[发明专利]压电或驻极体感测设备

说明书

技术领域

本发明一般涉及压电或驻极体传感器，例如，可用于检测振动或位移。更具体地，本发明涉及对这类传感器的诊断。

背景技术

这样的压电或驻极体换能器已经众所周知。它们通常用于将机械刺激(例如，振动、运动、应变等)转换成电信号。

美国专利申请US 2010/0295563 A1公开了一种占用物检测系统，在汽车座椅上具有电极装置，其中，所述电极装置包括第一电极、第二电极以及夹在第一电极与第二电极之间的电绝缘层。当电极装置处于座椅的合适的位置时，第一电极与车辆地线形成具有第一电容的第一电容器，通过在检测区域的占用项与电场的相互作用，所述占用项对该第一电容可产生影响，第一电极与第二电极形成具有第二电容的第二电容器，并且第二电极形成具有第三电容的第三电容器的第一电容器极板。第三电容器的第二极板可以由在车辆接地电势处的导电表面形成，或者，由在车辆座椅中的其它导电表面(例如，座椅加热器)形成的第三电极、由座椅盘或者被配置在第二电极后面(从第一电极看)的第三电极形成。对第一电容、第二电容和第三电容中至少一个的波动进行测量，并且分析测得的波动的频谱，以便获得对座椅占用状态的指示。根据US 2010/0295563 A1发明中的优选实施例，在第一电极与第二电极之间的电绝缘层包括驻极体层和/或压电层。在该结构中，评估电路除此以外还确定由驻极体或压电层(响应于被施加在驻极体或压电层上的压力)在第一电极和/或第二电极中感应的电流，并且根据感应的电流推导出第二电容的波动。

美国专利US 6,531,884 B1涉及一种用于测试压电传感器的诊断设备。所述诊断设备包括AC源，其以两个或多个不同频率对压电传感器施加AC信号。被耦合到压电传感器的测量电路测量传感器对于所施加的AC信号的响应，并且提供所测量的输出，该输出与传感器电阻以及压电传感器的传感器电容有关。诊断电路提供随所测量的输出变化的诊断输出。该公开系统的一个缺点是，测量模式与诊断模式必须一个接一个地进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的压电和/或驻极体感测设备，其具有自诊断能力。该目的通过根据权利要求1所述的压电和/或驻极体感测设备来实现。

一种压电和/或驻极体感测设备，包括：压电和/或驻极体换能器，用于产生响应于机械刺激的测量电流；以及，控制和评估电路，其被连接到所述换能器。根据本发明，所述控制和评估电路包括：跨阻抗放大器，其具有第一输入端和第二输入端，所述换能器被可操作地连接在第一输入端与参考节点(例如，位于接地电势处的节点)之间；以及，电波形发生器，其用于生成电波形，所述电波形发生器被可操作地连接在第二输入端与参考节点之间。所述跨阻抗放大器被配置为控制第一输入端，使得消除在第一输入端与第二输入端之间的电势差，并且被配置为输出关于参考节点处电势的输出电压，所述输出电压指示流过换能器的电流。控制和评估电路被配置为识别输出电压中指示测量电流的第一分量和输出电压中指示由波形的产生所导致的电流的第二分量。另外，所述控制和评估电路还被配置为基于第二分量来检测短路和/或断线。例如通过将第二分量与各自的阈值进行比较来检测这样的短路或断线。

应当意识到，所述压电和/或驻极体换能器以及波形发生器(其可以包括，例如振荡器和/或伪随机噪声发生器)被电串联在跨阻抗放大器的第一输入端和第二输入端之间。所述波形发生器在没有由换能器输出的测量信号所占据的一部分频谱中产生其波形，即，电波形与测量电流在频谱上分开。以这样的方式，输出电压的第一分量和其第二分量能够容易地由控制和评估电路分开。

优选地，所述控制和评估电路包括用于识别第一分量的处理链，用于识别第一分量的所述处理链包括被可操作连接到跨阻抗放大器的滤波器，所述滤波器被配置为用于抑制第二分量。

所述控制和评估电路可以包括用于识别第二分量的处理链。用于识别第二分量的所述处理链包括：同步整流器，其对波形进行同步；以及，低通滤波器，其用于识别输出电压的第二分量。具体地，用于识别第二分量的所述处理链可以包括：混合器，其与跨阻抗放大器以及电波形发生器可操作地连接，用于将输出电压与波形相乘；以及，低通滤波器。

优选地，用于识别第二分量的处理链：包括IQ解调器，其用于将第二分量识别为复电压，所述复电压包括同相部分和正交相位部分。在这种情况中，控制和评估电路可以被配置为通过监测复电压是否保持在复平面的预定区域之中来检测短路和/或断线。

电波形发生器可以包括AC信号源，例如振荡器。