用于微机械测量加速度的方法和微机械加速度传感器 |
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| 申请号 | CN200680028076.9 | 申请日 | 2006-09-15 | 公开(公告)号 | CN101278200B | 公开(公告)日 | 2011-08-31 |
| 申请人 | VTI技术有限公司; | 发明人 | T·莱托南; R·穆鲁贾尔维; T·萨洛; J·苏劳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于测量 加速 度的测量设备，并且更特定地涉及微机械加速度 传感器 。本发明试图提供使用微机械加速度传感器用于测量导向到三个或两个维度的加速度的改进的方法，以及改进的微机械加速度传感器。使用本发明，在持续使用中能够监测传感器的功能的可靠性，并且本发明特别适用于相对于数个轴线测量的小尺寸的微机械加速度传感器解决方案。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于使用通过微机械加速度传感器在传感器处导向到三维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的方法，该加速度传感器包括至少四个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，四个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有三个向量属于相同的水平，其特征在于，在该方法中，在启动和/或操作期间执行加速度传感器的连续的自测试，使得 |
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| 说明书全文 | 用于微机械测量加速度的方法和微机械加速度传感器技术领域[0001] 本发明涉及用于测量加速度的测量设备，并且更特定地涉及微机械加速度传感器。本发明设法提供用于微机械测量加速度的改进的方法，以及适用于小尺寸的微机械加速度传感器解决方案并且特别适用于相对于数个轴线测量的小尺寸的微机械加速度传感器解决方案的微机械加速度传感器。 背景技术[0002] 已经证实基于微机械加速度传感器的测量原则上是测量加速度的简单的和可靠的方式。在微机械加速度传感器的情况中，测量基于例如对通过加速度导致的传感器的电极对的两个表面之间的间隙的改变的电容测量。表面之间的电容，即电荷的存储容量，取决于表面的表面积和表面之间的距离。基于诸如电容测量的微机械加速度传感器的测量甚至能够与特别小的加速度测量区域一起使用。 [0003] 小尺寸的微机械加速度传感器经常用于特别关键的应用场所，诸如例如，用于汽车工业中的ABS和ESP系统(ABS，防抱死制动系统；ESP，电子稳定程序)。为此，确保在启动时以及在持续使用中电容加速度传感器正常工作极其重要。在要求高的应用场所，希望知道在工厂校准之后超过加速度传感器的功能的设备规格的全部偏差。这些偏差的类型可以为偏移偏差、灵敏度偏差或物理性损坏等。 [0004] 当前已知根据已知技术的相对于数个轴线测量的一些微机械加速度传感器解决方案。例如，芬兰专利申请出版物FI 20030206和FI20030207描述了根据已知技术的相对于数个轴线测量的电容加速度传感器解决方案。 [0005] 在根据已知技术的加速度传感器解决方案中，缺点为在启动时以及在持续使用中观测传感器的功能的可靠性。在根据已知技术的加速度传感器解决方案中，可以使用已知的自测试装置，其中，加速度传感器承受高电压。高电压导致测量电极和传感器的块之间的静电力，导致弹簧弯曲和块移动，这改变传感器的电容，这能够使用ASIC (ASIC，特定用途集成电路)测量。 [0006] 使用上述自测试装置不能测量由于时间或温度造成的偏移偏差或灵敏度偏差。另外，在自测试期间必须中断加速度测量。 [0007] 在根据已知技术的微机械加速度传感器解决方案和它们的自测试方法中，缺点为在使用的电路结构中执行高电压零件，这在涉及加速度传感器的电路技术的设计和实现中产生许多缺点。 [0008] 在对微机械加速度传感器的要求高的应用场所，对于比之前的解决方案的功能的可靠性更强、特别适用于在相对于数个轴线测量的小尺寸的微机械加速度传感器解决方案中可靠地测量加速度的微机械加速度传感器的需要明显地增长。 发明内容[0009] 本发明的目的为用于执行微机械加速度传感器的连续的自测试的改进的方法以及改进的微机械加速度传感器。使用本发明，能够在持续使用中监测微机械加速度传感器的功能的可靠性，并且本发明特别适用于相对于数个轴线测量的小尺寸的微机械加速度传感器解决方案。 [0010] 根据本发明的第一特征，提供用于使用通过微机械加速度传感器在传感器处导向到三维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的方法，该加速度传感器包括至少四个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，四个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有三个向量属于相同的水平，使得在该方法中，在启动和/或操作期间执行加速度传感器的连续的自测试，使得 [0011] -为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 给定乘数k1、k2、k3、...kn，使得当传感器正确地工作时，表达式 的值计算 为 [0012] -通过传感器测量设备给定的加速度 以给定的间隔测量， [0013] -计算表达式 的值， [0014] -比较所述表达式的值与预先确定的阈值，并且 [0015] -如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。 [0016] 优选地，通过所述四个向量描述的传感器测量设备的所述四个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述四个测量方向中的每个的主要分量。 [0017] 优选地，在不同方向测量的传感器测量设备的测量方向对称地选择，使得作为在四个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够表达为如下等式： [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] 并且使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k3＝1并且k2＝k4＝-1。 [0023] 优选地，使用纯量值执行所述向量表达式的计算。优选地，当m个所述表达式的值从值 的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0024] 根据本发明的第二特征，提供用于使用通过微机械加速度传感器在传感器处导向到三维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的方法，该加速度传感器包括至少四个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，四个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有三个向量属于相同的水平，使得在该方法中，在启动和/或操作期间执行加速度传感器的连续的自测试，使得 [0025] -为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 的对应的纯量值a1、a2、a3、...an给定乘数k1、k2、k3、...kn，使得当传感器正确地工作时，表达式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan的值计算为0， [0026] -通过传感器测量设备给定的加速度 的纯量值a1、a2、a3、...an以给定的间隔测量， [0027] -计算表达式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan的值， [0028] -比较所述表达式的值与预先确定的阈值，并且 [0029] -如果所述表达式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。 [0030] 优选地，通过所述四个向量描述的传感器测量设备的所述四个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述四个测量方向中的每个的 主要分量。 [0031] 优选地，当m个所述表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0032] 根据本发明的第三特征，提供用于使用通过微机械加速度传感器在传感器处导向到三维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的方法，该加速度传感器包括至少四个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，四个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有三个向量属于相同的水平，使得在该方法中，在启动和/或操作期间在线性的或线性化的测量中执行加速度传感器的连续的自测试，使得 [0033] -为对应作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度的纯量值a1、a2、a3、...an的信号级s1、s2、s3、...sn给定乘数k1、k2、k3、...kn，使得当传感器正确地工作时，求和表达式 的值计算为0， [0034] -通过传感器测量设备给定的信号级s1、s2、s3、...sn以给定的间隔测量， [0035] -计算求和表达式 的值， [0036] -比较所述求和表达式的值与预先确定的阈值，并且 [0037] -如果所述求和表达式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。 [0038] 优选地，通过所述四个向量描述的传感器测量设备的所述四个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述四个测量方向中的每个的主要分量。 [0039] 优选地，当m个所述表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0040] 根据本发明的第四特征，提供用于使用通过微机械加速度传感器在传感器处导向到二维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的方法，该加速度传感器包括至少三个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，三个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有两个向量处于相同的方向，使得在该方法中，在启动和/或操作期间执行加速度传感器的连续的自测试，使得 [0041] -为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 给 定乘数k1、k2、...kn，使得当传感器正确地工作时，表达式 的值计算为 [0042] -通过传感器测量设备给定的加速度 以给定的间隔测量， [0043] -计算表达式 的值， [0044] -比较所述表达式的值与预先确定的阈值，并且 [0045] -如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。 [0046] 优选地，通过所述三个向量描述的传感器测量设备的所述三个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述三个测量方向中的每个的主要分量。 [0047] 优选地，在不同方向测量的传感器测量设备的测量方向对称地选择，使得作为在四个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够表达为如下等式： [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] 并且使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k2＝k3＝k4＝1。 [0053] 优选地，使用纯量值执行所述向量表达式的计算。优选地，当m个所述表达式的值从值 的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0054] 根据本发明的第五特征，提供用于使用通过微机械加速度传感器在传感器处导向到二维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的方法，该加速度传感器包括至少三个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，三个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有两个向量处于相同的方向，使得在该方法中，在启动和/或操作期间执行加速度传感器的连续的自测试，使得 [0055] -为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 的纯量值a1、a2、...an给定乘数k1、k2、...kn，使得当传感器正确地工作时，表达式k1a1+k2a2+...+knan的值计算为0， [0056] -通过传感器测量设备给定的加速度 的纯量值a1、a2、...an以给定的间隔测量， [0057] -计算表达式k1a1+k2a2+...+knan的值， [0058] -比较所述表达式的值与预先确定的阈值，并且 [0059] -如果所述表达式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。 [0060] 优选地，通过所述三个向量描述的传感器测量设备的所述三个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述三个测量方向中的每个的主要分量。 [0061] 优选地，当m个所述表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0062] 根据本发明的第六特征，提供用于使用通过微机械加速度传感器在传感器处导向到二维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的方法，该加速度传感器包括至少三个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，三个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有两个向量处于相同的方向，使得在该方法中，在启动和/或操作期间在线性的或线性化的测量中执行加速度传感器的连续的自测试，使得 [0063] -为对应作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度的纯量值a1、a2、...an的信号级s1、s2、...sn给定乘数k1、k2、...kn，使得当传感器正确地工作时，求和表达式 的值计算为0， [0064] -通过传感器测量设备给定的信号级s1、s2、...sn以给定的间隔测量， [0065] -计算求和表达式 的值， [0066] -比较所述求和表达式的值与预先确定的阈值，并且 [0067] -如果所述求和等式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。 [0068] 优选地，通过所述三个向量描述的传感器测量设备的所述三个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述三个测量方向中的每个的主要分量。 [0069] 优选地，当m个所述求和表达式的值从值0的偏差大于所述预先 确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0070] 根据本发明的第七特征，提供用于使用在传感器处导向到三维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的微机械加速度传感器，该加速度传感器包括至少四个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，四个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有三个向量属于相同的水平，使得该加速度传感器包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置，这些装置包括传感器测量块、传感器自测试块、传感器比较块和报警块，使得 [0071] -传感器测量块包括用于使用传感器测量设备以给定的间隔测量导向到数个不同的方向的加速度并且用于将作为测量结果获得的加速度的值 提供给传感器自测试块的装置， [0072] -传感器自测试块包括用于将乘数k1、k2、k3、...kn提供给作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 使得当传感器正确地工作时表达式的值计算为 的装置， [0073] -传感器自测试块还包括用于对于作为传感器测量设备的测量结果获得的且以给定的间隔测量的加速度 计算表达式 的值的装置，和用于将所述表达式的值提供给传感器比较块的装置， [0074] -传感器比较块包括用于比较所述表达式 的值与给定的预先确定的阈值的装置，并且 [0075] -传感器比较块还包括用于如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值则将错误消息提供给报警块的装置。 [0076] 优选地，通过所述四个向量描述的传感器测量设备的所述四个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述四个测量方向中的每个的主要分量。 [0077] 优选地，在不同测量方向测量的传感器测量设备的测量方向对称地选择，使得作为在四个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够表达为如下等式： [0078] [0079] [0080] [0081] [0082] 并且使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k3＝1并且k2＝k4＝-1。 [0083] 优选地，使用纯量值执行所述向量表达式的计算。优选地，当m个所述表达式的值从值 的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0084] 优选地，传感器比较块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器测量块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器报警块连接到传感器比较块。 [0085] 根据本发明的第八特征，提供用于使用在传感器处导向到三维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的微机械加速度传感器，该加速度传感器包括至少四个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，四个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有三个向量属于相同的水平，使得该加速度传感器包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置，这些装置包括传感器测量块、传感器自测试块、传感器比较块和报警块，使得 [0086] -传感器测量块包括用于使用传感器测量设备以给定的间隔测量导向到数个不同的方向的加速度并且用于将作为测量结果获得的加速度 的纯量值a1、a2、a3、...an提供给传感器自测试块的装置， [0087] -传感器自测试块包括用于将乘数k1、k2、k3、...kn提供给作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 的纯量值a1、a2、a3、...an使得当传感器正确地工作时表达式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan的值计算为0的装置， [0088] -传感器自测试块还包括用于对于作为传感器测量设备的测量结果获得的且以给定的间隔测量的加速度 计算表达式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan的值的装置，和用于将所述表达式的值提供给传感器比较块的装置， [0089] -传感器比较块包括用于比较所述表达式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan的值与给定的预先确定的阈值的装置，并且 [0090] -传感器比较块还包括用于如果所述表达式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值则将错误消息提供给报警块的装置。 [0091] 优选地，通过所述四个向量描述的传感器测量设备的所述四个测 量方向选择为使得地球重力具有影响所述四个测量方向中的每个的主要分量。 [0092] 优选地，当m个所述表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0093] 优选地，传感器比较块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器测量块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器报警块连接到传感器比较块。 [0094] 根据本发明的第九特征，提供用于使用在传感器处导向到三维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的微机械加速度传感器，该加速度传感器包括至少四个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，四个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有三个向量属于相同的水平，使得该加速度传感器包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置，这些装置包括传感器测量块、传感器自测试块、传感器比较块和报警块，使得 [0095] -传感器测量块包括用于使用传感器测量设备以给定的间隔测量导向到数个不同的方向的加速度并且用于将对应作为测量结果获得的加速度的纯量值a1、a2、a3、...an的信号级s1、s2、s3、...sn提供给传感器自测试块的装置， [0096] -传感器自测试块包括用于将乘数k1、k2、k3、...kn提供给对应作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度的纯量值a1、a2、a3、...an的信号级s1、s2、s3、...sn使得当传感器正确地工作时求和表达式 的值计算为0的装置， [0097] -传感器自测试块还包括用于对于对应作为传感器测量设备的测量结果获得的且以给定的间隔测量的加速度的纯量值a1、a2、a3、...an的信号级s1、s2、s3、...sn计算求和表达式 的值的装置，和用于将所述表达式的值提供给传感器比较块的装置， [0098] -传感器比较块包括用于比较所述求和表达式 的值与给定的预先确定的阈值的装置，并且 [0099] -传感器比较块还包括用于如果所述表达式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值则将错误消息提供给报警块的装置。 [0100] 优选地，通过所述四个向量描述的传感器测量设备的所述四个测 量方向选择为使得地球重力具有影响所述四个测量方向中的每个的主要分量。 [0101] 优选地，当m个所述表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0102] 优选地，传感器比较块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器测量块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器报警块连接到传感器比较块。 [0103] 根据本发明的第十特征，提供用于使用在传感器处导向到二维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的微机械加速度传感器，该加速度传感器包括至少三个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，三个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有两个向量处于相同的方向，使得该加速度传感器包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置，这些装置包括传感器测量块、传感器自测试块、传感器比较块和报警块，使得 [0104] -传感器测量块包括用于使用传感器测量设备以给定的间隔测量导向到数个不同的方向的加速度并且用于将作为测量结果获得的加速度的值 提供给传感器自测试块的装置， [0105] -传感器自测试块包括用于将乘数k1、k2、...kn提供给作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 使得当传感器正确地工作时表达式的值计算为 的装置， [0106] -传感器自测试块还包括用于对于作为传感器测量设备的测量结果获得的且以给定的间隔测量的加速度 计算表达式 的值的装置，和用于将所述表达式的值提供给传感器比较块的装置， [0107] -传感器比较块包括用于比较所述表达式 的值与给定的预先确定的阈值的装置，并且 [0108] -传感器比较块还包括用于如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值则将错误消息提供给报警块的装置。 [0109] 优选地，通过所述三个向量描述的传感器测量设备的所述三个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述三个测量方向中的每个的主要分量。 [0110] 优选地，在不同测量方向测量的传感器测量设备的测量方向对称 地选择，使得作为在四个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够表达为如下等式： [0111] [0112] [0113] [0114] [0115] 并且使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k2＝k3＝k4＝1。 [0116] 优选地，使用纯量值执行所述向量表达式的计算。优选地，当m个所述表达式的值从值 的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0117] 优选地，传感器比较块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器测量块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器报警块连接到传感器比较块。 [0118] 根据本发明的第十一特征，提供用于使用在传感器处导向到二维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的微机械加速度传感器，该加速度传感器包括至少三个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，三个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有两个向量处于相同的方向，使得该加速度传感器包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置，这些装置包括传感器测量块、传感器自测试块、传感器比较块和报警块，使得 [0119] -传感器测量块包括用于使用传感器测量设备以给定的间隔测量导向到数个不同的方向的加速度并且用于将作为测量结果获得的加速度 的纯量值a1、a2、...an提供给传感器自测试块的装置， [0120] -传感器自测试块包括用于将乘数k1、k2、...kn提供给作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 的纯量值a1、a2、...an使得当传感器正确地工作时表达式k1a1+k2a2+...+knan的值计算为0的装置， [0121] -传感器自测试块还包括用于对于作为传感器测量设备的测量结果获得的且以给定的间隔测量的加速度 计算表达式k1a1+k2a2+...+knan的值的装置，和用于将所述表达式的值提供给传感器比较块的装置， [0122] -传感器比较块包括用于比较所述表达式k1a1+k2a2+...+knan的值与给定的预先确定的阈值的装置，并且 [0123] -传感器比较块还包括用于如果所述表达式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值则将错误消息提供给报警块的装置。 [0124] 优选地，通过所述三个向量描述的传感器测量设备的所述三个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述三个测量方向中的每个的主要分量。 [0125] 优选地，当m个所述表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0126] 优选地，传感器比较块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器测量块连接到传感器自测试块。还优选地，传感器报警块连接到传感器比较块。 [0127] 根据本发明的第十二特征，提供用于使用在传感器处导向到二维的方向的传感器测量区域上的加速度的值测量加速度的微机械加速度传感器，该加速度传感器包括至少三个在不同的测量方向测量的传感器测量设备的单元，其中，三个向量描述传感器测量设备的测量方向，没有两个向量处于相同的方向，使得该加速度传感器包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置，这些装置包括传感器测量块、传感器自测试块、传感器比较块和报警块，使得 [0128] -传感器测量块包括用于使用传感器测量设备以给定的间隔测量导向到数个不同的方向的加速度并且用于将对应作为测量结果获得的加速度的纯量值a1、a2、...an的信号级s1、s2、...sn提供给传感器自测试块的装置， [0129] -传感器自测试块包括用于将乘数k1、k2、...kn提供给对应作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度的纯量值a1、a2、...an的信号级s1、s2、...sn使得当传感器正确地工作时求和表达式 的值计算为0的装置， [0130] -传感器自测试块还包括用于对于对应作为传感器测量设备的测量结果获得的且以给定的间隔测量的加速度的纯量值a1、a2、...an的信号级s1、s2、...sn计算求和表达式 的值的装置，和用于将所述表达式的值提供给传感器比较块的装置， [0131] -传感器比较块包括用于比较所述求和表达式 的值与给定的预先确定的阈值的装置，并且 [0132] -传感器比较块还包括用于如果所述表达式的值从值0偏差超过所述预先确定的阈值则将错误消息提供给报警块的装置。 [0133] 优选地，通过所述三个向量描述的传感器测量设备的所述三个测量方向选择为使得地球重力具有影响所述三个测量方向中的每个的主要分量。 [0134] 优选地，当m个所述表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0136] 接下来，作为示例参考附图1详细描述本发明及其优选的实施例，附图1示出了根据本发明的微机械加速度传感器解决方案。 具体实施方式[0137] 使用在数个不同的方向测量的传感器测量设备执行根据本发明的微机械加速度传感器解决方案。为了测量导向到三个维度的加速度，必须有至少四个在数个不同的方向测量的这些传感器测量设备的单元。另外，在此情况中，传感器测量设备的测量方向必须选择为使得在描述在数个不同的方向测量的传感器测量设备的测量方向的向量中，四个向量能够选择为使得这些四个向量中没有三个向量属于相同的水平。 [0138] 能够选择通过所述四个向量描述的传感器测量设备的所述四个测量方向，使得地球重力具有影响所述四个测量方向中的每个的主要分量。这意味着选择的四个测量方向都不垂直或几乎不垂直于地球重力。由于地球重力影响所述四个测量方向中的每个，这增加了微机械加速度传感器检测错误的能力。 [0139] 在传统的笛卡尔直角空间坐标系中，在x、y和z方向的单位向量为和 在传感器测量设备的选择的方向获得的加速度 可以分 为x、y和z方向的 分量， 或替代地使用x、y和z方向的单位向量 和 描述为 选择的测量方向和x、y和z方向之间的角度能够选择为αi、βi和 χi，其中，αi描述 和 之间的角度，并且对应地，βi描述 和 之间的角度，并且更进一步地，χi描述 和 之间的角度。对应地，ai描述测量方向的加速度向量 的加速度的纯量读数。 [0140] 在使用微机械加速度传感器用于测量导向到三个维度的加速度的根据本发明的方法中，当分为x、y和z方向的分量时，作为在数个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够描述为如下等式： [0141] [0142] [0143] [0144] [0145] 因为预先选择传感器测量设备的测量方向，等式组的常数的值cosα1、cosα2、cosα3、...cosαn、cosβ1、cosβ2、cosβ3、...cosβn和cosχ1、cosχ2、cosχ3、...cosχn也在测量之前已知。另外，对于方向余弦应用： [0146] (cosαi)2+(cosβi)2+(cosχi)2＝1 [0147] 向量 也可以表示为 的形式，其中，ai为向量 的纯量值，并且对应地， 为测量方向的单位向量， 使用方向余弦表示为 [0148] [0149] 当加速度 影响传感器时，测量结果向量 的纯量值ai能够作为影响传感器的加速度向量 和测量方向的单位向量 的点积计算： [0150] [0151] 对应地，测量结果向量 能够作为影响传感器的加速度向量 在测量方向的投影计算： [0152] [0153] 在根据本发明的方法中，在启动和/或操作期间执行加速度传感器的连续的自测试，使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 给定乘数k1、k2、k3、...kn，使得当传感器正确地 工作时，表达式 的值计算 为 在根据本发明的方法中，通过传感器测量设备给定的加速度 以给 定的间隔测量，其后计算表达式 的值。比较表达式的值与所述给 定的预先确定的阈值，并且如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。通常，当m个所述表达式的值从值 的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0154] 在根据本发明的方法中，在实践中能够使用纯量值执行加速度的向量等式和向量表达式的计算。等式 能够替代地写为等式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan＝0。如果将主加速度向量 在每个测量方向的投 影代入此等式，获得的等式为： [0155] [0156] 这必须使用任何主加速度 的值执行，随后是用于求解乘数ki的等式组 [0157] [0158] [0159] [0160] 如果测量方向选择为方向足够不同，能够得到乘数ki。在根据本发明的方法中，能够使用以此方法得到的乘数计算表达式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan的值并且将所述表达式的值与预先设定的阈值比较。 [0161] 通常，在加速度的线性的或线性化的测量中，加速度作为线性的信号值测量，其中，每个加速度的纯量值ai能够以接下来的方式从信号级计算： [0162] ai＝bi·(si-s0i) [0163] 在根据本发明的方法中，替代基于加速度结果的等式k1a1+k2a2+k3a3+...+knan＝0，能够使用基于信号值的等式： [0164] k1s1+k2s2+k3s3+...+knsn-k0＝0 [0165] 如果将对应来自之前求解的等式的加速度测量结果以及在每个测量方向的主加速度向量 的测量结果向量 的纯量值ai 的信号值 代入此等式，获得的等式为： [0166] [0167] 这必须使用任何主加速度 的值执行，随后是用于求解乘数ki的等式组 [0168] [0169] [0170] [0171] [0172] 常数k0描述整个传感器装置的偏移常数，常数k0能够用于允许例如考虑传感器的零点的校准误差以及通过湿度或温度的变化导致的在测量事件上的影响。常数hix、hiy和hiz描述传感器的测量信号si在x、y和z方向的灵敏度。 [0173] 在根据本发明的替代的方法中，在启动和/或操作期间在线性的或线性化的测量中执行加速度传感器的连续的自测试，使得当预先已知传感器测量设备的x、y和z方向的信号测量灵敏度hix、hiy和hiz和偏移常数k0时，为对应作为传感器测量设备的测量结果获得的纯量值a1、a2、a3、...an的信号级s1、s2、s3、...sn给定乘数k1、k2、k3、...kn，使得当传感器正确地工作时，求和等式 的值计算为0。 [0174] 在根据本发明的方法中，通过传感器测量设备给定的信号级s1、s2、s3、...sn以给定的间隔测量，其后计算求和等式 的值。比较求和等式的值与所述给定的预先确定的阈值，并且如果所述等式的值从值0偏差超过预先确定的阈值，给出错误消息。通常，当m个所述求和表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0175] 对应地，在导向到两个维度的加速度的测量中，必须有至少三个在数个不同的方向测量的这些传感器测量设备的单元。另外，在此情况中，传感器测量设备的测量方向必须选择为使得在描述在数个不同的方向测量的传感器测量设备的测量方向的向量中，三个向量能够选 择为使得这些三个向量中没有两个向量处于相同的方向。 [0176] 能够选择通过所述三个向量描述的传感器测量设备的所述三个测量方向，使得地球重力具有影响所述三个测量方向中的每个的主要分量。这意味着选择的三个测量方向都不垂直于或几乎不垂直于地球重力。由于地球重力影响所述三个测量方向中的每个，这增加了微机械加速度传感器检测错误的能力。 [0177] 在传统的笛卡尔直角平面坐标系中，在x和y方向的单位向量为 和 在传感器测量设备的选择的方向获得的加速度 可以分为x和y方向的分量， 或替代地使用x和y方向的单位向量 和 描述为 选择的测量方向和x和y方向之 间的角度能够选择为αi和βi，其中，αi描述 和 之间的角度，并且对应地，βi描述 和 之间的角度。对应地，ai描述测量方向的加速度向量 的加速度的纯量读数。 [0178] 在使用微机械加速度传感器用于测量导向到两个维度的加速度的根据本发明的方法中，当分为x和y方向的分量时，作为在数个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够描述为如下等式： [0179] [0180] [0181] [0182] 因为预先选择传感器测量设备的测量方向，等式组的常数的值cosα1、cosα2、cosα3、...cosαn和cosβ1、cosβ2、cosβ3、...cosβn也在测量之前已知。另外，对于方向余弦应用： [0183] (cosαi)2+(cosβi)2＝1 [0184] 向量 也可以表示为 的形式，其中，ai为向量 的纯量值，并且对应地， 为测量方向的单位向量， 使用方向余弦表示为 [0185] [0186] 当加速度 影响传感器时，测量结果向量 的纯量值ai能够作为影响传感器的加速度向量 和测量方向的单位向量 的点积计算： [0187] [0188] 对应地，测量结果向量 能够作为影响传感器的加速度向量 在测量方向的投影计算： [0189] [0190] 在根据本发明的方法中，在启动和/或操作期间执行加速度传感器的连续的自测试，使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 给定乘数k1、k2、k3、...kn，使得当传感器正确地工作时，表达式 的值计算为 [0191] 在根据本发明的方法中，通过传感器测量设备给定的加速度 以给定的间隔测量，其后计算表达式 的值。比较表达式的值与所述给定的 预先确定的阈值，并且如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值，给出错误消息。通常，当m个所述表达式的值从值 的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0192] 在根据本发明的方法中，在实践中能够使用纯量值执行加速度的向量等式和向量表达式的计算。等式 能够替代地写为k1a1+k2a2+...+knan＝0。如果将主加速度向量 在每个测量方向的投影代入此等式，获得的等式为： [0193] [0194] 这必须使用任何主加速度 的值执行，随后是用于求解乘数ki的等式组 [0195] [0196] [0197] 如果测量方向选择为方向足够不同，能够得到乘数ki。在根据本发明的方法中，能够使用以此方法得到的乘数计算表达式k1a1+k2a2+...+knan的值并且将所述表达式的值与预先设定的阈值比较。 [0198] 通常，在加速度的线性的或线性化的测量中，加速度作为线性的信号值测量，其中，每个加速度的纯量值ai能够以接下来的方式从信号级计算： [0199] ai＝bi·(si-s0i) [0200] 在根据本发明的方法中，替代基于加速度结果的等式 k1a1+k2a2+...+knan＝0，能够使用基于信号值的等式： [0201] k1s1+k2s2+...+knsn-k0＝0 [0202] 如果将对应来自之前求解的等式的加速度测量结果以及在每个测量方向的主加速度向量 的测量结果向量 的纯量值ai的信号值 代入此等式，获得的等式为： [0203] [0204] 这必须使用任何主加速度 的值执行，随后是用于求解乘数ki的等式组 [0205] [0206] [0207] [0208] 常数k0描述整个传感器装置的偏移常数，常数k0能够用于允许例如考虑传感器的零点的校准误差以及通过湿度或温度的变化导致的在测量事件上的影响。常数hix和hiy描述传感器的测量信号si在x和y方向的灵敏度。 [0209] 在根据本发明的替代的方法中，在启动和/或操作期间在线性的或线性化的测量中执行加速度传感器的连续的自测试，使得当预先已知传感器测量设备的x和y方向的信号测量灵敏度hix和hiy和偏移常数k0时，为对应作为传感器测量设备的测量结果获得的纯量值a1、a2、...an的信号级s1、s2、...sn给定乘数k1、k2、...kn，使得当传感器正确地工作时，求和等式 的值计算为0。 [0210] 在根据本发明的方法中，通过传感器测量设备给定的信号级s1、s2、...sn以给定的间隔测量，其后计算求和等式 的值。比较求和等式的值与所述给定的预先确定的阈值，并且如果所述等式的值从值0偏差超过预先确定的阈值，给出错误消息。通常，当m个所述求和表达式的值从值0的偏差大于所述预先确定的阈值发生时，给出错误消息。 [0211] 图1示出了根据本发明的微机械加速度传感器解决方案。根据本发明的微机械加速度传感器解决方案包括传感器测量块1、传感器自 测试块2、传感器比较块3和报警块4。 [0212] 根据本发明的微机械加速度传感器解决方案包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置1-4，使得首先，在传感器测量块1中，作为在三个方向测量的传感器测量设备的测量结果获得加速度 接下来，在传感器自测试块2中，将乘数k1、k2、k3、...kn提供给作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 使得当传感器正确地工作时，表达式 的值计算为 [0213] 在根据本发明的微机械加速度传感器解决方案中，通过传感器测量设备给定的加速度 以给定的间隔在传感器测量块1中测量，其后在传感器自测试块2中计算表达式 的值。更进一步地，在传感器比较块3中，比较表达式 的值与所述给定的预先确定的阈值，并且如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值，将错误消息提供给传感器报警块4。 [0214] 在根据本发明的解决方案中，传感器比较块3能够连接到传感器自测试块2。更进一步地，传感器测量块1能够连接到传感器自测试块2。更进一步地，传感器报警块4能够连接到传感器比较块3。 [0215] 在可比的方式中，根据本发明的替代的解决方案包括用于在启动和/或操作期间执行连续的自测试的装置1-4，使得首先，在传感器测量块1中，作为在不同的测量方向测量的传感器测量设备的测量结果获得加速度 接下来，在传感器自测试块2中，将乘数k1、k2、...kn提供给作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 使得当传感器正确地工作时，表达式 的值计算为 [0216] 在根据本发明的替代的微机械加速度传感器解决方案中，通过传感器测量设备给定的加速度 以给定的间隔在传感器测量块1中测量，其后在传感器自测试块2中计算表达式 的值。更进一步地，在传感器比较块3中，比较表达 式的值与所述给定的预先确定的阈值，并且如果所述表达式的值从值 偏差超过所述预先确定的阈值，将错误消息提供给报警块4。 [0217] 同样，在根据本发明的替代的解决方案中，传感器比较块3能够连接到传感器自测试块2。更进一步地，传感器测量块1能够连接到 传感器自测试块2。更进一步地，传感器报警块4能够连接到传感器比较块3。 [0218] 在使用微机械加速度传感器用于测量导向到三个维度的加速度的根据本发明的方法中，在不同的测量方向测量的传感器测量设备的测量方向能够例如对称地选择，使得作为在四个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够表达为如下等式： [0219] [0220] [0221] [0222] [0223] 在此情况中，在启动和/或操作期间的加速度传感器的连续的自测试能够执行为使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝-k3＝k3＝-k4。根据本发明的基本构思，这样，当传感器正确地工作时，执行等式 等式还能够写为更加清楚的形式 [0224] 更进一步地，在启动和/或操作期间的加速度传感器的连续的自测试能够执行为使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k3＝1并且k2＝k4＝-1。根据本发明的基本构思，这样，当传感器正确地工作时，执行等式 等式还能够写为更加清楚的形式 [0225] 在根据本发明的方法中，在实践中经常使用纯量值执行加速度的向量等式和向量表达式的计算。 [0226] 在使用微机械加速度传感器用于测量导向到两个维度的加速度的根据本发明的替代的方法中，在数个不同的方向测量的传感器测量设备的测量方向能够例如对称地选择，使得作为在四个不同的方向测量的传感器测量设备的测量结果获得的加速度能够表达为如下等式： [0227] [0228] [0229] [0230] [0231] 在此情况中，在启动和/或操作期间的加速度传感器的连续的自测试能够执行为使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k3并且k2＝k4。根据本发明的基本构思，这样，当传感器正确地工作时，执行等式 等式还能够写为更加清楚的形式 [0232] 更进一步地，在启动和/或操作期间的加速度传感器的连续的自测试能够执行为使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k2＝k3＝k4。根据本发明的基本构思，这样，当传感器正确地工作时，执行等式 等式还能够写为更加清楚的形式 [0233] 再更进一步地，在启动和/或操作期间的加速度传感器的连续的自测试能够执行为使得为作为传感器测量设备的测量结果获得的加速度 和 给定乘数k1、k2、k3和k4，使得k1＝k2＝k3＝k4＝1。根据本发明的基本构思，这样，当传感器正确地工作时，执行等式 等式还能够写为更加清楚的形式 [0234] 使用本发明，提供使用微机械加速度传感器用于测量导向到三个或两个维度的加速度的改进的方法，以及改进的微机械加速度传感器。使用本发明，在持续使用中能够监测传感器的功能的可靠性，并且本发明特别适用于相对于数个轴线测量的小尺寸的微机械加速度传感器解决方案。 |
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