专利摘要:
一種轉速感測器(1),具有一基材(2)及一克氏力元件(3)(3’),其中該轉速感測器(1)有一驅動手段(4)(4’)以將該克氏力元件(3)(3’)激勵作克氏力振動,且其中該轉速感測器(1)有一檢出手段(5)(5’)以依該克氏力元件(3)(3’)由於作用到該克氏力元件上的克氏力造成的相對於基材(2)的偏轉而定產生一感測器信號(6),其中,該轉速感測器(1)的組態做成當一個依該感測器信號(6)而定產生的旋轉加速度信號(7)低於一臨限值(8)時就作最身校準,此外還關於一種用於將前述申請專利範圍任一項的轉速感測器(1)校準的方法,其中,將該克氏力元件(3)(3’)激發作克氏力振動,並依由於作用到克氏力元件(3)(3’)上的克氏力造成之克氏力元件(3)(3’)相對於該基材(2)的偏轉而定產生感測信號(6),其中依該感測器信號(6)而定產生一旋轉加速度信號(7),且當檢出該旋轉加速度信號(7)低於臨限值,則作轉速感測器(1)的自身校準。(圖1)
公开号:TW201300735A
申请号:TW101110695
申请日:2012-03-28
公开日:2013-01-01
发明作者:Oliver Kohn;Fouad Bennini;Thomas Claus
申请人:Bosch Gmbh Robert;
IPC主号:G01C25-00
专利说明:
轉速感測器與校準轉速感測器的方法
一種轉速感測器,具有一基材及一克氏力元件,其中該轉速感測器有一驅動手段以將該克氏力元件激勵作克氏力振動,且其中該轉速感測器有一檢出手段以依該克氏力元件由於作用到該克氏力元件上的克氏力造成的相對於基材的偏轉而定產生一感測器信號,此外本發明還關於一種將這種轉速感測器校準的方法。
轉速感測器係一般習知者,例如在文獻US 7 359 816 B2提到一轉速感測器,它依一檢出的轉速而產生一輸出信號,要將轉速感測器作校準,係由轉速感測器在運動狀態及在靜止狀態產生一輸出信號並傳輸到一外部之校準模組。然後利用輸出信號的所有值(它們係在運動狀態和靜止狀態所接收者)的算術平均值而計算該轉速感測器的一偏差參數,此轉速感測器利用該計算的偏差參數校準。此感測器裝置的缺點為:要將此轉速感測器校準,需要一外部的校準模組,例如一外部之微控制器或一外部ASIC(回應而異的積體電路)。利用它將轉速感測器激發作校準程序。
依申請專利範圍獨立項之本發明的轉速感測器和本發明之用於校準一轉速感測器的方法相較於先前技術有一優點:要將轉速感測器校準可作一種轉速感測器的自身校準,它並非利用一附加之外部校準手段激發。用此方式,舉例而言,當轉速感測器一檢出到外界邊緣條件在相關時間點容許作較準,則轉速感測器可自動獨立地作後校準。為此,將該旋轉加速度信號與一臨限值比較。如果該旋轉加速度信號低於該臨限值,則認定轉速感測器在靜止位置,舉例而言,沒有轉速。因此轉速感測器用有利方式獨立地檢出何時有一有利時間點以開始自動校準。自動校準作業宜利用在檢出之靜止狀態中接收的感測器資料(特別是感測器值)由轉速感測器獨立地實施,其中由感測器資料求出一感測器的偏差值(Offset)(例如利用自算術平均值求出),並儲存在該轉速感測器的一記憶體元件由此臨限值(它決定何時要開始自身校準)宜為預設者且係可調整者,特別是如此一來,自身校準之所要準確度可利用臨限值連續調整,因此轉速感測器可各依應用情形作配合,此轉速感測器宜包含一以半導體基材(宜為矽)為基礎的轉速感測器,它特宜用矽表面微機械程序製造。
本發明的有利用設計和進一步特點見於申請專利範圍附屬項以及配合圖式的說明。
依一較佳實施例該轉速感測器有一比較器以將該旋轉力速度信號與該臨限值比較。因此可用有利方式利用該比較器決定,是否要實施自身校準程序。一比較器係為一較簡單的邏輯構件,它宜可直接放在轉速感測器的基材上,以達成儘量構造緊密的系統整合,依一較佳實施例,該轉速感測器有一差值產生器,該差值產生器的組態做成用於由感測器信號的至少二個感測器值的差產生該旋轉加速度信號,及/或該轉速感測器有一微分器,故微分器的組態做成由該感測器信號的數學導來式(微分)產生該旋轉加速度信號。
藉著在二個感測器值之間產生差值,可用有利方式產生一相對值,它不受感測器偏差值影響,且即時轉速感測器尚未校準時也能用於當作表示轉速感測器的瞬間動態的值。如果此二感測器值間的差值降到臨限制以下,則可認為該動態較小或轉速感測器在靜止狀態,該二個感測器值宜為二個直接先後相隨的感測器值或二個「間接」先後相隨的感測器值(亦即該二個間接先後相隨的感測器值之間還有其他感測器值。
依一有利實施例,該轉速感測器有一暫存器,該暫存器的組態做成在作該自身校準時將感測器信號的多數感測器值儲存,其中該暫存器的組態做成特別用於在作該自身校準時將該感測器信號的多數感測器值的和儲存。這種揮發性暫存器比較簡單且構造空間緊密,例如可利用簡單的電容器直接在轉速感測器內做成,因此有利地不需要繁複的塗料介面,以將感測器資料存在外部記憶體元件中,依一較實施例,這些感測器值在暫存器中簡單地累加起來,換言之,只將感測器值的總和存在暫存器中,因此只需有利地儲存單一值。
依一較佳實施例,該轉速感測器有一平均值產生器,該平均值產生器的組態做成用於由該儲存在儲存器中的感測器值的數學平均值產生一新的感測器值差值,其中該轉速感測器有一偏差值儲存器,該偏差值儲存器的組態宜做成將該新的感測器偏差值以及一個較早的感測器偏差值所計算的感測器偏差值作儲存。藉著先前與臨限值作比較可確保接收的感測器值只是在轉速感測器靜止狀態時由轉速感測器輸出者。所有感測器值的平均值因此係為代表該轉速感測器的偏差值(舉例而言它係與製造條件或建入條件有關者)的值,在偏差值儲存器中要重新儲存的感測器偏差值係根由此感測器值求出的新的感測器偏差值計算,其中另外特別還考慮到一個較準的感測器值(舉例而言,它在執行實際自身準前已儲存在偏差值儲存器中)。
依一較佳實施例,該轉速感測器有一中斷介面,其中該轉速感測器的組態做成在做自身校圣之時及/或之後在該中斷介面產生一中斷信號。因此可用有利發式通知一個在轉速感測器下游的外部分析電子電路:該轉速感測器正在執行或已執行過一自身校準作業。
本發明另一標的為一種用於將前述申請專利範圍任一項的轉速感測器校準的方法,其中,將該克氏力元件激發作克氏力振動,並依由於作用到克氏力元件上的克氏力造成之克氏力元件相對於該基材的偏轉而定產生感測信號,其中依該感測器信號而定產生一旋轉加速度信號,且當檢出該旋轉加速度信號低於臨限值,則作轉速感測器的自身校準。藉著將旋轉加速度信號與該臨限值比較,可有利地檢出:是否轉速感測器在一定的靜止位置。如果存在一靜止位置,則開始作轉速感測器的自身校準。因此轉速感測器用於當作檢出靜止裝置的感測器,所以要開始自身校準作業,不需在轉速感測器外部的觸發信號。要作比較及自身校準作業,只需較簡單構造的邏輯構件,例如一比較器,揮發性記憶體或類似物(它們宜直接設在轉速感測器的基材上)。因此不同於先前技術,要將轉速感測器作校準,不需外部校準模組,藉著將臨限值對應地調整,對於靜止位置的要求(亦即:從那種轉速開始,轉速感測器的狀態不再能視為「靜止位置」)可連續調整。
依一較佳實施例,如果該旋轉加速度信號低於臨限值為時一段預定時段,則開始作自身校準。
因此可用有利方式確定:一直到作自動校準為止,轉速感測器須在靜止位置留多久。要確定此時間,宜設一可由外調整的時間參數。
依一較佳實施例,該旋轉加速度信號由該感測器信號的至少二個感測器值及/或由該感測器信號的數學導來式產生。
因此方式,可用有利方式決定是否存在一靜止狀態(即使轉速感測器尚未校準或只作不準確的校準)。
依一較佳實施例,接收該感測器信號的多數感測器值以將該轉速感測器作自身校準,其中宜只將該感測器值的總和儲存,且由該感測器值的數學平均值而定計算一新的感測器偏差值,其中該感測器偏差值宜依該新的感測器偏差值及依一舊的感測器偏差值而定作計算。因此可用簡單方式求出感測器偏差值。
依一較佳實施例,如果在作自身校準時檢出到該旋轉加速度信號超過該預定臨限值,則將自身校準作業中斷。用此方式可確保轉速感測器在自動校準時留在靜止狀態,且當自動校準時不會由於轉速感測器突然加速而產生混淆的校準結果。
本發明的實施例示於圖式中並在以下說明中詳細敘述。
在不同圖中相同部分都用相同圖號表示,因此只說明一次。
圖1中顯示本發明一第一實施例的一轉速感測器(1)的一示意圖,其中該轉速感測器(1)有一第一克氏力元件(3)及一第二克氏力元件(3’),它們平行於一基材的一主延伸平面(100)相鄰設置。第一克氏元件(3)被一第一驅動手段(4)激發成第一克氏力振動(20),第二克氏元件(3)被一第二驅動手段(4’)激發成第一克氏力振動(20’),其中第一及第二克氏力振動(20)(20’)沿一條布第一軸x[它平行於主延伸平面(100)]呈反向平行(antiparallel)互相朝向。當存在一轉速(22)繞著一條垂直於主延伸平面(100)的旋轉軸時,有克氏力作用到第一及第二克氏力元件(3)(3’),該克氏力大致垂直於該旋轉軸且垂直於第一及第二克氏力振動(20)(20’)延伸,由於克氏力,第一克氏力元件(3)受到相對於基材(2)的一第一偏轉(21),而二克氏力元件(3’)受到一垂直於第一偏轉(21)的反向平行的第二偏轉(21’)。
-第一測量信號(23)由一第一檢出手段(5)依第一偏轉(21)而產生。
-第二測量信號(23’)由一第二檢出手段(5’)依第一偏轉(21’)而產生。第一和第二測量信號(23)(23’)作差分的分析,以產生一和轉速(22)成比例的感測器信號(6),換言之,感測器信號由第一及第二測量信號間的差計算出來,如不用此方式,當然也可同樣考慮:轉速感測器(1)只有單一克氏力元件且不提供差分的分析,此外可考慮將一平行於主伸平面的轉速檢出,例如當第一及第二檢出手段(5)(5’)設在基材(2)和第一或第二克氏力元件(3)(3’)之間時。
此外,轉速感測器(1)有一差值產生器(10),它至少接收感測器信號(6)的二先後相隨的感測器值,且產生一旋轉加速度信號(7),此信號相當於來自該至少二個先後相隨的感測器值的數學差值,此旋轉加速度信號(7)係代表在轉速感測器(1)的動力的一量,如果轉速感測器(1)近乎在靜止狀態,換言之,有轉速(22)時,則旋轉加速度信號(7)很小,而當轉速感測器(1)的旋轉加速度存在時,此旋轉加速度信號較大,如不用此方式,也可考慮:轉速感測器(1)不具差值產生器(10)而有一微分器(10’),它由感測器信號(6)的走勢的數學導來式(微分)(Ableitung,英:derivative)計算旋轉加速度信號(7)。此外,轉速感測器(1)有一比較器(9),它將旋轉加速度信號(7)與一預調整之臨限值(8)比較。如果存在的旋轉加速度信號(7)低於該臨限值(8)的一段預定及/或可調整的時間長度,則自動將旋轉感測器的自身較早作業起動。此臨限的比較作業用於檢知:是否轉速感測器(1)在靜止狀態或在運動狀態,俾能只在靜止狀態作自身校準,而不會受到轉速感測器(1)的運動干擾或混淆。如果在自動校準過程突然超過此臨限值,則自動校準作業中斷。當重新檢1出到設有運動時,自動校準才重新起動,因此轉速感測器(1)係獨立地(亦即沒有外部的觸發器)連續作後校準。因此不須將感測器的偏差作外部監控。因此轉速感測器(1)的感測器偏差減少,要作自動校準,舉例而言,將感測器信號(6)的多數感測器值儲存在一暫存器(11)中,並由儲存的感測器值利用一平均值產生器(12)計算一數學平均值,特別是在暫存器(11)中只儲存感測器值的數學總和並由此將此總和除以累加之感測器值的個數產生平均值。此平均值大致等於轉速感測器的感測器偏差,且為作感測器偏差值(14)儲存在轉速感測器的一偏差值儲存器(13)中。但最好,感測器偏差值(14)係由該依平均值重新計算感測器偏差值及由一較早的感測器偏差值的平均值計算,該較早的感測器偏差值舉例而言係在作實際的自身校準前已存在偏差值儲存器(13)中者,此較早的感測器偏差值舉例而言係在工廠那邊預調整或在先前自身校準程序的範圍中求出。為了告知使用者己作過自身校準了,故另外在自身校準後,在一中斷介面中斷信號,如不用此方式,也可考慮輸出一相關的中斷信號,以通知一使用者:正在作自身校準。此轉感測器(1)的測量機構[它包含第一及第二克氏力元件(3)(3’)、第一及第二驅動手段(4)(4’)與第一及第二檢出手段(5)(5’)]和用於作自身校準的構件[它包含比較器(9)、差值產生器(10)或微分器(10’)、暫存器(11)與平均值產生器]宜做成單晶(monolithisch)方式整合到相同的基材(2)中或在一種混合式(Hybrid)的構想的範疇中實施,亦即測量機構設在一第一基材上,用於作自身校準的構件設在一第二基材上,其中第一及第二基材利用一般的結合技術直接互相連接。
圖2中顯示依本發明依第二實施例的一轉速感測器(1)的校準方法的一示意方塊圖,其中轉速感測器(1)特別是和圖1所示的轉速感測器(1)相同。在一第一詢問(30)中檢查:是否轉速感測器(1)的自身校準模式有動作,如果自身校準模式動作,則在一第一方法步驟(31)中將旋轉加速度信號(7)與臨限值(8)比較。如果旋轉加速度信號(7)大於臨限值(8),則重複第一方法步驟(31),如果旋轉加速度信號(7)小於臨限值(8)(特別是為時一定之時間長度)則在一第二方法步驟(33)中將轉速感測器(1)的自身校準作業起動。在此,感測器信號(6)的感測器值在一第三方法步驟(34)中接收且宜將感測器的總和儲存。在此時,在一第四方法步驟(35)中一直作控制,看是否旋轉加速度信號(7)保持在臨限值(8)以下。如果旋轉加速度信號(7)超過臨限值,則將自身校準中斷,且轉速感測器(1)跳回第一方法步驟(33),如果旋轉加速度信號(7)保持在臨限值(8)以下,則在一第五方法步驟(36)中檢查。是否集到作感測偏值計算所需的感測器值的數目宜可自由作組態。如果這種條件未滿足,則重複第三方法步驟(34)[方塊37],且收集其他感測器值。如果達到所需數目的感測器值,則在一第六方法步驟(38)由接收的感測器值藉著產生感測器值的數學平均值而求出一新的感測器偏差值。一新的感測器偏差值(14)接著由此新的感測器偏差值和由一較早儲存之感測器偏差值計算,然後轉速感測器(1)跳回第一方法步驟。
(1)‧‧‧轉速感測器
(2)‧‧‧基材
(3)‧‧‧第一克氏力元件
(3’)‧‧‧第二克氏力元件
(4)‧‧‧第一驅動手段
(4’)‧‧‧第二驅動手段
(5)‧‧‧第一檢出手段
(5’)‧‧‧第二檢出手段
(6)‧‧‧感測器信號
(7)‧‧‧旋轉加速度信號
(8)‧‧‧臨限值
(9)‧‧‧比較器
(10)‧‧‧差值產生器
(10’)‧‧‧微分器
(11)‧‧‧暫存器
(12)‧‧‧平均值產生器
(13)‧‧‧偏差值儲存器
(14)‧‧‧感測器偏差值
(20)‧‧‧第一克氏力振動
(20’)‧‧‧第二克氏力振動
(21)‧‧‧第一偏轉
(21’)‧‧‧第二偏轉
(22)‧‧‧轉速
(23)‧‧‧第一測量信號
(23’)‧‧‧第二測量信號
(30)‧‧‧第一詢問
(31)‧‧‧第一方法步驟
(33)‧‧‧第二方法步驟
(34)‧‧‧第三方法步驟
(35)‧‧‧第四方法步驟
(36)‧‧‧第五方法步驟
(38)‧‧‧第六方法步驟
(37)‧‧‧重複第二方法步驟(34)
(100)‧‧‧主延伸平面
圖1係依本發明一第一實施例的一轉速感測器的一示意圖;圖2圖係依本發明第二實施例的一轉速感測器的校準方法的一示意方塊圖。
(1)‧‧‧轉速感測器
(2)‧‧‧基材
(3)‧‧‧第一克氏力元件
(3’)‧‧‧第二克氏力元件
(4)‧‧‧第一驅動手段
(4’)‧‧‧第二驅動手段
(5)‧‧‧第一檢出手段
(5’)‧‧‧第二檢出手段
(6)‧‧‧感測器信號
(7)‧‧‧旋轉加速度信號
(8)‧‧‧臨限值
(9)‧‧‧比較器
(10)‧‧‧差值產生器
(10’)‧‧‧微分器
(20)‧‧‧第一克氏力振動
(20’)‧‧‧第二克氏力振動
(21)‧‧‧第一偏轉
(21’)‧‧‧第二偏轉
(22)‧‧‧轉速
(23)‧‧‧第一測量信號
(23’)‧‧‧第二測量信號
(100)‧‧‧主延伸平面
权利要求:
Claims (11)
[1] 一種轉速感測器(1),具有一基材(2)及一克氏力元件(3)(3’),其中該轉速感測器(1)有一驅動手段(4)(4’)以將該克氏力元件(3)(3’)激勵作克氏力振動,且其中該轉速感測器(1)有一檢出手段(5)(5’)以依該克氏力元件(3)(3’)由於作用到該克氏力元件上的克氏力造成的相對於基材(2)的偏轉而定產生一感測器信號(6),其特徵在:該轉速感測器(1)的組態做成當一個依該感測器信號(6)而定產生的旋轉加速度信號(7)低於一臨限值(8)時就作最身校準。
[2] 如申請專利範圍第1項之轉速感測器,其中:該轉速感測器(1)有一比較器(9)以將該旋轉加速度信號(7)與該臨限值(8)比較。
[3] 如申請專利範圍第1或第2項之轉速感測器,其中:該轉速感測器(1)有一差值產生器(10),該差值產生器的組態做成用於由感測器信號(6)的至少二個感測器值的差產生該旋轉加速度信號(7),及/或該轉速感測器(1)有一微分器(10’),故微分器的組態做成由該感測器信號(6)的數學導來式產生該旋轉加速度信號。
[4] 如申請專利範圍第1或第2項之轉速感測器,其中:該轉速感測器(1)有一暫存器(11),該暫存器的組態做成在作該自身校準時將感測器信號(6)的多數感測器值儲存,其中該暫存器(11)的組態做成特別用於在作該自身校準時將該感測器信號(6)的多數感測器值的和儲存。
[5] 如申請專利範圍第4項之轉速感測器,其中:該轉速感測器(1)有一平均值產生器(12),該平均值產生器的組態做成用於由該儲存在儲存器(11)中的感測器值的數學平均值產生一新的感測器值差值,其中該轉速感測器(1)有一偏差值儲存器(13),該偏差值儲存器的組態宜做成將該新的感測器偏差值以及一個較早的感測器偏差值所計算的感測器偏差值(14)作儲存。
[6] 如申請專利範圍第1或第2項之轉速感測器,其中:該轉速感測器(1)有一中斷介面,其中該轉速感測器(1)的組態做成在做自身校圣之時及/或之後在該中斷介面產生一中斷信號。
[7] 一種用於將前述申請專利範圍任一項的轉速感測器(1)校準的方法,其特徵在:將該克氏力元件(3)(3’)激發作克氏力振動,並依由於作用到克氏力元件(3)(3’)上的克氏力造成之克氏力元件(3)(3’)相對於該基材(2)的偏轉而定產生感測信號(6),其中依該感測器信號(6)而定產生一旋轉加速度信號(7),且當檢出該旋轉加速度信號(7)低於臨限值,則作轉速感測器(1)的自身校準。
[8] 如申請專利範圍第7項之方法,其中:如果該旋轉加速度信號(7)低於該臨限值(8)為時一段預定之時段,則開始作自身校準。
[9] 如申請專利範圍第7或第8項之轉速感測器,其中:該旋轉加速度信號(7)由該感測器信號(6)至少二個感測器值及/或由該感測器信號(6)的數學導來式產生。
[10] 如申請專利範圍第7或第8項之任一項之轉速感測器,其中:接收該感測器信號(6)的多數感測器值以將該轉速感測器(1)作自身校準,其中宜只將該感測器值的總和儲存,且由該感測器值的數學平均值而定計算一新的感測器偏差值,其中該感測器偏差值(14)宜依該新的感測器偏差值及依一舊的感測器偏差值而定作計算。
[11] 如申請專利範圍第7或第8項之任一項之轉速感測器,其中:如果在作自身校準時檢出到該旋轉加速度信號(7)超過該預定臨限值(8),則將自身校準作業中斷。
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同族专利:
公开号 | 公开日
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JP2014514545A|2014-06-19|
CN103597320B|2018-02-06|
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KR20140014199A|2014-02-05|
CN103597320A|2014-02-19|
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法律状态:
优先权:
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