传感器和用于减少在传感器的测量信号中的干扰信号分量的方法技术

本发明专利技术涉及一种传感器，其至少包括：a.用于检测测量信号的传感器元件，其中，所述测量信号包括在有用信号频率范围内的至少一个有用信号分量和在干扰信号频率范围内的至少一个干扰信号分量，和b.用于将所述测量信号转换成模拟电传感器信号的读出电路，其中，布置了反馈回路，所述反馈回路将所述读出电路的输出信号反馈到所述读出电路的输入端上，所述测量信号施加在所述输入端上，其中，读出电路和反馈回路的总传递函数H(s)实现对所述干扰信号频率范围内的模拟传感器信号的衰减，而不对在所述有用信号频率范围内的模拟传感器信号进行衰减。行衰减。行衰减。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器和用于减少在传感器的测量信号中的干扰信号分量的方法


[0001]本专利技术涉及一种传感器和一种用于减少在传感器的测量信号中的干扰信号分量的方法。

技术介绍

[0002]尽管本专利技术通常可应用于任意不希望的信号或者说任意测量信号中的干扰信号分量，但是本专利技术是关于振动信号作为不希望的信号或者说干扰信号分量并且关于MEMS陀螺仪的测量信号来阐释的。
[0003]现在，在用于终端用电器的许多便携式电子器具中、例如智能手机等中都可以找到MEMS陀螺仪，以便在建筑物等的内部中实现导航。在许多应用中，MEMS陀螺仪遭受振动，例如通过在智能手机用于产生振动警报的机械电机的振动或还有通过扬声器的振动。这种振动会导致MEMS陀螺仪的不精确的测量值。为了解决该问题已知，使机械结构沿着预期的振动的方向尽可能坚硬或坚固地构造或者说将尽可能对称的2
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质量块结构用于MEMS陀螺仪。
[0004]然而，实际上无法完全避免传感器信号中的这种不希望的振动信号。在此，不希望的振动信号的强度/干扰信号分量不仅可以超过MEMS陀螺仪的希望的旋转速率信号，而且可以整体上超出MEMS陀螺仪系统的测量范围，这导致在信号路径中跟随的电子电路的“卡住(Festklemmen)”或者说饱和并且最终导致信号完整性的损失。另一个问题是：通常调制MEMS陀螺仪的旋转速率信号，这视相应的解调类型而定会导致经解调的信号由于不希望的振动信号的部分而失真。

技术实现思路

[0005]在一种实施方式中，本专利技术提供了一种传感器，其至少包括：
[0006]a.用于检测测量信号的传感器元件，其中，所述测量信号包括在有用信号频率范围内的至少一个有用信号分量和在干扰信号频率范围内的至少一个干扰信号分量，和
[0007]b.用于将所述测量信号转换成模拟电传感器信号的读出电路。
[0008]根据本专利技术的传感器的特征在于反馈回路，该反馈回路将所述读出电路的输出信号反馈到所述读出电路的输入端上，所述测量信号施加在所述输入端上，其中，读出电路和反馈回路的总传递函数H(s)实现对所述干扰信号频率范围内的模拟传感器信号的衰减，而不对在所述有用信号频率范围内的模拟传感器信号进行衰减。
[0009]在另一种实施方式中，本专利技术提供了一种用于减少在传感器的测量信号中的干扰信号分量的方法，其包括以下步骤：
[0010]‑
通过所述传感器来检测测量信号，其中，所述测量信号包括在有用信号频率范围内的至少一个有用信号分量和在干扰信号频率范围内的至少一个干扰信号分量，
[0011]‑
借助读出电路将所述测量信号转换成模拟电传感器信号，
[0012]‑
借助反馈回路将所述读出电路的输出信号反馈到所述读出电路的输入端上，所述测量信号施加在所述输入端上，其中，读出电路和反馈回路的总传递函数H实现对所述干扰信号频率范围内的模拟电传感器信号的衰减，而不对在所述有用信号频率范围内的模拟传感器信号进行衰减。
[0013]根据本专利技术的措施实现对诸如振动的干扰影响的补偿，所述振动出现在传感器的测量环境中、作用在传感器上并且与实际测量参量(在旋转速率传感器的情况下为旋转运动)叠加。借助本专利技术的实施方式，借助反馈回路实现了这种补偿，该反馈回路抑制测量信号的确定的频率范围，即预期的干扰信号分量的频率范围。
[0014]以此实现的优点中的一个优点是：对陀螺仪信号的解调可以例如借助方波信号而更精确和更容易地执行，而干扰信号分量的部分不会使解调失真。另一个优点是：在剧烈振动的情况下也保证了信号完整性。因而提高了可靠性。另一个优点是：在测量信号的随后的电子再处理中减少了不希望的振动信号或者说干扰信号分量。此外，改善了信噪比。
[0015]根据一种有利的扩展方案，如此设计反馈回路，使得所述反馈回路的传递函数F(s)实现对在所述有用信号频率范围内的模拟传感器信号的衰减和对在所述干扰信号频率范围的模拟传感器信号的放大，并且，将所述读出电路的输出信号反馈至所述读出电路的输入端并且在那里从所述测量信号中减去。其优点是：可以在希望的有用信号频率范围之外以简单的方式减少、最小化或甚至抑制干扰信号分量。
[0016]根据另一种有利的扩展方案，所述反馈回路的传递函数F(s)具有用于所述有用信号频率范围和用于所述干扰信号频率范围的不同放大因子，并且其中，这些不同放大因子之间的比例至少为10。该比例也可以在2和10之间，但优选至少为10，尤其至少为100。以此实现了在有用信号频率范围之外在测量信号中可靠且充分地减少不希望的信号，即干扰信号分量。
[0017]根据另一种有利的扩展方案，所述反馈回路包括用于所述有用信号频率范围的陷波滤波器。借助该陷波滤波器，可以以简单的方式滤除在窄频率范围内的频率。
[0018]根据另一种有利的扩展方案，所述反馈回路包括用于所述干扰信号频率范围的谐振器。以此可以给具有在干扰信号频率范围的频率的信号分量提供简单且成本有利的滤波器。
[0019]根据另一种有利的扩展方案，所述反馈回路包括用于高于所述有用信号频率范围的频率范围的高通滤波器。以此，给具有高于有用信号频率范围的频率的信号分量提供了特别简单的滤波器。
[0020]根据本专利技术的措施尤其适用于以下传感器，所述传感器的测量信号检测基于至少一个能机械偏转的结构元件的机械偏转。在这种情况下，限于限定的频率范围中的机械干扰影响可以特别简单且有效地通过根据本专利技术的措施来补偿。
[0021]根据另一种有利的扩展方案，所述传感器元件是MEMS传感器元件，尤其是旋转速率传感器、加速度传感器、压力传感器或麦克风。其优点是：在同时极小的结构空间中实现了传感器元件的大量不同形状以及因此传感器元件的广泛应用范围。
[0022]根据另一种有利的扩展方案，所述测量信号检测电容式地进行，并且，所述读出电路包括电容
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电压转换器，并且其中，所述反馈回路将所述电容
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电压转换器的输出信号反馈到所述电容
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电压转换器的输入端上。
[0023]应理解，在不脱离本专利技术的范畴的情况下，上面提到的和下面仍将阐述的特征不仅可以在分别说明的组合中使用，而且可以在其他组合中或单独地使用。
[0024]在附图中呈现并且在以下说明书中更进一步地阐述本专利技术的优选实施例和实施方式，其中，相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的构件或元件。
附图说明
[0025]图1示出具有根据本专利技术的一种实施方式的传感器的部件的电路图；
[0026]图2示出已知的陀螺仪测量信号和根据本专利技术的方法应用于其的陀螺仪测量信号的比较；以及
[0027]图3示出根据本专利技术的一种实施方式的方法的步骤。
具体实施方式
[0028]在图1中呈现的电路包括用于检测测量信号的传感器元件2和用于将测量信号转换成模拟电传感器信号的读出电路3。在这里描述的实施例中，传感器元件2是MEMS陀螺仪的传感器元件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种传感器，所述传感器至少包括：a.用于检测测量信号的传感器元件(2)，其中，所述测量信号包括在有用信号频率范围内的至少一个有用信号分量(11)和在干扰信号频率范围内的至少一个干扰信号分量(20)，和b.读出电路(3)，所述读出电路用于将所述测量信号转换成模拟电传感器信号，其特征在于反馈回路，所述反馈回路将所述读出电路(3)的输出信号反馈到所述读出电路(3)的输入端上，所述测量信号施加在所述输入端上，其中，读出电路(3)和反馈回路的总传递函数H(s)实现对所述干扰信号频率范围内的模拟传感器信号的衰减，而在所述有用信号频率范围内的模拟传感器信号不被衰减。2.根据权利要求1所述的传感器，其中，如此设计所述反馈回路，使得所述反馈回路的传递函数F(s)实现对在所述有用信号频率范围内的模拟传感器信号的衰减和对在所述干扰信号频率范围内的模拟传感器信号的放大，并且，将所述读出电路的所述输出信号反馈至所述读出电路的输入端，并且在那里从所述测量信号中减去所述输出信号。3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述反馈回路的传递函数F(s)对于所述有用信号频率范围以及对于所述干扰信号频率范围具有不同放大因子，其中，所述不同放大因子之间的比例至少为10。4.根据权利要求2或3中任一项所述的传感器，其中，所述反馈回路包括用于所述有用信号频率范围的陷波滤波器。5.根据权利要求2至4中任一项所述的传感器部件，其中，所述反馈回路包括用于所述干扰信号频率范围的谐振器。6.根据权利要求2至5中任一项所述的传感器，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：