[发明专利]用于冗余组合读出的方法、系统、设备和装置

说明书

本公开涉及冗余组合读出。本发明涉及一种包括四个或更多个传感器元件的传感器设备。包括控制电路的控制器控制传感器元件以测量环境属性，产生与该测量相对应的多于两个的值，并比较这些值以确定故障。通过具有至少一个共同的传感器元件和一个非共同的传感器元件的传感器元件的不同组合来获得多于两个的值。这些值可以在不同的坐标系中测得，并且控制电路可以将场矢量转换到共同的坐标系中。

技术领域

本发明总体上涉及场传感器故障检测结构、电路和方法。

背景技术

传感器被广泛用于电子设备中以测量环境的属性并报告测量到的传感器值。具体地，磁传感器用于例如在诸如汽车的运输系统中测量磁场。磁传感器可以包含霍尔效应传感器或磁阻材料，霍尔效应传感器生成与施加的磁场成比例的输出电压，磁阻材料的电阻响应于外部磁场而改变。在许多应用中，期望传感器是小的并且与电子处理电路集成，以便减小总体传感器尺寸并提供改进的测量和集成到外部电子系统中。例如，申请US2016/299200描述了一种用于测量磁场的霍尔效应磁传感器，该霍尔效应磁传感器包括在基板上的半导体材料中形成的集成电路，以及绝缘层和粘合层。

来自传感器的测量会随时间漂移，从而即使在暴露于相同的场时也提供不同的测量。例如，场测量会从期望的标称值偏离，灵敏度会变化，使得测量是期望值的倍数(大于或小于1)，或测量是期望值的大于1的倍数且测量是期望值的小于1的倍数。这种变化可能是环境条件(例如，温度或湿度)或操作因素(诸如，振动或老化)变化的结果。此外，由于类似的原因，设备可能随着时间而失效。此外，制造传感器的材料可能具有影响传感器响应的精度、偏移偏置或对称性的缺陷。

因此，重要的是要包括诊断能力，以检测复杂的安全关键性系统(诸如，汽车系统)中的故障或失效，以便可以执行维修或者可以为任何故障或失效的传感器设备提供替换。例如，WO2015/038564描述了一种用于验证来自霍尔效应传感器系统中的磁霍尔效应传感器的测量的方法。在此方法中，霍尔效应传感器用具有第一值的激励电流激励。当霍尔效应传感器用具有第一值的激励电流激励时，对应于霍尔效应传感器的电压输出的第一测量被获得。另外，霍尔效应传感器用具有第二值的激励电流激励，该第二值不同于第一值。当霍尔效应传感器用具有第二值的激励电流激励时，对应于霍尔效应传感器的电压输出的第二测量被获得。然后，至少基于第一测量和第二测量来验证霍尔效应传感器的操作。

在US2016/252599中描述了用于管理磁场传感器中的诊断的另一种方法。该设计使用与磁场传感器相关联的、提供错误信息的开关。具体而言，提供一种设备，该设备包括磁场传感器、与磁场传感器相关联的多个开关、以及控制电路，该控制电路被配置为控制多个开关并且基于开关的操作来提供至少一个指示故障的信号。

US 9,523,589描述了一种旋转角度测量装置，该装置具有四个霍尔元件对，这四个霍尔元件对用于检测四个不同方向上的磁场分量并且用于计算旋转磁体的位置。比较检测到的场分量的角度来确定故障。在该设计中，幅度计算单元基于来自第一霍尔元件对和第二霍尔元件对的输出信号的强度来计算表示来自旋转磁体的磁场强度的第一幅度值M，并且基于来自第三霍尔元件对和第四霍尔元件对的输出信号的强度来计算表示来自旋转磁体的磁场强度的第二幅度值Mc。因此，幅度计算单元基于来自多对霍尔元件(即，磁传感器)的输出信号计算多条幅度信息；输出信号对应于多条旋转角度信息，并且通过比较多条旋转角度信息并且在一些版本中通过旋转元件场的强度来确定故障。

US 8,749,005描述了一种具有多个多边形布置的竖直霍尔元件的磁场传感器。US9,581,426公开了一种在磁感测表面上具有四个磁-电换能器的磁场测量设备。US 7,664,619描述了一种用于旋转角度检测设备的故障检测单元，该故障检测单元通过将测量到的值与正常范围进行比较，并以其他方式确定故障。

由于场传感器在传感器材料或设备中会受到导致不正确的场测量的操作或结构故障或缺陷的影响，，因此，在传感器设备和系统中需要操作并测试这些传感器设备和系统以在关键操作条件下检测或校正传感器中的故障的电路和方法。

发明内容