piezo-resistiva. Sin embargo, también pueden estar
ejecutadas dos unidades de detección separadas para vigilar las dos
vibraciones o los dos modos de vibración, en donde a su vez es
posible cualquier combinación de detección capacitiva,
piezoeléctrica y piezo-resistiva.
En lugar de prever dos elementos diferentes para
la activación y la detección de señal, estos elementos pueden estar
también materializados en un único elemento para activar y detectar
ambas señales.
La figura 6 muestra la estructura de principio
del circuito de control y valoración como esquema de conexiones en
bloques. El acelerómetro 80 comprende una etapa de activación 91
térmica para activar el resonador 110 y que genere vibraciones, una
etapa de acoplamiento 92 para acoplar la magnitud física a medir o
la aceleración en el sistema vibratorio, y una etapa de detección o
un piezo-sensor 93 para detectar las vibraciones del
resonador 110. Un circuito PLL 95 representa la pieza nuclear del
circuito de valoración. Comprende un oscilador 95a controlado por
tensión, un comparador de fase 95b y un paso bajo 95c. El oscilador
controlado por tensión genera en funcionamiento la señal de
activación, que se alimenta a la etapa de activación 91. El
comparador de fase 95b compara la fase de la señal de activación
con la de la señal de detección, que es emitida por el
piezo-sensor 93. Como resultado de esto el
comparador de fase 95b entrega una tensión para seguir la frecuencia
de activación del oscilador 95a controlado por tensión, de tal modo
que el alma de resonador siempre funcione en resonancia. Esta
tensión de regulación se utiliza también como señal de medición en
la forma de ejecución preferida aquí mostrada.
Un sumador 15 sirve para superponer a la señal
de activación, que es alimentada por el oscilador 95a controlado
por tensión, una tensión de activación adicional para activar de
este modo una vibración lateral de la masa sísmica 120. Esta
vibración lateral se realiza en dirección x, es decir, en la
dirección longitudinal del alma de resonador 110 (véase la figura
2). La tensión de activación adicional se genera mediante un
oscilador 50, en donde pueden ajustarse la frecuencia y la amplitud
de la tensión de activación adicional. A la salida del sumador 15
se obtiene de este modo, adicionalmente a la señal para activar el
modo básico del resonador 110, una señal de autoverificación que
presenta por ejemplo una frecuencia de aprox. 16 kHz.
La señal de activación modulada se alimenta al
acelerómetro 90 y activa el resonador 110 para generar vibraciones
en su frecuencia natural, al igual que la masa sísmica 120 que
conduce a vibraciones con una frecuencia adicional. En el presente
caso el modo básico del alma de resonador tiene una frecuencia de
aprox. 400-500 kHz, mientras que la masa sísmica
vibra con una frecuencia de aprox. 16 kHz. La vibración de la masa
120 se corresponde con una aceleración periódica inculcada
internamente.
La señal de salida que proviene del
piezo-sensor 93 del acelerómetro 90 llega, a través
de un amplificador 96 y de un paso de banda 97, a un sumador 98. Al
sumador 98 se alimentan señales adicionales 99a, 99b, que sirven
para eliminar la diafonía térmica (señal 99a) o la diafonía
eléctrica (señal 99b). Después del sumador 98 la señal de medición
circula por un convertidor senoidal-rectangular y
llega al circuito PLL 95, que se ha descrito anteriormente.
La señal de salida del circuito PLL 95 se
amplifica mediante un amplificador 60a controlable. A continuación
se somete la señal a un análisis de frecuencia. Mediante un paso
bajo 60c se filtra la señal resultante de la aceleración exterior.
A la salida del paso bajo 60c se dispone de este modo de la señal de
aceleración U_{acc}.
La señal de autoverificación, que en el presente
caso presenta una frecuencia de aprox. 16 kHz, se separa con ayuda
de un paso de banda 60b. A continuación se forma en el elemento de
conmutación 60d la diferencia entre la señal de autoverificación y
la señal de activación de prueba, en donde se obtiene una tensión
U_{\Delta}_{eff}. En el caso de la tensión U_{\Delta}_{eff}
supere un umbral determinado, se ha producido una avería. De este
modo se verifica todo el sensor incluyendo el circuito electrónico.
La prueba no se refiere por tanto solamente al propio sensor, sino
también a las partes principales de la electrónica de
valoración.
Debido a que la tensión U_{\Delta}_{eff} es
una medida para la sensibilidad, puede realizarse de este modo una
auto-calibración del sensor. Para esto se regula
esta tensión con ayuda del amplificador 60a controlable a un valor
constante prefijado. Este circuito está representado en la figura 6
mediante la línea a trazos.
La representación 7 muestra un análisis de
Fourier de la señal de salida de la electrónica de valoración antes
descrita. En este caso se activa térmicamente el modo básico del
alma de resonador con una frecuencia en un margen de
400-500 kHz, en donde adicionalmente se activan
también los modos propios de la masa sísmica 120. El modo básico
del sistema es la vibración lateral de la masa 120 a una frecuencia
de 16 kHz. La vibración de este modo se corresponde con una
aceleración periódica, senoidal en dirección x (véase la figura 5).
Mediante la superposición permanente de la señal de activación del
alma de resonador 110 y del modo de vibración lateral de la masa
120 se lleva a cabo en este caso una autoverificación permanente.
Con ayuda del activador de vibración se genera una aceleración
senoidal de 1 kHz en dirección x, mientras que adicionalmente el
sensor funciona en modo de autoverificación. El análisis de Fourier
representado en la figura 7 de la señal de salida muestra la señal
de la aceleración exterior a 1 kHz y la señal de la aceleración
inducida o de la autoverificación aprox. a 16 kHz.
El sensor de aceleración representado con
capacidad de autoverificación puede servir mediante una modificación
correspondiente también para medir otras magnitudes, que ejercen
una fuerza sobre la masa 120. El sensor de aceleración tiene un
principio de lectura resonante y puede llevarse a cabo durante la
medición una autoverificación permanente. Con ayuda de una señal de
prueba continua en el tiempo se inculca una aceleración de prueba y,
de este modo, la señal de aceleración correspondiente está de este
modo disponible a la salida permanentemente.
En resumen, mediante la invención se crean
sensores que se autoverifican sin interrupción de la verdadera
medición, en donde no se necesita ningún componente complejo
adicional, de tal modo que el sensor con capacidad de
autoverificación puede fabricarse en un modo constructivo más
pequeño y económico.
Claims (23)
1. Sensor, con una estructura con capacidad de
vibración (2a, 2b; 11; 100) para detectar una magnitud de medición
mediante una primera vibración periódica de la estructura (2a, 2b;
11; 100); un elemento (5; 15; 25) para generar una señal de salida
dependiente de la magnitud de medición, y medios (41, 45; 60a, 60b)
para detectar y/o separar una porción de señal de prueba de la
señal de salida, que se genera mediante una segunda vibración
periódica, superpuesta a la primera vibración, de la estructura (2a,
2b; 11; 100), caracterizado por una unidad actuadora (3a,
3b; 7) para activar la estructura (2a, 2b; 11; 100) y producir la
primera vibración periódica, y medios (3a, 3b, 33a, 33b; 7, 50, 51)
para activar la estructura (2a, 2b; 11; 100) en un segundo modo de
vibración, que se superpone al primer modo de vibración que sirve
para detectar la magnitud de medición.
2. Sensor según la reivindicación 1,
caracterizado por un dispositivo (30, 31; 50, 51) para
modular una señal de prueba a una señal para activar la estructura
(2a, 2b; 11; 100).
3. Sensor según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque un desequilibrio de la estructura se
utiliza como medio para activar el segundo modo de vibración.
4. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque los medios para separar la
porción de señal de prueba (41, 45; 60a, 60b) comprenden un
dispositivo para el análisis de frecuencia y/o fase de la señal de
salida.
5. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado asimismo por medios (30, 37) para
la modificación periódica de la amplitud y/o frecuencia de la señal
de prueba.
6. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque es un sensor de velocidad de
giro, un sensor de aceleración o un sensor de presión.
7. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la unidad (100) con
capacidad de vibración presenta un resonador (110) y una masa (120)
con capacidad de vibración acoplada al mismo que, en el caso de un
desvío, modifica la frecuencia de resonancia del resonador (110), en
donde para generar la porción de señal de prueba durante la
medición la masa (120) puede producir vibraciones.
8. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por medios para calibrar el sensor
por medio de la porción de señal de prueba.
9. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la unidad actuadora (7) está
dispuesta de tal modo que hace que un resonador (110) y una masa
(120) acoplada al mismo produzcan vibraciones de diferentes modos,
en donde la masa vibratoria (120) está dispuesta de tal modo, que
modifica periódicamente la frecuencia de resonancia del resonador
(110), para generar la porción de señal de prueba.
10. Sensor con un dispositivo para la
autoverificación del sensor, en donde el sensor detecta una magnitud
de medición a través de una estructura (2a, 2b; 11, 100) con
capacidad de vibración y, dependiendo de la magnitud de medición,
genera una señal de salida periódica, con medios (41; 45; 60a, 60b)
para separar una porción de señal de prueba, que está superpuesta a
una porción de señal útil, a partir de la señal de salida periódica
del sensor, y con medios comparadores (43; 60d) para comparar la
porción de señal de prueba con un valor predefinido o con una señal
de prueba alimentada al sensor, caracterizado por una unidad
actuadora (3a, 3b; 7) para activar la estructura (2a, 2b; 11; 100)
y producir la primera vibración periódica y medios (3a, 3b, 33a,
33b; 7, 50, 51) para activar la estructura (2a, 2b; 11; 100) en un
segundo modo de vibración que se superpone al primer modo de
vibración, que sirve para detectar la magnitud de medición.
11. Sensor según la reivindicación 10,
caracterizado asimismo por un dispositivo (30, 31; 50, 51)
para modular una señal de prueba a una señal para activar la
estructura (2a, 2b; 11, 100).
12. Sensor según la reivindicación 10 u 11,
caracterizado porque la estructura está dispuesta de tal modo
que presenta un desequilibrio mecánico para generar el segundo modo
de vibración.
13. Sensor según una de las reivindicaciones 10
a 12, caracterizado porque los medios para separar (41, 45;
60a, 60b) presentan un dispositivo para el análisis de frecuencia
y/o fase de la señal de salida.
14. Sensor según una de las reivindicaciones 10
a 13, caracterizado asimismo por medios (30, 37; 50) para la
modificación periódica de la amplitud y/o frecuencia de la señal de
prueba.
15. Procedimiento para autoverificar un sensor
con una estructura (2a, 2b; 11; 100) con capacidad de vibración con
los pasos:
\newpage
superposición de una primera vibración de la
estructura (2a, 2b; 11; 100) con una segunda vibración
periódica;
detección de una señal de salida, que contiene
informaciones sobre una magnitud de medición que se acopla a la
estructura vibrante (2a, 2b; 11; 100); y
vigilancia de una porción de señal de prueba
contenida en la señal de salida, que se genera mediante la segunda
vibración periódica de la estructura (2a, 2b; 11; 100),
caracterizado porque la estructura (2a,
2b; 11; 100) con capacidad de vibración se activa mediante unidades
actuadoras (3a, 3b; 33a, 33b; 7, 50, 51) para generar vibraciones
superpuestas en un primer y un segundo modo de vibración, para
detectar simultáneamente la magnitud de medición y la porción de
señal de prueba.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque una señal de activación para la
estructura (2a, 2b; 11; 100) se modula mediante una señal de
prueba.
17. Procedimiento según la reivindicación 15 ó
16, caracterizado porque la activación de la segunda
vibración periódica de la estructura (2a, 2b; 11; 100) se realiza
mediante un acoplamiento mecánico o una diafonía mecánica del
sensor.
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque la señal de
salida se somete a un análisis de frecuencia y/o fase.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque la señal de
prueba se modifica en su frecuencia y/o amplitud durante el
funcionamiento de medición del sensor.
20. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque la porción de
señal de prueba en la señal de salida se utiliza para calibrar el
sensor.
21. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque la estructura
se activa para generar vibraciones con al menos dos frecuencias, en
donde la primera frecuencia representa la magnitud a medir,
mientras que la segunda frecuencia representa una señal de
prueba.
22. Sensor según una de las reivindicaciones 1 a
9 para medir aceleraciones, caracterizado porque la
estructura (100) con capacidad de vibración presenta un resonador
(110) y una masa (120) con capacidad de vibración para detectar una
magnitud de medición, en donde el resonador está acoplado a la masa
de tal modo, que su frecuencia de resonancia se modifica en el caso
de un desvío de la masa; porque el resonador está dispuesto de tal
manera, que la señal de salida depende de la frecuencia de
resonancia del resonador; porque la unidad actuadora (7) para
activar el resonador y generar la primera vibración periódica y los
medios (7, 50, 51) para activar el resonador en un segundo modo de
vibración están dispuestos de tal modo que se activan el resonador y
la masa simultáneamente para producir vibraciones de diferentes
modos, y porque los medios (60a, 60b) para detectar y/o separar la
porción de señal de prueba de la señal de salida están dispuestos de
tal modo, que separan el modo de vibración de la masa como señal de
prueba desde la señal de salida.
23. Sensor de aceleración según la
reivindicación 22, caracterizado por un dispositivo para
autoverificación según una de las reivindicaciones 10 a 14.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE19845185 | 1998-10-01 | ||
| DE19845185A DE19845185B4 (de) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | Sensor mit Resonanzstruktur sowie Vorrichtung und Verfahren zum Selbsttest eines derartigen Sensors |
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|---|---|---|---|
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