[发明专利]传感器控制中用于剩余值处理的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于控制传感器(310)的装置(300)，其具有转换器单元(320)，用于将输入信号(365)转换为用于控制该传感器(310)的控制信号(360)，以及具有比较单元(330)，用于确定差分信号(370)，该差分信号提供输入信号(365)和控制信号(360)之间的差。此外，该装置还具有调节器单元(340)，用于借助差分信号(370)调节输入信号(365)。在此，差差分分信号(370)的传递函数在传感器(310)的工作频率不等于零时具有零点。

技术领域

本发明涉及一种用于剩余值处理的装置和一种用于剩余值处理的方法。

背景技术

当今技术在许多领域依赖于高精度的传感器。这些传感器通常通过测量感应器从静止位置或复位位置的偏移来获得测量数据。因此，在机械传感器中测量弹簧由于感应器的位置变化或方向变化而引起的张力或扭力，并由此测得所期望的测量数据。在电容式传感器中，感应器的位置变化导致感应器和检验质量块之间的电容量的变化。这可以被测量并由此测得所期望的测量值。

因此，为了提供高精度的传感器，必要的是，在测量前和测量过程中都能准确确定感应器的位置。理想情况是，测量系统在测量后回到静止状态，在该静止状态下，感应器位于准确定义的复位位置。

然而，根据测量系统的构造，测量系统回到静止状态可能需要较长的时间。特别是，当感应器在测量之后以低阻尼振动时，该感应器可能需要很长时间才能重新位于复位位置。在这段时间内就不可能进行准确的测量，因为无法准确知道感应器的位置。

此外还可能的是，测量系统的感应器由于意外的振荡而远离其复位位置。这也可能限制测量的准确性。

因此，有必要确保感应器在测量开始之前位于复位位置。通常的方式是通过施加反作用于感应器的运动的回复力，并由此快速恢复到复位位置。

对于某些传感器类型，例如对于复位的旋转速率传感器，必须向感应器施加随时间变化的回复力。这在旋转速率传感器中是必要的，以补偿由科里奥利力造成的偏转。该回复力则典型地是具有特定工作角频率和/或固有角频率ω₀和特定振幅的振动。因此，也必须以明确不等于零的频率来控制旋转速率传感器，以确保恢复至具有特定振幅的角频率ω₀。

理想情况是，在电容式传感器中，感应器或检验质量块精确地以所需(例如所计算)的力控制或复位。该力在此通过电极上的产生静电力的电压施加。例如使用两个电极，也就是提供两个电压，这两个电压就通过电极间形成的电场产生电极间的力K。该力K的大小由K＝C U²/d得出，其中C为电极间的电容，U为所施加的电压，且d为电极间的距离。由此，为产生特定的力K，所施加的电压必须正比于K的平方根。

在此，回复力例如可以通过两个相对的电极对产生，即，该回复力自这两个电极对的共同作用产生。例如可以向第一电极对施加电压并向第二电极对施加电压这在电容C相同和电极间的距离相同的情况下导致合力K＝C/d(U₁²-U₂²)＝C/dU₀²F。因此，通过值F能够调节回复力。f是可用于其他目的的自由参数。

各个复位所需的力往往数字化计算，并且必须转换为模拟信号以用于感应器。在现实中，在例如从数字化计算的力向模拟物理电压的过渡中，由于在数字/模拟转换器中的转换(也被称为“量化”)，会产生误差。特别是，例如由于上述开平方函数的使用及其计算，和/或由于字长有限(例如16bit)的数字转换器，会产生非理想化的“量化”信号。

由量化产生的误差可以以多种方式干扰传感器系统的特性，因此，所谓的“剩余值处理”就是必要的，在其中确定量化误差，并通过将该误差反馈回传感器系统来设法在相关频带中使误差最小化。