用于求取有用信号的方法和设备与流程

本发明涉及用于求取有用信号的方法和设备。

背景技术：

本发明从根据独立权利要求的类型的用于求取有用信号的设备和方法出发。计算机程序也是本发明的主题。

广泛流行的是，以模数转换器数字化模拟信号。目前为止使用的技术具有一个普遍的缺点：在供电、接地或有用信号被干扰的情况下可以自己生成“有效信号”。

应借助微机械传感器解释该有错误的行为。采用可以分析处理直至2kHz的加速度信号的传感器。内部使用的模数转换器(ADC＝英语Analog-Digital-Converter)使用125kHz的采样频率。当现在电磁干扰(EMV干扰)作用于ADC时，该ADC可能受干扰。特别关键的是，具有与内部使用的频率的谐波(Harmonische)接近的频率的干扰，例如在125kHz采样频率的情况下124kHz或126kHz的干扰。这两个频率相对于示例传感器的采样频率具有1kHz的频率间隔(Frequenzabstand)。然后这通过混频效应(这种效应被有意地在无线电接收器中的高频混频中利用)分别导致1kHz的“伪加速度值”。稍后不能够从真实信号中分离这些伪信号。该效应不仅仅限于第一谐波，而是理论上涉及所有谐波。

技术实现要素：

在此背景下，借助在此提出的方案提出根据主权利要求的用于求取有用信号的方法、使用所述方法的设备以及相应的计算机程序。通过在从属权利要求中列举的措施，能够实现在独立权利要求中说明的设备的有利的扩展和改善。

在此提出一种用于求取有用信号的方法，其中，所述方法具有以下步骤：

以第一采样频率采样所读取的传感器信号，以便得到第一采样信号，并且以第二采样频率采样所述传感器信号，以便得到第二采样信号，其中，所述第一采样频率和所述第二采样频率不同；

识别作为所述第一采样信号的和第二采样信号的信号分量的所述有用信号，其中，所述第一采样信号的和所述第二采样信号的信号分量在一个公差范围内具有相同的频率。

有用信号可以理解为这样的信号：其包含应从所述信号中提取和/或再加工的有用信息。例如有用信号可以理解为传感器的信号。信号分量可以理解为信号在确定的频率范围中或者在确定的频率处的分量。公差范围例如可以理解为在一个频率周围的范围，该范围具有与该频率最大20％、尤其最大10％的偏差。就此而言，可以将有用信号理解为第一和/或第二采样信号的这样的信号分量：所述信号分量在两个采样信号中包含在确定的频率周围例如20％的频率范围内。

在此提出的方案基于这样的认识：在以不同的采样频率采样有用信号以便得到不同的采样信号时，在所述采样信号的每一个中有用信号包含在(正确的)频率处，其中，通过将干扰频率信号与采样频率混频而得到的有错误的信号在各个采样信号中也必定在不同的频率上出现。因此充分利用频率混频的典型特性，以便识别干扰信号。这以双重采样为代价地实现，这借助传统的成本有利的信号处理单元将不会导致显著增加的成本，然而导致错误识别的显著提高。

在此提出的方案的一种实施方式是特别有利的，在该实施方式中，在所述采样的步骤中使用第一采样频率和第二采样频率，所述第一采样频率和第二采样频率大于所述传感器信号的频率的和/或在所述识别的步骤中的最大识别频率的两倍。这种实施方式提供以下优点：非常精确地和简单地识别干扰信号分量，从而能非常精确地求取有用信号。

根据在此提出的方案的另一种实施方式，在所述识别的步骤中，当所述第一采样信号的和第二采样信号的信号分量在一个公差范围内具有相同的幅值时，才可以识别所述有用信号。这种实施方式提供以下优点：能够明确地辨识有用信号并且相对于可能的干扰信号识别有用信号。在此可以充分利用：干扰信号在不同的频率上通常具有不同的幅值，从而待求取的有用信号以大的概率是在两个采样信号中具有相同的信号幅值的唯一待处理信号。

在此提出的方案的另一种实施方式中，所述方法具有确定干扰信号和/或干扰信号的参数的步骤，其中，在使用所述第一采样频率和第二采样频率、所述被识别为有用信号的信号分量的频率和在所述第一采样信号中包含的第一干扰信号分量和在所述第二采样信号中包含的第二干扰信号分量的情况下确定所述干扰信号和/或干扰信号的所述参数。这种实施方式提供以下优点：借助已经可供使用的值能够求取另外的信息，所述另外的信息例如能够用于后续的用于错误补偿的信号处理规定。

此外，在此提出的方案的一种实施方式是有利的，在所述实施方式中，所述方法具有以测试信号加载所述传感器信号的步骤，其中，所述测试信号具有与所述传感器信号的频率不同的测试信号频率，尤其其中，当在所述第一采样信号和第二采样信号中根据分配给所述测试信号的各个频率识别测试信号分量时，才在所述识别的步骤中识别所述有用信号。能够在这样一个频率中预期这样的分配给每个测试信号的测试信号分量：所述频率能够在考虑(相应地考虑的采样信号的)采样频率和测试信号频率的情况下被求取。这种实施方式提供以下优点：测试信号的频率(测试信号频率)是已知的，从而(在出现具有未知频率的干扰信号的情况下)也能够简单地检查所述方法的正确运行。类似地，在此提出的方案的另一种实施方式中，进行以干扰信号加载传感器信号的步骤，尤其其中，所述方法具有检查所述方法的正确运行的步骤，其中，当在第一和第二采样信号中包含与干扰信号的频率相应的频率分量时，检查的步骤是成功的。通过这种实施方式也可以检查用于求取有用信号的方法的无错误运行。

在此提出的方案的一种实施方式在技术上特别简单地可实现，其中，在所述加载的步骤中进行执行所述方法的设备的供电电压和/或供电电流的滤波，其中，在所述滤波步骤中对所述传感器信号加载所述供电电压的和/或所述供电电流的与所述有用信号的频率不同的频率分量作为干扰信号。这种实施方式提供以下优点：可以将用于在用于执行在此提出的方案的设备的能量供给线路上的干扰的滤波所需的滤波器用于附加功能，从而在已有的电路拓扑中仅仅需要非常微小的变化，以便实现在此提出的方案。

在检查的步骤中，当在所述第一采样信号和/或第二采样信号中能够根据预先定义的滤波频率识别所述供电电压的和/或供电电流的频率分量时，还可以识别所述滤波的步骤的无错误执行。这种实施方式提供以下优点：能够在预先定义的滤波频率处明确识别频率信号分量并且因此能非常简单地检查在此提出的方案的正确运行。

当根据在此提出的方案的一种实施方式可以在采样的步骤中使用两个分离的电路组件的信号作为第一采样信号和第二采样信号时，能够非常可靠地求取有用信号。在此，这两个电路组件能够分别构造在不同的电路板上。这种在采样时的分离提供以下优点：通过硬件错误在电路组件中导致的在第一采样信号中的信号分量对在第二采样信号中的相应信号分量的反作用出现的概率例如非常微小，从而能够实现有用信号的较稳健的识别。

在此提出的方法例如能够在软件中或硬件中或在软件和硬件的混合方式中例如在控制装置中实现。

在此提出的方案还实现一种设备，所述设备被构造用于在相应的装置中实施、控制或者实现在此提出的方法的变型方案的步骤。通过本发明的以设备形式的实施变型方案可以快速和高效地解决本发明所基于的任务

设备在此可以理解为处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电设备。所述设备可以具有按硬件方式和/或按软件方式构造的接口。在按硬件方式的构造中，接口例如可以是所谓的系统ASIC的包括所述设备的最不同功能的一部分。然而，也可能的是，接口是单独的集成电路或至少部分地由分立部件组成。在按软件方式的构造中，接口可以是软件模块，其例如与其他软件模块共存在微控制器上。

具有程序代码的计算机程序产品或者计算机程序也是有利的，所述程序代码可以存储在机器可读的载体或者存储介质，如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并且尤其用于当在计算机或者设备上执行程序产品或者程序时实施、实现和/或控制根据先前描述的实施方式之一的方法的步骤。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在后续说明中详细阐述。附图示出：

图1示出具有根据一个实施例的设备的测量系统的方框图；

图2示出根据一个实施例的用于求取有用信号的信号分量的图形；

图3示出根据一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在本发明的有利实施例的后续描述中，对于在不同附图中示出并且起类似作用的元件使用相同的或类似的附图标记，其中不重复描述这些元件。

图1示出具有根据一个实施例的设备105的测量系统100的方框图。测量系统100包括例如微机械加速度传感器形式的测量传感器110，该测量传感器100提供测量信号115。然而，该测量信号115经常在到设备105的传输中受干扰信号120的电磁耦合输入的干扰影响而被干扰，从而在单纯的测量信号115的求取中可能将干扰信号120的、被混频到待由设备105分析处理的频率范围中的部分错误地识别为测量信号115的一部分并且因此可能不精确地探测所述测量信号。这可能在测量信号115的例如用于激活车辆中的人员保护系统的应用中有时具有显著的缺点或者完全阻碍出于确定的目的求取的测量信号115的应用。

为了现在在测量信号115的识别中能够实现抗干扰度优化，根据在此提出的方案，在设备105中使用采样频率发生器125，该采样频率发生器125提供第一采样频率f_A1和与第一采样频率f_A1不同的第二采样频率f_A2。受干扰信号120干扰的测量信号115在使用第一采样信号f_A1的情况下由第一模数转换器130(ADC＝Analog-Digital-Converter＝Analog-Digital-Wandler)采样，以便得到第一采样信号135。在第二模数转换器140中在使用第二采样频率f_A2的情况下采样受干扰信号120干扰的测量信号115，以便得到第二采样信号145。

图2示出用于求取有用信号155的第一采样信号135的和第二采样信号145的信号分量200的图形。在图形中在频率上绘出第一采样信号135的或第二采样信号145的幅值。在图2中示出的实施例中，从具有0.5kHz的频率的测量信号115(在此例如是加速度信号)以及具有124kHz的频率的EMV干扰的干扰信号、第一采样频率f_A1＝125kHz和第二采样频率f_A2＝128kHz出发。在此可识别，不但在第一和第二采样信号135或者145中各一个信号分量200在由单元150为了进行识别而要分析处理的频率范围210(从0至2kHz)中出现在真实测量信号115的0.5kHz的频率处，反之在第一采样信号135中通过频率124kHz的干扰信号120与第一采样频率f_A1的混频效应215出现频率1kHz的第一错误信号(伪信号)220并且在第二采样信号145中通过频率124kHz的干扰信号120与第二采样频率f_A2的混频效应215出现频率4kHz的第二错误信号(伪信号)225。因此，第一和第二错误信号220或者225是在将测量信号115识别为有用信号155时不应考虑的干扰信号。在用于识别的单元150中，根据后续还更详细的描述，现在将有用信号155识别为通过干扰信号120叠加的测量信号115的、在公差范围227(例如10％)内具有相同频率228的那部分。

特别有利的是，两个ADC频率f_A1或者f_A2的间隔大于要处理的最高信号频率的两倍。因此防止恰好处于两个ADC频率f_A1或者f_A2之间的干扰频率产生“有效信号”。

在用于识别的单元150中现在可以通过分析处理第一采样信号135和第二采样信号145来识别：在0.5kHz的范围中(例如在考虑与该值0.5kHz偏差10％的情况下)包含各一个信号分量200，反之，仅仅在第一采样信号135中在要分析处理的频率范围210中包含一个另外的在1kHz频率处的信号分量，该信号分量因此可能不来源于测量信号115。在第二采样信号中的被干扰信号120混频的分量225一方面处于要分析处理的频率范围210之外并且不具有相应的在第一采样信号135中的对应部分(Pendant)并且因此可以被识别为通过混频产生的伪信号225。在第一和第二采样信号135或者145中的信号分量200因此能被识别为真实信号的信号分量，从而有用信号155由用于识别的单元150作为相应的信号分量200输出。

也还可以考虑，通过认识第一和第二采样频率f_A1或者f_A2以及第一和第二伪信号220或者225来辨识干扰信号120的频率，从而所述信息例如可以同样由用于识别的单元150输出并且用于避免通过干扰信号120引起的进一步干扰或者用于其补偿。

换言之，在此提出的方案能够在借助ADC(模数转换器)分析处理信号时或在微机械传感器的情况下实现抗干扰度优化。

通过使用两个具有不同的处理频率f_A1或者f_A2的ADC单元130或者140能够辨识这种伪信号220或者225。仅仅真实加速度信号在两个ADC130和140中提供相同的值，如它们引起信号分量200那样。通过比较两个ADC输出或者说信号135或者145能够干净地辨识和处理真实加速度信号115和伪信号220或者225。

也可以有意地通过测试信号230(例如具有0.75kHz频率)在正常运行中施加干扰并且因此检查两个ADC单元130和140的正确功能性。然后，将该测试信号230辨识为有意地产生的测试伪信号230并且然后检查其正确性。因此如果在第一采样信号135和第二采样信号145中存在在0.75kHz频率处的信号分量，则能够确保采样单元130和140正确地起作用。

也能够利用在供电线路250(见图1)上的正常干扰用作测试信号230，例如当DC/DC或AC/DC转换器在合适的频率上工作时，供电电压250的电滤波器260可以是较小，以便已知的干扰的一定的分量是在供电电路250上并且然后可以被用作测试信号。

借助该特殊的方法甚至能够同时检查供给滤波器260的正确功能。因为错误装配/受损部件(关键字FMEA)在被装配的电路板中导致另外的滤波特性并且然后在采样信号135或者145中产生另外的测试信号230或者测试结果。

另一种实施是第二传感器元件(在图1中未示出)的应用，第二传感器元件然后连同第二ADC单元完全在另外的驱动/处理频率上运行。

清楚的是，参照图1描述的实施是成本最优的，因为通过现今使用的ASIC工艺/硅工艺的高度集成，附加的ADC单元不造成值得一提的额外成本。(与用于在ADC中降低EMV干扰的其他优化可能性相比)

图3示出根据本发明的一个实施例的用于求取有用信号的方法300的流程图。该方法300包括步骤310：以第一采样频率采样所读取的传感器信号，以便得到第一采样信号，并且以第二采样频率采样所述传感器信号，以便得到第二采样信号，其中，所述第一采样频率和所述第二采样频率不同。该方法300还包括步骤320：识别作为所述第一采样信号的和第二采样信号的信号分量的所述有用信号，其中，所述第一采样信号的和所述第二采样信号的信号分量在一个公差范围内具有相同的频率。

如果一个实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”关系，则这可以解读如下：所述实施例根据一种实施方式不仅具有第一特征，而且具有第二特征；并且根据另一种实施方式或者仅仅具有第一特征，或者仅仅具有第二特征。