用于位置检测的传感器的无传感器式温度补偿的方法技术

一种用于用于微系统(10)的运动元件(11)的位置检测的传感器(13)的信号(ym)的无传感器式温度补偿的方法，其中，所述微系统(10)具有用于调节所述运动元件(11)的运动的调节器(15)，其特征在于，在所述用于位置检测的传感器(13)的参考温度时检测调节器信号(u)的参考偏移和/或参考振幅；在改变的温度时检测所述调节器信号(u)的测量偏移和/或测量振幅；确定参考偏移与测量偏移之间和/或参考振幅与测量振幅之间的热偏差；以及基于所确定的热偏差改变所述用于位置检测的传感器(13)的信号(ym；ym1)以便补偿所述信号(ym)的热偏差(8)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于微系统的位置检测的传感器的信号的无传感器式温度补偿的方法。
技术介绍
在运动的微结构中、例如在微机电系统(MEMS)中，通常使用用于位置检测的传感器、所谓的位置传感器(Lagesensor)或方位传感器(Positionssensor)。用于位置检测的传感器具有在物理上几乎不可避免的温度相关性，该温度相关性通过热偏移和热灵敏度来确定。对传感器信号Vsig的所述热效应的影响可以通过以下公式1和2来描述。其中，TCO以mV/K为单位，T以℃为单位，V_sig以V为单位Vsig＝Vsig,To(1+TCS1(T-T0)1+TCS2(T-T0)2+...+TCSn(T-T0)n)(2)其中，TCS以1/K为单位，T以℃为单位，V_sig以V为单位。MEMS传感器元件例如可以基于电容效应或压电效应。可以根据“开环”原理或“闭环”原理来运行MEMS的运动结构，传感器元件应当确定所述运动结构的方位。在“闭环”运行中，调节参量回引到调节器上。所述调节参量——在此情形中为运动结构的方位——的测量通过传感器元件来求取。参量TCO(热系数偏移)描述传感器电压信号的偏移的与温度变化相关的绝对变化的大小。因此，单位是mV/K。总TCO理论上在整个幂级数中具有份额(线性的、二次幂的、三次幂的等)。然而，不主要的份额(例如仅仅线性或二次幂)的使用对于大多应用而言足够。参量TCS(热系数偏移)描述传感器电压信号的灵敏度的与温度变化相关的相对变化的大小。因此，单位是1/K。总TCS理论上在整个幂级数中具有份额(线性的、二次幂的、三次幂的等)。然而，不主要的份额(例如仅仅线性或二次幂)的使用对于大多应用而言同样足够。DE8804598U1描述了一种补偿热偏移和热灵敏度误差的方法。为了在运行中校正传感器信号的温度效应，通常事先求取传感器元件的温度系数。在运行中，传感器元件的温度则通过附加的温度传感器来求取并且因此基于物理公式1和2来校正信号的所不期望的变化。对于多种应用而言，温度特征值的或温度系数TCO、TCS的变化通常对于在补偿时以额定值(Nominalwerten)工作而言过大，所述额定值没有对于每一个传感器元件分开地求取。因此，每传感器元件的温度系数必须单独通过耗费的并且极其成本密集的热校准、通常通过在加热室中将传感器元件加热到不同温度上来求取并且对于校正持续地存储在例如分析处理芯片上。重要的是，偏移系数通常具有大的方差。相反，灵敏度系数的方差通常更小，其中，典型值为5％以下。
技术实现思路
根据本专利技术的用于微系统的运动元件的位置检测的传感器的信号的无传感器式温度补偿的方法，其中，所述微系统具有用于调节所述运动元件的运动的调节器，所述方法原则上包括以下步骤：在用于位置检测的传感器的参考温度时检测调节器信号的参考偏移和/或参考振幅；在改变的温度时检测所述调节器信号的测量偏移和/或测量振幅；确定参考偏移与测量偏移之间和/或参考振幅与测量振幅之间的热偏差；以及基于所确定的热偏差改变用于位置检测的传感器的信号以便补偿所述信号的热偏差。根据本专利技术的方法具有以下优点：省去在探测运动——例如微镜的或质量振动装置(Masseschwinger)的周期性运动的传感器的生产中对于每一个传感器元件单独实施的成本密集的热校准的必要性。本专利技术的核心构想是热偏移和热灵敏度的通过特征参量“调节器输出的偏移和振幅”在生产温度时的测量的探测方法以及所述参量用于确定通过位置传感器的偏移和灵敏度误差定义的热偏差的方向和/或大小的使用。所述补偿例如可以通过由传感器信号计算热偏差来实现。这可以通过差构成或者和构成或者通过成比例的和/或线性的信号匹配来实现。本专利技术的优点一方面是在未分别了解传感器温度或传感器温度系数的情况下偏移的和灵敏度误差的调节和因此热校准和温度检测的省去。也能够实现，间接由置于所述调节器后方的单元的信号检测所述测量偏移和/或所述测量振幅。替代调节器输出信号，为此也可以使用相关的信号、例如运动微系统的驱动单元的信号。也可以在开环运行中分析处理驱动信号的变化、例如在温度升高时增大的电流消耗并且应用所描述的方法。作为另外的替代的信号，也可以使用用于位置检测的压电式电容传感器的电容。所述变型方案示出所述方法的通过不同测量点和/或测量参量的灵活性。可以在用于位置检测的传感器的生产温度时检测参考偏移和/或参考振幅。在传感器的生产期间——例如在功能测试期间可以简单且可靠地实现温度测量，所述温度测量必须实施仅仅一次。有利地，可以在微系统的改变的运行温度时检测测量偏移和/或测量振幅。微系统的或传感器的改变的运行温度的测量在运行期间、即在进行的运动期间实现，从而不需要附加的检测。优选地，确定热偏差的方向。可以但不是必须确定大小。方向的简单确定——例如通过正负号(Vorzeichen)变换的识别——足以借助所述信息、例如借助PID调节器补偿热偏差。在一种特别的实施方式中设置，对于用于位置检测的一个或多个构造相同的传感器确定热偏移系数和/或热灵敏度系数，其中，基于所述热偏移系数以及在参考偏移与测量偏移之间的热偏差和/或基于所述热灵敏度系数以及在参考振幅与测量振幅之间的热偏差来求取用于位置检测的传感器的温度。传感器元件的温度求取中的优点是在不使用附加硬件的情况下的无传感器式求取，即不使用附加的模拟/数字转换器、分析处理电路等。此外，不存在传感器的单独热校准的必要性。取而代之，仅仅必须在热方面校准传感器类别或传感器类型，这可以通过少量样本的测量以及测量结果的随后求平均来实现。因为了解运行中的温度，所以附加地实现以下可能性：例如在系统中或芯片上的第一次运行中校准而不必在生产过程中的校准时校准确定的热参数。在借助本方法计算温度时可以组合不同的方案，例如通过偏移求取温度、通过灵敏度求取的温度和/或通过系统中或芯片上的另一温度检测求取的温度，以便合理性验证温度信号或者提高准确度或分辨率。有利地设置，微系统是电磁系统和/或微静电系统。这种系统例如是微镜应用，如其用于使微镜运动以便投影图像那样)、在高温计和/或加速度传感器、用于周期性运动的压力传感器以及例如动力总成领域——例如在喷射系统中——中的质量振动装置。附加地也可以考虑，将优选周期性运动的结构有针对性地在不首要利用该运动的情况下设置在传感器元件中，以便为了传感器的热补偿或者温度求取而使用所述周期性运动的结构。因此，能够完全或者之后在运行的系统中或在芯片上实施避免耗费的热校准。这允许成本节省。根据本专利技术的微系统——其用于运动微元件的位置检测的传感器的信号的无传感器式温度补偿，所述微系统具有用于调节所述微元件的运动的调节器设置，设有用于在用于位置检测的传感器的参考温度时检测所述信号的参考偏移和/或参考振幅并且用于在改变的温度时检测调节器信号的测量偏移和/或测量振幅的探测单元，设有用于确定参考偏移与测量偏移之间和/或参考振幅与测量振幅之间的热偏差的偏差调节装置，并且设有用于补偿用于位置检测的传感器的信号的热偏差的电路元件。与前述相同的优点和修改适用。优选地设置，所述探测单元检测所述调节器的输出信号并且与至少一个偏差调节装置连接，其中，所述至少一个偏差调节装置与所述微系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微系统(10)的运动元件(11)的位置检测的传感器(13)的信号(ym；ym1)的无传感器式温度补偿的方法，其中，所述微系统(10)具有用于调节所述运动元件(11)的运动的调节器(15)，其特征在于以下步骤：在所述用于位置检测的传感器(13)的参考温度时检测调节器信号(u)的参考偏移(2)和/或参考振幅(3)；在改变的温度时检测所述调节器信号(u)的测量偏移(2a)和/或测量振幅(3a)；确定参考偏移(2)与测量偏移(2a)之间和/或参考振幅(3)与测量振幅(3a)之间的热偏差(8)；以及基于所确定的热偏差(8)改变所述用于位置检测的传感器(13)的信号(ym；ym1)以便补偿所述信号(ym；ym1)的热偏差(8)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.07 DE 102014208505.51.一种用于微系统(10)的运动元件(11)的位置检测的传感器(13)的信号(ym；ym1)的无传感器式温度补偿的方法，其中，所述微系统(10)具有用于调节所述运动元件(11)的运动的调节器(15)，其特征在于以下步骤：在所述用于位置检测的传感器(13)的参考温度时检测调节器信号(u)的参考偏移(2)和/或参考振幅(3)；在改变的温度时检测所述调节器信号(u)的测量偏移(2a)和/或测量振幅(3a)；确定参考偏移(2)与测量偏移(2a)之间和/或参考振幅(3)与测量振幅(3a)之间的热偏差(8)；以及基于所确定的热偏差(8)改变所述用于位置检测的传感器(13)的信号(ym；ym1)以便补偿所述信号(ym；ym1)的热偏差(8)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，间接由置于所述调节器(15)后方的单元(12，11，13)的信号(us，y，ym；us，y，ym1)检测所述测量偏移(2a)和/或所述测量振幅(3a)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述用于位置检测的传感器(13)的生产温度时检测所述参考偏移(2)和/或所述参考振幅(3)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述微系统(10)的改变的运行温度时检测所述测量偏移(2a)和/或所述测量振幅(3a)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，确定所述热偏差(8)的方向。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，对于一个或多个构造相同的用于位置检...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·I·阿尔迪布斯，D·梅斯纳，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE