專利名稱：具有諧振結(jié)構(gòu)的傳感器,尤其是加速度或轉(zhuǎn)速傳感器及用于自檢測(cè)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的傳感器及根據(jù)權(quán)利要求10和15前序部分的傳感器的自檢測(cè)裝置和方法。此外，本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求22前序部分的加速度傳感器。
通常，傳感器在系統(tǒng)中用于檢測(cè)被測(cè)量的量。在慣性傳感技術(shù)領(lǐng)域中，例如使用轉(zhuǎn)速及加速度傳感器來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)量。因?yàn)橥ǔ＿@涉及與安全相關(guān)的應(yīng)用，這些傳感器必須特別可靠及能準(zhǔn)確地檢測(cè)被測(cè)量。
在DE19528961中描述了一種根據(jù)音叉原理的轉(zhuǎn)速傳感器，它由硅制成。在工作中音叉被激勵(lì)到振蕩及傳感單元記錄音叉懸邊的扭轉(zhuǎn)，該扭轉(zhuǎn)是在傳感器繞與音叉懸置邊平行的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的。
為了譬如識(shí)別傳感器受的干擾或偏移，必須在工作時(shí)使傳感器接受檢測(cè)。由此提高受檢測(cè)的被測(cè)量的可靠性及精確性。
在EP0708925中描述了在一個(gè)沖擊系統(tǒng)中識(shí)別誤差的裝置，其中通過操作傳感元件來產(chǎn)生一個(gè)檢驗(yàn)響應(yīng)，及將結(jié)果與一個(gè)期望響應(yīng)結(jié)果相比較。在US5 060 504中指出了一種加速度傳感器的自校準(zhǔn)方法。其中一個(gè)傳感器體相對(duì)一個(gè)框架移動(dòng)，該移動(dòng)相應(yīng)于一個(gè)已知的加速度。在此情況下，輸出值作為隨后校準(zhǔn)的參考值使用。在US5 103 667中也描述了自檢驗(yàn)的加速度傳感器，其中為了檢驗(yàn)或校準(zhǔn)傳感器使一個(gè)確定的質(zhì)量運(yùn)動(dòng)及測(cè)量該運(yùn)動(dòng)。
但這些公知的系統(tǒng)具有其缺點(diǎn)，即當(dāng)傳感器檢驗(yàn)時(shí)原來的測(cè)量過程需中斷。需要在時(shí)間上交替地測(cè)量及檢驗(yàn)，因此測(cè)量信號(hào)不能在時(shí)間上連續(xù)地出現(xiàn)。此外，僅產(chǎn)生一個(gè)確定的預(yù)定被測(cè)量用于比較，即在傳感器整個(gè)測(cè)量范圍上不進(jìn)行檢驗(yàn)。
加速度傳感器譬如用于機(jī)動(dòng)車中作為行駛機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)及用于導(dǎo)航、行駛動(dòng)力及被動(dòng)安全系統(tǒng)(空氣袋應(yīng)用)。傳感器使用數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)使得原則上希望有盡可能高的可靠性。在未來，在駕駛方面將會(huì)有愈來愈多的有效系統(tǒng)介入，及剛性的機(jī)械耦合將由電子信號(hào)來產(chǎn)生(通過導(dǎo)線驅(qū)動(dòng))。這里就必然需要自檢驗(yàn)性能或適合的信號(hào)控制。此外，加速度傳感器也應(yīng)用于民用及軍用航空的導(dǎo)航系統(tǒng)。
尤其在機(jī)動(dòng)車上最佳地使用容性加速度傳感器，如由C.Lemaire及B.Sulouff在“汽車應(yīng)用的先進(jìn)微系統(tǒng)”中的文章(D.E.Ricken及W.Gessner編Springer,Berlin,1998年，103-112頁)“用于機(jī)動(dòng)車導(dǎo)航系統(tǒng)的表面微機(jī)械傳感器”所描述的。該系統(tǒng)可將容性讀出電極也用于質(zhì)量的偏轉(zhuǎn)。這在離散時(shí)間距離上可以實(shí)現(xiàn)，但不是時(shí)間連續(xù)的。
在專利US5 834 646中提出了一種諧振加速度傳感器，它實(shí)質(zhì)上由一個(gè)多重夾持的板組成。該板不但作為諧振器，其諧振頻率由外部加速來確定，而且也作為振動(dòng)質(zhì)量。通過該結(jié)構(gòu)可檢驗(yàn)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的整體性，但不能模擬加速度的作用。
另一諧振加速度傳感器被描述在文獻(xiàn)DE198 12 773A1中。它具有一個(gè)諧振結(jié)構(gòu)，該諧振結(jié)構(gòu)通過一電信號(hào)激勵(lì)到振蕩及根據(jù)被測(cè)量輸出第二電信號(hào)。
迄今對(duì)于上述容性傳感器不能進(jìn)行持久的自檢驗(yàn)?；蛟S附加結(jié)構(gòu)是可想象的，例如附加用于激勵(lì)的電容器梳，但增大了所需的位置量及引起費(fèi)用的增加。因此，這些公知的容性傳感器至多能在離散的時(shí)間間隔中進(jìn)行靜態(tài)的自檢驗(yàn)。
因而需要一種傳感器，尤其一種轉(zhuǎn)速或加速度傳感器，它具有精確的諧振信號(hào)計(jì)值，其中可進(jìn)行持久的或連續(xù)的自檢驗(yàn)。
因此本發(fā)明的任務(wù)是，給出一種傳感器，及用于傳感器自檢驗(yàn)的裝置及方法，其中在檢驗(yàn)時(shí)不用中斷測(cè)量或不影響測(cè)量信號(hào)，及當(dāng)測(cè)量工作時(shí)可在時(shí)間上連續(xù)地自檢驗(yàn)。
該任務(wù)將通過根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器、根據(jù)權(quán)利要求10的傳感器的自檢測(cè)裝置、根據(jù)權(quán)利要求15的傳感器的自檢測(cè)方法及根據(jù)權(quán)利要求22的加速度傳感器來解決。
本發(fā)明的其它有利特征，方案及細(xì)節(jié)可由從屬權(quán)利要求、說明書及附圖中獲得。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括一個(gè)用于檢測(cè)被測(cè)量的振蕩結(jié)構(gòu)；一個(gè)致動(dòng)單元，用于將該結(jié)構(gòu)激勵(lì)成第一周期性振蕩；一個(gè)用于產(chǎn)生與被測(cè)量相關(guān)的輸出信號(hào)的單元；及用于從輸出信號(hào)中分離出該檢驗(yàn)信號(hào)分量的裝置，該檢驗(yàn)信號(hào)分量由在第一振蕩上疊加該結(jié)構(gòu)的第二周期性振蕩來產(chǎn)生。該傳感器是自檢驗(yàn)的及能輸出時(shí)間上連續(xù)的測(cè)量信號(hào)及同時(shí)輸出關(guān)于傳感器功能信息的檢驗(yàn)信號(hào)。測(cè)量中不發(fā)生中斷或不影響測(cè)量信號(hào)。
在此情況下，傳感器最好包括用于產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)第二周期性振蕩的裝置或致動(dòng)單元，其中可通過該致動(dòng)單元產(chǎn)生第一及第二周期性振蕩。第二振蕩也可通過機(jī)械串?dāng)_來產(chǎn)生。在工作中檢測(cè)該結(jié)構(gòu)的振蕩，以產(chǎn)生輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種用于傳感器自檢驗(yàn)的裝置，它通過一個(gè)振蕩結(jié)構(gòu)檢測(cè)被測(cè)量及根據(jù)被測(cè)量產(chǎn)生一個(gè)周期性輸出信號(hào)，及其中具有用于從傳感器周期性輸出信號(hào)中分離出檢驗(yàn)信號(hào)分量的裝置，該檢驗(yàn)信號(hào)分量被疊加在有效信號(hào)分量上；及最好具有比較裝置，用于將檢驗(yàn)信號(hào)分量與一個(gè)預(yù)定值或一個(gè)傳送給傳感器的檢驗(yàn)信號(hào)相比較。借助該裝置可進(jìn)行傳感器自檢驗(yàn)，它在時(shí)間上是連續(xù)的及可發(fā)生在傳感器的整個(gè)測(cè)量及動(dòng)態(tài)范圍中，而不影響原來的測(cè)量任務(wù)。
該傳感器或裝置可有利地包括一個(gè)用于將檢驗(yàn)信號(hào)調(diào)制在振蕩結(jié)構(gòu)的激勵(lì)信號(hào)上的裝置。由此可在傳感器的整個(gè)測(cè)量范圍上整定自檢驗(yàn)。
該傳感器可具有機(jī)械不平衡或串?dāng)_，它產(chǎn)生用于傳感器檢驗(yàn)的檢驗(yàn)信號(hào)分量。由此可節(jié)省元件及得到成本合理的制造。該傳感器可有利地具有一個(gè)產(chǎn)生第二振蕩的致動(dòng)器，它產(chǎn)生檢驗(yàn)信號(hào)分量，及該裝置最好具有用于將結(jié)構(gòu)激勵(lì)到第二振蕩模的裝置，該第二振蕩模被疊加在用于檢測(cè)被測(cè)量的第一振蕩模上。由此可調(diào)制確定的檢驗(yàn)信號(hào)，及傳感器輸出信號(hào)可對(duì)于被測(cè)量及系統(tǒng)對(duì)檢驗(yàn)信號(hào)的響應(yīng)被求值。
最好輸出信號(hào)由頻率和/或相位分析裝置進(jìn)行分析。通過用于周期性改變檢驗(yàn)信號(hào)幅值和/或頻率的裝置可在整個(gè)傳感器測(cè)量和/或動(dòng)態(tài)范圍上進(jìn)行檢驗(yàn)。尤其是，它可為一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，一個(gè)加速度傳感器或一個(gè)壓力傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器例如具有作為振蕩結(jié)構(gòu)的一個(gè)諧振器及一個(gè)與它耦合的振蕩質(zhì)量，后者在偏移時(shí)改變諧振器的諧振頻率。為了產(chǎn)生檢驗(yàn)信號(hào)分量，在測(cè)量時(shí)可使質(zhì)量處于振蕩狀態(tài)。
特別優(yōu)選的是，檢驗(yàn)信號(hào)分量用于傳感器的校準(zhǔn)。
有利地，在工作中致動(dòng)單元譬如使諧振器及與其耦合的質(zhì)量處于不同模的振蕩狀態(tài)，從而使振蕩質(zhì)量周期性地改變諧振器的諧振頻率，以產(chǎn)生檢驗(yàn)信號(hào)分量。
該傳感器可包括用于解調(diào)測(cè)量信號(hào)的裝置，其中該信號(hào)可被幅值或頻率調(diào)制。
根據(jù)本發(fā)明的具有振蕩結(jié)構(gòu)的傳感器的自檢驗(yàn)方法，包括以下步驟使用于檢測(cè)被測(cè)量的結(jié)構(gòu)的第一振蕩與第二周期性振蕩相疊加；檢測(cè)輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)包括關(guān)于被測(cè)量的信息，該被測(cè)量被耦合在振蕩結(jié)構(gòu)上；及監(jiān)測(cè)包含在輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量，該檢驗(yàn)信號(hào)分量通過該結(jié)構(gòu)的第二周期性振蕩來產(chǎn)生。
在此情況下最好用于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的第一振蕩的激勵(lì)信號(hào)由一個(gè)檢驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，該檢驗(yàn)信號(hào)在傳感器測(cè)量工作期間其頻率和/或幅值可以改變。借助根據(jù)本發(fā)明的方法可在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍上驗(yàn)證包括電子裝置在內(nèi)的傳感器的全部功能。通過該方法可實(shí)現(xiàn)傳感器的高可靠性，這在涉及安全的應(yīng)用上尤其具有意義。
激勵(lì)信號(hào)也可由檢驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，以便在測(cè)量工作時(shí)進(jìn)行自檢驗(yàn)。
尤其是，輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量被用于傳感器的校準(zhǔn)。最好至少用兩個(gè)頻率或模使該結(jié)構(gòu)激勵(lì)成振蕩，其中第一頻率或模代表被測(cè)量，而第二頻率或模代表一個(gè)檢驗(yàn)信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的加速度傳感器包括一個(gè)諧振器，它耦合在一個(gè)質(zhì)量上，由此在質(zhì)量偏移時(shí)改變其諧振頻率；一個(gè)致動(dòng)單元，用于激勵(lì)諧振器；及一個(gè)檢測(cè)器，用于產(chǎn)生與諧振頻率有關(guān)的輸出信號(hào)；及一個(gè)控制裝置，用于產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，它包括至少兩個(gè)頻率，以便同時(shí)激勵(lì)諧振器及質(zhì)量；及一個(gè)求值級(jí)，它從輸出信號(hào)中分離出作為檢驗(yàn)信號(hào)分量的質(zhì)量的振蕩模。
借助根據(jù)本發(fā)明的傳感器在自檢驗(yàn)時(shí)可同時(shí)檢驗(yàn)求值電子裝置的所有相關(guān)元件。也可在預(yù)定時(shí)間間隔中進(jìn)行再校準(zhǔn)。
以下將借助附圖以例子的方式來描述本發(fā)明，附圖為

圖1表示作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施形式的一個(gè)微機(jī)械轉(zhuǎn)速傳感器的視圖；圖2表示通過重力轉(zhuǎn)換仿真的自檢驗(yàn)電路；圖3表示通過轉(zhuǎn)速仿真的自檢驗(yàn)電路；圖4表示本發(fā)明另一實(shí)施形式的加速度傳感器；圖5表示作為本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施形式的可自檢驗(yàn)諧振加速度傳感器的原理圖；圖6表示用于自檢驗(yàn)圖5中加速度傳感器的控制及求值電路；及圖7表示圖5中加速度傳感器輸出信號(hào)的傅里葉分析。
圖1中所示的傳感器1是根據(jù)音叉原理由硅制作的轉(zhuǎn)速傳感器。兩個(gè)彼此平行定向的叉2a,2b構(gòu)成一個(gè)振蕩結(jié)構(gòu)或諧振結(jié)構(gòu)，它用于測(cè)量轉(zhuǎn)速。在上叉2a上設(shè)有一個(gè)雙電極3a,3b，它們主要用于將叉2a,2b激勵(lì)到在Z方向上周期性的振蕩。音叉的懸邊4構(gòu)成扭轉(zhuǎn)梁，在其上固定有一個(gè)壓電電阻元件5。該壓電電阻元件5用于產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)在音叉懸邊4扭轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)該轉(zhuǎn)速傳感器繞通過音叉懸邊延伸的X軸轉(zhuǎn)動(dòng)而叉2a,2b在Z軸方向振動(dòng)時(shí)，該扭轉(zhuǎn)由于科里奧利力周期性地被引起。壓電電阻元件5與后聯(lián)電子單元一起亦用于檢測(cè)及使檢驗(yàn)信號(hào)分量與輸出信號(hào)分離，后者通過叉的另一周期性振蕩產(chǎn)生。
疊加另一周期性振蕩的第一振蕩譬如可這樣產(chǎn)生，即傳感器1具有重量的不平衡，這例如是通過振蕩質(zhì)量的不對(duì)稱引起的。在此情況下傳感器1具有機(jī)械串?dāng)_，該串?dāng)_的信號(hào)分量在輸出信號(hào)中疊加在原來的有效信號(hào)或轉(zhuǎn)速信號(hào)上并被作為檢驗(yàn)信號(hào)被利用。
另一方面叉2a,2b還通過雙電極3a,3b激勵(lì)成另一振蕩或扭轉(zhuǎn)振蕩，該振蕩被疊加給Z方向的激勵(lì)振蕩及得到輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量。在扭轉(zhuǎn)梁4附近上叉2a上設(shè)有另一壓電電阻元件6，通過它記錄Z方向的叉振蕩或監(jiān)測(cè)該振蕩的幅值。
在測(cè)量工作中叉2a,2b在Z方向上反相地振蕩。當(dāng)系統(tǒng)繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將通過扭轉(zhuǎn)梁上的壓電電阻元件5記錄扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，該振動(dòng)相對(duì)叉振幅90°地相位移。由于加工公差或所述的不對(duì)稱性將通過壓電電阻元件5產(chǎn)生出另一測(cè)量信號(hào)，它與轉(zhuǎn)速無關(guān)，及在扭轉(zhuǎn)固有頻率及激勵(lì)固有頻率之間具有足夠頻率間隔的傳感器上相對(duì)原來測(cè)量信號(hào)或轉(zhuǎn)速信號(hào)具有90°相位移。通過機(jī)械串?dāng)_產(chǎn)生的信號(hào)分量將在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式中作為檢驗(yàn)信號(hào)分量使用并用于傳感器自檢驗(yàn)的求值。
由于檢驗(yàn)信號(hào)分量，即輸出信號(hào)中由機(jī)械串?dāng)_產(chǎn)生的分量相位移，可從輸出信號(hào)中分離出檢驗(yàn)信號(hào)并對(duì)其求值或監(jiān)控。在檢驗(yàn)信號(hào)對(duì)一個(gè)作為傳感器特征的確定值偏離時(shí)，將發(fā)出誤差信號(hào)。
但傳感器1的這種機(jī)械串?dāng)_也可被仿真計(jì)算，而不用傳感器中存在不對(duì)稱。為此，兩個(gè)電極3a,3b由另一信號(hào)反相地控制，以使得叉2a,2b繞X軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，該扭轉(zhuǎn)振動(dòng)被疊加到Z方向的叉振動(dòng)上。該雙電極3a,3b將由一個(gè)附加的周期信號(hào)控制，該信號(hào)被疊加在用于產(chǎn)生Z方向的叉振動(dòng)的激勵(lì)信號(hào)上，其中這兩個(gè)信號(hào)同相。因此由附加信號(hào)這樣地實(shí)現(xiàn)激勵(lì)，即它在壓電電阻元件5的輸出信號(hào)中的分量相對(duì)由轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的有效信號(hào)的相位位移90°。因此一個(gè)檢驗(yàn)信號(hào)被調(diào)制在用于激勵(lì)Z方向叉振動(dòng)的信號(hào)上，其結(jié)果加在激勵(lì)信號(hào)上，及傳感器輸出信號(hào)將鑒于系統(tǒng)對(duì)檢驗(yàn)信號(hào)的響應(yīng)及同時(shí)鑒于被測(cè)量求值。
在使用仿真串?dāng)_時(shí)，利用了這樣的事實(shí)在輸出信號(hào)中包含的檢驗(yàn)信號(hào)分量相對(duì)于輸出信號(hào)中包含的有效信號(hào)分量相位移90°。該自檢驗(yàn)方法具有其優(yōu)點(diǎn)，即由于在檢驗(yàn)信號(hào)頻率范圍中對(duì)轉(zhuǎn)速的相位選擇性將不會(huì)引起與測(cè)量信號(hào)的疊加。通過檢驗(yàn)信號(hào)幅值的變化可在傳感器的整個(gè)測(cè)量范圍中進(jìn)行自檢驗(yàn)，在此期間傳感器輸出測(cè)量信號(hào)或轉(zhuǎn)速信號(hào)。
使用圖1中所示的音叉轉(zhuǎn)速傳感器可進(jìn)行另一自檢驗(yàn)方法，其中通過檢驗(yàn)信號(hào)模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)，即用一個(gè)相應(yīng)轉(zhuǎn)速的信號(hào)調(diào)制激勵(lì)振蕩。用轉(zhuǎn)速等效信號(hào)的調(diào)制可以這樣的方式實(shí)現(xiàn)，即由壓電電阻元件6測(cè)量的在Z方向振蕩的叉2a,2b的幅值監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)被周期性檢驗(yàn)信號(hào)幅值調(diào)制。然后該幅值調(diào)制信號(hào)將與用于激勵(lì)Z方向的叉2a,2b振動(dòng)的周期性控制信號(hào)相加。在此情況下這兩個(gè)信號(hào)彼此相位移90°。這將引起傳感器1作用在扭轉(zhuǎn)梁4上的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩相應(yīng)于轉(zhuǎn)速，它隨檢驗(yàn)信號(hào)的檢驗(yàn)頻率而變。在此情況下包含在壓電元件5的輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量通過帶通濾波器被重組。如在機(jī)械串?dāng)_仿真時(shí)那樣，在轉(zhuǎn)速仿真時(shí)將包含在輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量與檢驗(yàn)信號(hào)相比較，該檢驗(yàn)信號(hào)通過雙電極3a,3b被輸入傳感器。傳感器輸出信號(hào)將鑒于被測(cè)量、在此情況下為要檢測(cè)的轉(zhuǎn)速，及同時(shí)鑒于系統(tǒng)對(duì)檢驗(yàn)信號(hào)的響應(yīng)被求值。
通過調(diào)制的檢驗(yàn)信號(hào)的幅值變化及與輸出信號(hào)中重組的檢驗(yàn)信號(hào)分量的比較可實(shí)現(xiàn)在整個(gè)測(cè)量范圍上的完整的自檢驗(yàn)。因此，例如在借助雙電極3a,3b產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振蕩小幅值的情況下，可實(shí)現(xiàn)小轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍中傳感器的檢驗(yàn)，而在人工產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振蕩大幅值的情況下，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)高轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍中傳感器的自檢驗(yàn)。通過對(duì)產(chǎn)生叉2a,2b扭轉(zhuǎn)振蕩并經(jīng)過雙電極3a,3b的信號(hào)的幅值調(diào)制，在自檢驗(yàn)時(shí)將持續(xù)地經(jīng)過傳感器的測(cè)量范圍，所述扭轉(zhuǎn)振蕩疊加在Z方向叉2a,2b的激勵(lì)振蕩上。
通過被調(diào)制的檢驗(yàn)信號(hào)檢驗(yàn)頻率的變化，在自檢驗(yàn)時(shí)也附帶地經(jīng)過傳感器的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍。但在被轉(zhuǎn)速的等效信號(hào)調(diào)制時(shí)應(yīng)注意被調(diào)制的檢驗(yàn)信號(hào)的頻率、即檢驗(yàn)頻率位于待測(cè)量的轉(zhuǎn)速的頻譜以外。如果不知道轉(zhuǎn)速的頻譜或不能選擇其頻率不同于待測(cè)量的轉(zhuǎn)速的檢驗(yàn)信號(hào)，可如上所述地仿真機(jī)械串?dāng)_。
圖2表示用于音叉轉(zhuǎn)速傳感器的電路，借助它可仿真?zhèn)鞲衅鞯牟黄胶庖赃M(jìn)行自檢驗(yàn)。叉2a,2b的振蕩在幅值上將通過上叉2a上壓電電阻元件6來測(cè)量及通過一個(gè)放大器17和一個(gè)90°移相器13傳送到雙電極3a,3b，以便產(chǎn)生Z方向上叉2a,2b的諧振振蕩。在此情況下，一個(gè)連接在帶通濾波器16后的幅值調(diào)節(jié)器14控制該激勵(lì)振蕩的幅值，其中兩個(gè)叉2a,2b彼此平行地定向。通過扭轉(zhuǎn)梁4上的壓電電阻元件5產(chǎn)生的輸出信號(hào)在通過一個(gè)前置放大器26及一個(gè)帶通濾波器27后傳送給一個(gè)乘法器21，后者濾出有效信號(hào)分量、即通過系統(tǒng)繞X軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)分量。該有效信號(hào)分量相對(duì)Z方向上的叉振蕩相位移90°。因此通過移相器22及乘法器21從傳感器的輸出信號(hào)中得到有效信號(hào)。
信號(hào)發(fā)生器30產(chǎn)生頻率為fTest的周期性檢驗(yàn)信號(hào)，它通過乘法器31調(diào)制在用于激勵(lì)Z方向上叉振蕩的信號(hào)上。通過放大器32將產(chǎn)生出反相信號(hào)，它通過加法器33a,33b與用于激勵(lì)Z方向上叉振蕩的信號(hào)相加并傳送給雙電極3a,3b。因此得到叉2a,2b在Z方向上具有恒定幅值的振蕩，在該振蕩上被疊加了一個(gè)繞X軸的叉扭轉(zhuǎn)振蕩。這樣產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振蕩具有與Z方向上激勵(lì)振蕩相同的頻率及隨檢驗(yàn)頻率fTest周期性變化的幅值。該檢驗(yàn)頻率也可為零，以使得附加扭轉(zhuǎn)振蕩的幅值為恒定。
通過雙電極3a,3b的反相控制產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振蕩將由一個(gè)信號(hào)來激勵(lì)，該信號(hào)與用于激勵(lì)Z方向上叉振蕩的信號(hào)同相。因此，包含在壓電電阻元件5的輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量相對(duì)基于測(cè)量的轉(zhuǎn)速的有效信號(hào)相位移90°，及與由壓電電阻元件6測(cè)量的叉2a,2b在Z方向上的激勵(lì)振蕩同相。由于該原因?qū)⒂贸朔ㄆ?1從傳感器輸出信號(hào)中濾出與叉振蕩同相變化的信號(hào)分量。輸出信號(hào)中的該分量指示傳感器的仿真不平衡，它通過一個(gè)帶通濾波器45傳送給自檢驗(yàn)判斷器43，后者將檢驗(yàn)信號(hào)的幅值與傳感器輸出信號(hào)中檢驗(yàn)信號(hào)分量的幅值相比較。這些幅值彼此具有固定的關(guān)系，該關(guān)系例如可在試驗(yàn)室中確定及在一個(gè)多功能傳感器上可形成一個(gè)固定的功能。如果傳感器或電子裝置中的一部分被干擾時(shí)將產(chǎn)生該幅值關(guān)系相對(duì)給定值的偏離并將產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。
該周期性檢驗(yàn)信號(hào)的幅值還通過元件37附加地鋸齒形周期地變化。由此可在整個(gè)測(cè)量范圍上得到特別精確的誤差識(shí)別，因?yàn)樽詸z驗(yàn)幅值能在整個(gè)測(cè)量范圍上適配。
圖3表示一個(gè)電路，它用于執(zhí)行自檢驗(yàn)的轉(zhuǎn)速仿真。于圖2中相同功能的元件以相同的標(biāo)記表示。叉振蕩激勵(lì)如圖2中所示的電路那樣，通過前置放大器17、移相器13、幅值調(diào)節(jié)器14及加法器33a、33b進(jìn)行。用于激勵(lì)Z方向上叉振蕩的信號(hào)相對(duì)叉振蕩本身超前90°。但由壓電電阻元件5檢測(cè)的扭轉(zhuǎn)梁4的扭轉(zhuǎn)在系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相對(duì)叉振幅相位移90°。因此相對(duì)叉振幅相位移90°的輸出信號(hào)的分量通過移相器22及乘法器21濾出并在經(jīng)過低通濾波器23后得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的量。
信號(hào)發(fā)生器30產(chǎn)生具有頻率fTest的檢驗(yàn)信號(hào)，該信號(hào)借助乘法器或AM調(diào)制器31被調(diào)制在由壓電電阻元件6測(cè)量的幅值監(jiān)視信號(hào)上。與上述圖2中所示電路相反地，叉振蕩未相位移的信號(hào)被檢驗(yàn)信號(hào)調(diào)制。通過另一乘法器36將產(chǎn)生反相信號(hào)，它通過加法器33a,33b與用于激勵(lì)Z方向上叉振蕩的信號(hào)相加并傳送給兩個(gè)電極3a,3b。由此可仿真轉(zhuǎn)速的作用。傳感器的輸出信號(hào)將鑒于用頻率fTest調(diào)制的檢驗(yàn)信號(hào)被分析。為此，輸出信號(hào)的分量經(jīng)過帶通濾波器45及接著傳送給自檢驗(yàn)判斷器43。為了使輸出信號(hào)中檢驗(yàn)的檢驗(yàn)信號(hào)分量與有效信號(hào)分量分開，在仿真轉(zhuǎn)速的情況下檢驗(yàn)頻率必須位于被測(cè)量或轉(zhuǎn)速的頻率范圍以外。
傳感器第二振蕩模式，即人工產(chǎn)生的叉2a,2b扭轉(zhuǎn)振蕩在其幅值上根據(jù)傳感器的測(cè)量范圍被調(diào)制。通過元件37將使輸入的周期性檢驗(yàn)信號(hào)的幅值附加地鋸齒形周期地變化，以便在不同測(cè)量范圍上得到盡可能精確的自檢驗(yàn)。如同圖2中所示的情況，將檢驗(yàn)信號(hào)分量的幅值與自檢驗(yàn)信號(hào)的幅值相比較，以便確定傳感器中或后聯(lián)電子裝置中的誤差。
在傳感器1中可附加地設(shè)置不平衡補(bǔ)償器61，它通過放大器62及乘法器63用于通過可能的容許誤差不產(chǎn)生任何附加的振蕩模。
這里所示的音叉-轉(zhuǎn)速傳感器是本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施形式。通常本發(fā)明可應(yīng)用在其中被測(cè)量通過振蕩結(jié)構(gòu)或諧振結(jié)構(gòu)測(cè)量的系統(tǒng)上。在此情況下，可具有多種應(yīng)用，例如加速度傳感器、壓力傳感器或音叉轉(zhuǎn)速傳感器。
圖4作為例子概要表示一個(gè)加速度傳感器10，其中質(zhì)量11被固定在一個(gè)梁12上。為了使傳感器10測(cè)量X方向上的加速度，將梁12激勵(lì)成在Z方向上振蕩。當(dāng)在X方向上出現(xiàn)加速度時(shí)，梁12上的壓力變化，以使質(zhì)量在Z方向上的振蕩頻率變化并代表加速度的量。為了進(jìn)行傳感器的自檢驗(yàn)，在梁12中產(chǎn)生第二振蕩模，它被疊加在用于測(cè)量加速度的第一振蕩模上。為此將梁12激勵(lì)成在Y方向上的彎曲振蕩。通過壓電電阻元件15測(cè)量?jī)蓚€(gè)振蕩模上的梁12的振蕩。有效信號(hào)分量將通過頻率和/或相位分析與引起第二振蕩模的檢驗(yàn)信號(hào)分量分離。因此可監(jiān)測(cè)在輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量，而加速度傳感器仍工作或記錄加速度。
在另一未示出的本發(fā)明的實(shí)施形式中，自檢驗(yàn)傳感器作為壓力傳感器實(shí)施。在壓力傳感器中將一個(gè)膜激勵(lì)成振蕩，以便測(cè)量作用在膜上的壓力。膜應(yīng)力與壓力有關(guān)及影響諧振振蕩的頻率。因此可通過振蕩膜測(cè)量壓力。為了進(jìn)行自檢驗(yàn)，該膜將通過一個(gè)致動(dòng)單元調(diào)制另一振蕩，即疊加膜的兩個(gè)振蕩模。膜振蕩的輸出信號(hào)將鑒于頻率和/或相位被分析，以便從輸出信號(hào)中分離出由膜的兩個(gè)振蕩模疊加產(chǎn)生的信號(hào)的分量。這里也可通過檢驗(yàn)信號(hào)的幅值與包含在輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量的幅值的比較來執(zhí)行傳感器的自檢驗(yàn)，而不中斷測(cè)量信號(hào)。
用于產(chǎn)生振蕩的致動(dòng)單元不限制在電極上。可用多種方式激勵(lì)，尤其通過靜電壓電式或熱作用元件來實(shí)現(xiàn)。壓電電阻元件僅是檢測(cè)不同振動(dòng)模的一種可能性。這里例如也可以進(jìn)行靜電或容性或感性的讀出。該自檢驗(yàn)的傳感器或裝置及用于一個(gè)傳感器自檢驗(yàn)的方法可實(shí)現(xiàn)所謂的持續(xù)自檢驗(yàn)，而不中斷或影響測(cè)量信號(hào)，其中在傳感器整個(gè)測(cè)量和/或動(dòng)態(tài)范圍上的檢驗(yàn)可通過被調(diào)制檢驗(yàn)信號(hào)的幅值和/或頻率的變化來實(shí)現(xiàn)。
通常，本發(fā)明也可借助轉(zhuǎn)速傳感器如下地實(shí)施當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器工作時(shí)除激勵(lì)系統(tǒng)的第1模外還直接激勵(lì)第2模，并用一個(gè)耦合在第1模偏移量上的信號(hào)及附加地用一個(gè)交變的檢驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行幅值調(diào)制。
因此，包含在第2模中的用于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的信號(hào)除根據(jù)科里奧利效應(yīng)的原來測(cè)量信號(hào)外還包括通過檢驗(yàn)信號(hào)產(chǎn)生的一個(gè)分量。包含在第2模中的用于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的信號(hào)的測(cè)量分量及檢驗(yàn)分量接著可能通過頻率和/或相位分析彼此分離。接著將檢驗(yàn)第2模中的檢驗(yàn)信號(hào)分量與檢驗(yàn)信號(hào)本身之間的關(guān)系是否能滿足預(yù)定條件。如果不能滿足預(yù)定條件，傳感器將發(fā)出誤差信號(hào)。
在此情況下，例如通過彈簧上的傳感器接收與第1模運(yùn)動(dòng)同相的第2模的激勵(lì)。而第2模的科里奧利分量與第1模的運(yùn)動(dòng)相比較相位移90°。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的加速度傳感器的一個(gè)截面的原理圖。該加速度傳感器由一個(gè)作為致動(dòng)單元的激勵(lì)結(jié)構(gòu)7及一個(gè)振蕩結(jié)構(gòu)100組成，該振蕩結(jié)構(gòu)包括一個(gè)諧振器或諧振片110及一個(gè)與其耦合的振動(dòng)質(zhì)量120。該振蕩諧振器110及振蕩質(zhì)量120通過另一個(gè)片125彼此相耦合，即它們不是聯(lián)合成單個(gè)元件。一個(gè)檢測(cè)單元25用于諧振片110基模的壓電電阻檢測(cè)，后者通過激勵(lì)結(jié)構(gòu)7熱激勵(lì)成振蕩。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，諧振片110的基模為400-500kHz。在X方向加速的情況下質(zhì)量由于其慣性被偏移及諧振器110受到一個(gè)拉力或壓力。這導(dǎo)致諧振頻率的變化及可作為測(cè)量信號(hào)被檢測(cè)。所述激勵(lì)結(jié)構(gòu)7被這樣地設(shè)計(jì)，即它也可激勵(lì)振動(dòng)質(zhì)量120的固有模。系統(tǒng)的基模是質(zhì)量120的橫向振蕩，它在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中具有約16kHz的頻率。該模的振蕩相應(yīng)于X方向上周期性正弦波形的振蕩。通過諧振片激勵(lì)信號(hào)及質(zhì)量120橫向振蕩模的持續(xù)重疊，將實(shí)現(xiàn)持續(xù)的自檢驗(yàn)。由檢測(cè)器25產(chǎn)生的信號(hào)將借助適合的電子求值裝置進(jìn)行分析或付里葉分析，以使由振蕩質(zhì)量120產(chǎn)生及在該優(yōu)選實(shí)施形式中具有16kHz頻率的檢驗(yàn)信號(hào)與測(cè)量信號(hào)分離。
激勵(lì)結(jié)構(gòu)或致動(dòng)單元7可具有熱、電容或壓電致動(dòng)器。為了節(jié)省位置及費(fèi)用，僅使用一個(gè)致動(dòng)器來激勵(lì)諧振片110及質(zhì)量120。但也可以用兩個(gè)分開的致動(dòng)元件來激勵(lì)諧振片110及質(zhì)量120，其中可為兩個(gè)由熱、電容性或壓電致動(dòng)器作的致動(dòng)元件的每種組合。
檢測(cè)單元25用于監(jiān)測(cè)兩個(gè)振蕩或振蕩模及可作成電容性、壓電或壓電電阻式的?？墒褂脙蓚€(gè)分開的檢測(cè)單元來監(jiān)測(cè)兩個(gè)振蕩或振蕩模，其中亦可為兩個(gè)由熱、電容性或壓電致動(dòng)器作的致動(dòng)元件的每種組合。
也可取代設(shè)置用于激勵(lì)及信號(hào)檢測(cè)的兩個(gè)不同元件，這些元件可以一個(gè)用于激勵(lì)及檢測(cè)兩個(gè)信號(hào)的單個(gè)元件來實(shí)現(xiàn)。
圖6用電路框圖表示控制及求值電路的原理結(jié)構(gòu)。加速度測(cè)量器90包括一個(gè)熱激勵(lì)級(jí)91，使諧振器110激勵(lì)成振蕩；一個(gè)耦合級(jí)92，用于使待測(cè)量的物理量或加速度耦合到振蕩系統(tǒng)；及一個(gè)檢測(cè)級(jí)或壓電傳感器93，用于檢測(cè)諧振器110的振蕩。一個(gè)PLL回路95代表求值電路的中心部分。它包括一個(gè)電壓控制的振蕩器95a，一個(gè)相位比較器95b及一個(gè)低通濾波器95c。在工作時(shí)壓控振蕩器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，它被傳送給激勵(lì)級(jí)91。相位比較器95b將激勵(lì)信號(hào)的相位與由壓電傳感器93輸入的檢測(cè)信號(hào)的相位相比較。作為結(jié)果相位比較器95b輸出一個(gè)電壓，以使壓控振蕩器95a的激勵(lì)頻率這樣地跟隨，即諧振片持續(xù)地工作在諧振中。在這里所示的優(yōu)選實(shí)施形式中該調(diào)節(jié)電壓也用作測(cè)量信號(hào)。
加法器51用于在由壓控振蕩器95a輸出的激勵(lì)信號(hào)上疊加一個(gè)附加激勵(lì)電壓，以便使振動(dòng)質(zhì)量激勵(lì)成橫向振蕩。橫向振蕩發(fā)生在X方向上，即在諧振片110的縱向上(見圖)。該附加激勵(lì)電壓將通過一個(gè)振蕩器50來產(chǎn)生，其中該附加激勵(lì)電壓的頻率及幅值可以調(diào)節(jié)。在加法器51的輸出端由此得到一個(gè)附加于用于激勵(lì)諧振器基模的信號(hào)上的自檢驗(yàn)信號(hào)，它例如具有16kHz的頻率。
被調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)將傳送給加速度測(cè)量器90及使諧振器110以其固有頻率振蕩，振動(dòng)質(zhì)量120也同樣，它以另一頻率來振蕩。在目前該情況下，諧振片110的基模具有約400-500kHz的頻率，而振動(dòng)質(zhì)量則以約16kHz的頻率振蕩。質(zhì)量120的振蕩相應(yīng)于輸入內(nèi)部的周期性加速度。
來自加速度測(cè)量器90的壓電傳感器93的輸出信號(hào)通過一個(gè)放大器96及一個(gè)帶通濾波器97到達(dá)一個(gè)加法器98。該加法器還被輸入另外信號(hào)99a,99b，它們用于消除熱串?dāng)_(信號(hào)99a)及電串?dāng)_(信號(hào)99b)。在加法器98后測(cè)量信號(hào)通過一個(gè)正弦波-矩形波轉(zhuǎn)換器到達(dá)如上所述的PLL回路95。
PLL回路95的輸出信號(hào)通過一個(gè)可控的放大器60a被放大。接著該信號(hào)接受頻率分析。通過一個(gè)低通濾波器60c將濾出來自外部加速度的信號(hào)。在低通濾波器60c的輸出端由此持續(xù)地提供加速度信號(hào)Uacc。
在本例中具有約16kHz頻率的自檢驗(yàn)信號(hào)將借助帶通濾波器60b分離出來。接著在電路單元60d中構(gòu)成自檢驗(yàn)信號(hào)及檢驗(yàn)激勵(lì)信號(hào)之間的差，其中產(chǎn)生出電壓UΔeff。如果電壓UΔeff超過一定的閾值，則出現(xiàn)誤差。由此整個(gè)傳感器包括電子回路在內(nèi)受到檢驗(yàn)。因此該檢驗(yàn)不僅涉及傳感器本身，而且也涉及求值電子裝置的主要部分。
因?yàn)殡妷篣Δeff是靈敏度的量度，由此控實(shí)現(xiàn)傳感器的自校準(zhǔn)。為此，該電壓將借助可控放大器60a調(diào)節(jié)到一個(gè)恒定的預(yù)定值。該電路在圖6中用虛線表示。
圖7表示上述求值電子裝置輸出信號(hào)的傅里葉分析。在此情況下，諧振片的基模用頻率范圍為400-500kHz的熱信號(hào)激勵(lì)，其中振動(dòng)質(zhì)量120的固有模也附加地被激勵(lì)。該系統(tǒng)的基模是在16kHz頻率上質(zhì)量60的橫向振蕩。該模的振蕩相應(yīng)于一個(gè)周期性的、X方向上的正弦波加速度(見圖5)。在此情況下通過諧振片110的激勵(lì)信號(hào)及質(zhì)量120的橫向振蕩模的持續(xù)疊加來執(zhí)行持續(xù)的自檢驗(yàn)。借助振蕩激勵(lì)產(chǎn)生出在X方向上1kHz的正弦加速度，而傳感器附加地以自檢驗(yàn)?zāi)９ぷ?。在圖7中所示的輸出信號(hào)的傅里葉分析表示1kHz的外部加速度信號(hào)及約16kHz的感應(yīng)加速度或自檢驗(yàn)信號(hào)。
這里所示的自檢驗(yàn)加速度傳感器可通過相應(yīng)的修改用于測(cè)量在質(zhì)量120上作用力的另外的量。該加速度傳感器具有諧振讀出原理及可在測(cè)量時(shí)進(jìn)行自檢驗(yàn)。借助于時(shí)間上連續(xù)的檢驗(yàn)信號(hào)可輸入檢驗(yàn)加速度及由此相應(yīng)的加速度信號(hào)總可持續(xù)地由輸出端提供。
總地，通過本發(fā)明創(chuàng)造了一種傳感器，它進(jìn)行自檢驗(yàn)而不用中斷原來的測(cè)量，其中不需要附加另外高成本的元件，由此可用小的結(jié)構(gòu)方式并成本合理地制造自檢驗(yàn)的傳感器。
權(quán)利要求
1．傳感器，具有一個(gè)用于檢測(cè)被測(cè)量的振蕩結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)；一個(gè)用于將該結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)激勵(lì)成第一周期性振蕩的致動(dòng)單元(3a,3b；7)；及用于產(chǎn)生與被測(cè)量相關(guān)的輸出信號(hào)的單元(5；15；25)，其特征在于用于從輸出信號(hào)中檢測(cè)和/或分離一個(gè)檢驗(yàn)信號(hào)分量的裝置(41,45；60a,60b)，該檢驗(yàn)信號(hào)分量由在第一振蕩上疊加該結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的第二周期性振蕩來產(chǎn)生。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器，其特征在于一個(gè)用于將檢驗(yàn)信號(hào)調(diào)制在結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的激勵(lì)信號(hào)上的裝置(31；50,51)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的傳感器，其特征在于該結(jié)構(gòu)(2a,2b)具有一個(gè)致動(dòng)單元(3a,3b；7)和/或一個(gè)機(jī)械不平衡，以便產(chǎn)生第二周期性振蕩。
4．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的傳感器，其特征在于用于分離檢驗(yàn)信號(hào)分量的裝置(41,45；60a,60b)包括用于輸出信號(hào)的頻率和/或相位分析的裝置。
5．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的傳感器，其特征在于用于周期性改變檢驗(yàn)信號(hào)幅值和/或頻率的裝置(30,37)。
6．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的傳感器，其特征在于它是一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，一個(gè)加速度傳感器，或一個(gè)壓力傳感器。
7．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的傳感器，其特征在于振蕩結(jié)構(gòu)(100)具有一個(gè)諧振器(110)及一個(gè)與它耦合的振蕩質(zhì)量(120)，后者在偏移時(shí)改變諧振器(110)的諧振頻率，其中為了產(chǎn)生檢驗(yàn)信號(hào)分量，在測(cè)量時(shí)可使質(zhì)量(120)處于振蕩狀態(tài)。
8．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的傳感器，其特征在于檢驗(yàn)信號(hào)用于傳感器的校準(zhǔn)。
9．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的傳感器，其特征在于致動(dòng)單元(7)使諧振器(110)及與其耦合的質(zhì)量(120)處于不同模的振蕩狀態(tài)，其中振蕩質(zhì)量(120)周期性地改變諧振器(110)的諧振頻率，以產(chǎn)生檢驗(yàn)信號(hào)分量。
10．用于傳感器自檢驗(yàn)的裝置，它通過一個(gè)振蕩結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)檢測(cè)被測(cè)量及根據(jù)被測(cè)量產(chǎn)生一個(gè)周期性輸出信號(hào)，其特征在于用于從傳感器周期性輸出信號(hào)中分離出檢驗(yàn)信號(hào)分量的裝置(41；45；60a,60b)，該檢驗(yàn)信號(hào)分量被疊加在有效信號(hào)分量上；及比較裝置(43；60d)，用于將檢驗(yàn)信號(hào)分量與一個(gè)預(yù)定值或一個(gè)傳送給傳感器的檢驗(yàn)信號(hào)相比較。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于一個(gè)用于將檢驗(yàn)信號(hào)調(diào)制在結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的激勵(lì)信號(hào)上的裝置(30,31；50,51)。
12．根據(jù)權(quán)利要求10或11的裝置，其特征在于用于將結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)激勵(lì)到第二振蕩模的裝置(3a,3b,33a,33b；7,50,51)，該第二振蕩模被疊加在用于檢測(cè)被測(cè)量的第一振蕩模上。
13．根據(jù)權(quán)利要求10至12中一項(xiàng)的裝置，其特征在于用于分離的裝置(41,45；60a,60b)具有用于輸出信號(hào)的頻率和/或相位分析的裝置。
14．根據(jù)權(quán)利要求10至13中一項(xiàng)的裝置，其特征在于用于周期性改變檢驗(yàn)信號(hào)幅值和成頻率的裝置(30,37；50)。
15．用于具有振蕩結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的傳感器的自檢驗(yàn)方法，其特征在于以下步驟使用于檢測(cè)被測(cè)量的結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的第一振蕩與第二周期性振蕩相疊加；檢測(cè)輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)包括關(guān)于被測(cè)量的信息，該被測(cè)量被耦合在振蕩結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)上；及監(jiān)測(cè)包含在輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量，該檢驗(yàn)信號(hào)分量通過結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的第二周期性振蕩來產(chǎn)生。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于用于結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的激勵(lì)信號(hào)由一個(gè)檢驗(yàn)信號(hào)調(diào)制。
17．根據(jù)權(quán)利要求15或16的方法，其特征在于結(jié)構(gòu)(2a,2b；11；100)的第二周期性振蕩通過機(jī)械耦合或傳感器的機(jī)械串?dāng)_來產(chǎn)生。
18．根據(jù)權(quán)利要求15至17中一項(xiàng)的方法，其特征在于輸出信號(hào)接受頻率和/或相位分析。
19．根據(jù)權(quán)利要求15至18中一項(xiàng)的方法，其特征在于在傳感器測(cè)量工作時(shí)檢驗(yàn)信號(hào)的頻率和/或幅值改變。
20．根據(jù)權(quán)利要求15至19中一項(xiàng)的方法，其特征在于輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量被用于傳感器的校準(zhǔn)。
21．根據(jù)權(quán)利要求15至20中一項(xiàng)的方法，其特征在于至少用兩個(gè)頻率使該結(jié)構(gòu)激勵(lì)成振蕩，其中第一頻率代表被測(cè)量，而第二頻率代表一個(gè)檢驗(yàn)信號(hào)。
22．加速度傳感器，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1至9的加速度傳感器，具有一個(gè)諧振器(110)，它耦合在振蕩質(zhì)量(120)上，由此在質(zhì)量(120)偏移時(shí)改變其諧振頻率；一個(gè)致動(dòng)單元(7)，用于激勵(lì)諧振器；及一個(gè)檢測(cè)器(25)，用于產(chǎn)生與諧振器(110)的諧振頻率有關(guān)的輸出信號(hào)，其特征在于一個(gè)控制裝置，用于產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，它包括至少兩個(gè)頻率，以便同時(shí)使諧振器(110)及質(zhì)量(120)激勵(lì)成不同模的振蕩；及一個(gè)求值級(jí)，它從輸出信號(hào)中分離出作為檢驗(yàn)信號(hào)分量的質(zhì)量(120)的振蕩模。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的加速度傳感器，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求10至14中一項(xiàng)的用于自檢驗(yàn)的裝置。
全文摘要
一種自檢驗(yàn)傳感器,尤其用于測(cè)量轉(zhuǎn)速及加速度,包括一個(gè)振蕩結(jié)構(gòu)或諧振結(jié)構(gòu)2;一個(gè)致動(dòng)單元,用于將該結(jié)構(gòu)(2)激勵(lì)成第一周期性振蕩;一個(gè)壓電電阻單元(5)用于產(chǎn)生與被測(cè)量相關(guān)的輸出信號(hào);及用于從輸出信號(hào)中分離該檢驗(yàn)信號(hào)分量的裝置(5),其中檢驗(yàn)信號(hào)分量由在第一振蕩上疊加該結(jié)構(gòu)(2)的第二周期性振蕩來產(chǎn)生。一種用于傳感器自檢驗(yàn)的裝置具有用于從傳感器周期性輸出信號(hào)中分離出檢驗(yàn)信號(hào)分量的裝置(5),該檢驗(yàn)信號(hào)分量被疊加在有效信號(hào)分量上;及比較裝置,用于將檢驗(yàn)信號(hào)分量與一個(gè)預(yù)定值或一個(gè)傳送給傳感器的檢驗(yàn)信號(hào)相比較。為了自檢驗(yàn),使結(jié)構(gòu)(2)的第一振蕩與第二周期性振蕩相疊加;及檢測(cè)輸出信號(hào),該輸出信號(hào)包括關(guān)于被測(cè)量的信息。監(jiān)測(cè)包含在輸出信號(hào)中的檢驗(yàn)信號(hào)分量。
文檔編號(hào)G01C19/56GK1320207SQ99811470
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期1999年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月1日
發(fā)明者喬瑟夫·碩克, 厄文·斯坦?jié)蔂? 凱林·鮑爾, 雷納·弗雷塔格, 羅蘭·希爾瑟, 拉爾夫·沃斯, 馬蒂斯·艾克勒, 赫爾穆特·塞德爾, 尤里奇·普利切爾 申請(qǐng)人:伊茲德國(guó)有限公司