冗余的信号检测的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于信号检测的传感器。本发明尤其设及一种冗余传感器和用于 分析处理传感器信号的技术。
【背景技术】
[0002] 在安全相关的系统中重要的是，及时识别用于信号检测的传感器或者该些传感器 的信号路径的有错误的行为。在机动车中该例如设及加速度传感器，该加速度传感器用于 控制安全气囊或行驶稳定系统。
[0003] 传感器中通常利用的错误识别装置基本上基于冗余度原理或激励原理。
[0004] 在冗余测量中，测量参量通常通过至少一个附加的传感器检测，所述至少一个附 加的传感器的预期信号通过所有其余测量信号的非平凡线性组合计算，其中，该信号的检 测和分析处理尽可能独立地实现。在此假设，传感器大致是线性和时不变的。随后根据对 于所测量的信号的线性关系的显著违背来识别所使用的传感器的有错误的行为。该方法尤 其在无偏差的或经偏差校正的信号中具有如下缺点，即例如在信号检测中的增益误差仅仅 可W在存在测量参量的情况下被识别。在测量参量为0的情况下由冗余度的线性关系不可 识别增益误差。
[0005] 文献US7 516 038B2示出一个用于冗余地分析处理加速度传感器的信号的例 子。在此可W在位于水平的车辆中不基于冗余度地探测在水平面中进行测量的传感器的增 益误差。
[0006] 在激励原理中给由传感器元件提供的测量参量叠加一个已知的激励信号，借助于 该激励信号可W检验测量通道。困难在于，区分激励信号和有用信号对所检测的信号的作 用，尤其当不可W足够准确地对测量通道建模并且由于持久的传感器灵敏性不能够实现时 间上的分离W及由于测量通道特性不能够实现频率分离时。
[0007] 在文献DE10 2010 029903A1中可W发现通过电激励信号附加地激励加速度传 感器的例子。
【发明内容】
[0008] 本发明具有W下任务，在传感器元件的失效或错误测量方面W及在信号处理路径 中的错误方面监视用于安全紧急的应用的传感器。所述监视应优选在连续运行中进行，应 不影响测量结果，在不存在测量参量的情况下也可W进行，并且能够实现在传感器的有用 信号的频率范围中对传感器的检验。本发明借助于具有独立权利要求特征的传感器、方法 W及计算机程序产品解决所述任务。
[0009] 根据本发明的用于提供N维测量信号的传感器系统包括；至少化1个传感器，其具 有相互线性独立的测量方向；用于为传感器中的每一个提供周期性激励信号的激励源，其 中，所述激励信号具有相互正交的频率；从传感器信号除去所述激励信号并且用于提供所 述N维测量信号的处理装置。
[0010] 本发明利用冗余的传感器设备，其中，各个测量通道通过不同的、频率正交的激励 来激励。也就是说，如此选择激励信号，使得激励信号的频谱不重叠。在另一实施方式中也 可W应用具有正交编码的激励。
[0011] 对于不包含在激励信号中的频率范围，将冗余度用于测量信号的可信度检查或者 必要时附加地用于测量的噪声降低。如果一个频率包含在测量通道的激励信号中，则在使 用冗余度的情况下在无设及的测量通道的情况下确定在所述频率上的测量值。
[0012] 本发明相对于仅仅冗余的测量是有利的，因为借助于激励也可W在不存在测量参 量的情况下检验测量通道。
[0013] 本发明的重要优点在于，能够实现信号和激励的完全分离，无需限制测量信号的 频率特性。对激励频率仅仅提出正交条件，所述激励频率因此也可W位于传感器的有用频 率范围中。本发明的一个特别的优点在于，待测量的信号不经历延迟。另一优点在于主动 检验错误探测机制的有效性的可能性。
[0014] 在第一实施方式中，处理装置包括；用于对传感器信号进行混频的混频器；用于 每个传感器的激励滤波器，其用于由所述混频器的输出信号滤出激励信号；用于每个传感 器的补偿器，所述补偿器与分配给所述补偿器的传感器和相应的激励滤波器连接，用于W 激励信号补偿传感器信号；用于基于所述补偿器的信号提供所述输出信号的冗余度减小 器。
[0015]由此可W实现简单和有效地提供输出信号。此外，可W基于处理装置的部分的中 间结果监视传感器。
[0016] 在另一实施方式中，所述处理装置包括W下；用于对传感器信号进行混频的混频 器；用于每个传感器的激励滤波器，其用于由所述混频器的输出信号滤出所述激励信号； 用于基于所述激励滤波器的信号确定第一信号的第一冗余度减小器；用于基于所述传感器 信号确定第二信号的第二冗余度减小器；用于除去所述激励信号并且用于基于所述两个冗 余度减小器的信号提供所述输出信号的补偿器。
[0017] 在又另一实施方式中，所述处理装置包括W下；用于基于所述传感器信号确定第 一信号的冗余度减小器；激励阻塞滤波器，所述激励阻塞滤波器连接在所述冗余度减小器 之后；用于所述传感器中的每一个的局部组合器（partiellenKombinierer)，其分别用于 组合两个传感器信号；用于每个局部组合器的激励滤波器；用于基于所述激励滤波器的信 号和所述激励阻塞滤波器的信号提供所述输出信号的信号重构器。
[0018]处理装置的所述实施方式中的每一个也可方法的形式实现。例如首先提及的 实施方式可W通过一种方法实现，所述方法包括W下步骤；W具有预先确定的激励频率的 周期性激励信号激励每个传感器，其中，所述传感器的激励频率相互正交；对所述传感器信 号进行混频；由经混频的传感器信号滤出每个传感器的激励信号；W所滤出的激励信号补 偿每个传感器信号；减小经补偿的传感器信号的冗余度；提供所述输出信号。相应的方法 可对于用于处理装置的其他两个实施方式提出。
[0019] 根据本发明的计算机程序产品包括程序代码单元，其用于当所述计算机程序产品 运行在处理装置上时或者存储在计算机可读的数据载体上时实施所述方法之一。
【附图说明】
[0020] 现在参照附图更详细地阐述本发明，其中：
[0021] 图1 ;可激励的冗余传感器系统的方框图；
[002引图2;对于两个频率正交的激励信号的例子；
[0023] 图3;图1的传感器系统中的信号流；
[0024] 图4 ;图1的传感器系统中的替代信号流；W及 [00巧]图5 ;图1的传感器系统中的另一替代信号流。
【具体实施方式】
[0026] 图1示出由N个传感器105组成的冗余传感器系统100,其中，NG(2, 3, 4，...}， 借助于所述冗余传感器系统要检测D维的（其中，D<N)、由外作用于传感器的测量参量a。 传感器信号借助于处理装置110处理并且测量参量a的值在传感器系统100的输出端115 上W测量值3的形式描述。为此，W周期性激励信号ti激励每个传感器，其中，激励信号ti 具有相互正交的频率，如下还将更详细地实施。在传感器105的输出端上描绘的频谱图分 别示出在传感器信号频率上强度的分布，其中，突出激励信号ti。
[0027] 在下文中将传感器信号示例性地考虑为时间离散的，并且采样时刻通过指数n描 述；但该仅仅用于阐明并不表示对提出的技术的限制。此外假设，每个传感器105具有足够 大的动态范围并且特性为大致线性和时不变。
[0028] 冗余传感器系统的待测量的传感器信号Si(其中，1《i《脚在无激励的情况下 可W描述为：
[0029]
【主权项】
1. 一种用于提供N维测量信号的传感器系统（100)，所述传感器系统包括以下元件： 至少N+1个传感器（105)，其具有相互线性独立的测量方向； 用于为传感器（105)中的每一个提供周期性激励信号的激励源（310)，其中，所述激励 信号具有相互正交的频率； 用于从传感器信号除去所述激励信号并且用于提供所述N维测量信号的处理装置 (110)〇
2. 根据权利要求1所述的传感器系统（100)，其中，所述处理装置（110)包括以下： 用于对所述传感器信号进行混频的混频器（315); 用于每个传感器（105)的激励滤波器（320)，其用于由所述混频器（315)的输出信号滤 出所述激励信号； 用于每个传感器（105)的补偿器（325)，所述补偿器与分配给所述补偿器的传感器 (105)和相应的激励滤波器（320)连接，用于以所述激励信号补偿所述传感器信号； 用于基于所述补偿器（325)的信号提供所述输出信号的冗余度减小器（330)。
3. 根据权利要求1所述的传感器系统（100)，其中，所述处理装置（110)包括以下： 用于对所述传感器信号进行混频的混频器（315); 用于每个传感器（105)的激励滤波器（320)，其用于由所述混频器（315)的输出信号滤 出所述激励信号； 用于基于所述激励滤波器的信号确定第一信号的第一冗余度减小器（330); 用于基于所述传感器信号确定第二信号的第二冗余度减小器（330); 用于除去所述激励信号并且用于基于所述两个冗余度减小器（330)的信号提供所述 输出信号的补偿器（325)。
4. 根据权利要求1所述的传感器系统（100)，其中，所述处理装置（110)包括以下： 用于基于所述传感器信号确定第一信号的冗余度减小器（330); 激励阻塞滤波器（505)，所述激励阻塞滤波器连接在所述冗余度减小器（330)之后； 用于所述传感器（105)中的每一个的局部组合器（510)，其分别用于组合两个传感器 信号； 用于每个局部组合器（510)的激励滤波器（320); 用于基于所述激励滤波器（320)的信号和所述激励阻塞滤波器（505)的信号提供所述 输出信号的信号重构器（515)。
5. -种用于基于至少N+1个相互线性独立的传感器信号确定N维测量信号的方法，所 述方法包括以下步骤： 以具有预先确定的激励频率的周期性激励信号激励每个传感器（105)，其中，所述传感 器的激励频率相互正交； 对所述传感器信号进行混频； 由经混频的传感器信号滤出每个传感器的激励信号； 以所滤出的激励信号补偿每个传感器信号； 减小经补偿的传感器信号的冗余度； 提供所述输出信号。
6. 根据权利要求5所述的方法，其还包括：如果用于由经混频的传感器信号滤出每个 传感器（105)的激励信号的激励滤波器（320)长于预先确定的时间地不提供具有预先确定 的幅度的输出信号，则在传感器中或者在用于基于所述传感器信号确定所述输出信号的处 理装置中确定在产生所述激励信号时的缺陷。
7.-种计算机程序产品，其具有程序代码单元，用于当所述计算机程序产品运行在处 理装置（110)上时或者存储在计算机可读的数据载体上时实施根据权利要求5或6所述的 方法。
【专利摘要】一种用于提供N维测量信号的传感器系统，所述传感器系统包括以下元件：至少N+1个传感器，其具有相互线性独立的测量方向；用于为传感器中的每一个提供周期性激励信号的激励源，其中，所述激励信号具有相互正交的频率；用于从传感器信号除去所述激励信号并且用于提供所述N维测量信号的处理装置。
【IPC分类】G01P15-18, G01D3-08, G01P21-00, G01D18-00, G01D5-244
【公开号】CN104870943
【申请号】CN201380064049
【发明人】S·施泰因勒希纳, J·普莱廷克西, J·朔伊因
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2013年10月15日
【公告号】DE102012222724A1, WO2014090445A1