冗余传感器故障检测制造技术

本发明专利技术涉及一种场传感器设备，包括以对应的不同的第一取向和第二取向设置的第一场传感器和第二场传感器，每个场传感器响应于外场以产生对应的第一传感器信号和第二传感器信号。第一传感器信号和第二传感器信号中的一者或两者被转换为共同取向上的等效可比较传感器信号，并进行比较以确定故障的场传感器。如果确定了故障的场传感器，则产生故障传感器信号，或者，如果没有确定故障的传感器，则产生响应于第一传感器信号、第二传感器信号或可比较传感器信号的输出传感器信号。评估可比较传感器信号之间的差异的取向可以确定第一场传感器和第二场传感器中的哪个有故障。

Fault Detection of Redundant Sensors

The invention relates to a field sensor device, comprising a first field sensor and a second field sensor set in corresponding different first and second orientations, each field sensor responds to an external field to generate a corresponding first sensor signal and a second sensor signal. One or both of the first sensor signals and the second sensor signals are converted into equivalent comparable sensor signals in common orientation and compared to determine the fault field sensor. If a fault field sensor is determined, a fault sensor signal is generated, or, if no fault sensor is identified, an output sensor signal responding to the first sensor signal, the second sensor signal or the comparable sensor signal is generated. Evaluating the orientations that can compare the differences between the sensor signals can determine which of the first and second field sensors is faulty.

【技术实现步骤摘要】
冗余传感器故障检测专利
本专利技术大体上涉及场传感器故障检测结构、电路和方法。
技术介绍
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信号值。特别地，磁传感器用于测量磁场，例如在诸如汽车的运输系统中。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，期望传感器较小并且与电子处理电路系统集成，以便降低总传感器尺寸并提供改进的测量和到外部电子系统的集成。例如，US2016/299200描述了一种用于测量磁场的霍尔效应磁传感器，其包括在衬底上的半导体材料中形成的集成电路，以及绝缘层和粘合层。来自传感器的测量值会随时间漂移，从而即使当被暴露在相同场时也提供变化的测量值。例如，场测量值可以从期望的标称值偏离，灵敏度可以变化使得测量值是期望值的倍数(大于或小于1)，或两者。这种变化可能是环境条件变化的结果，例如温度或湿度或操作因素(例如振动或老化)。此外，出于类似的原因，设备可能随时间而失效。此外，制造传感器的材料可以具有影响传感器响应的准确度、偏移偏差或对称性的缺陷。因此，重要的是包括诊断能力以检测复杂的安全关键系统(例如汽车系统)中的故障或失效，从而可以针对任何故障的或失效的(failed)传感器设备执行维修或者可以提供替换。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值的方法。在该方法中，霍尔效应传感器用具有第一值的激励电流激励。当用具有第一值的激励电流激励霍尔效应传感器时，得到对应于霍尔效应传感器的电压输出的第一测量值。另外，霍尔效应传感器用具有第二值的激励电流激励，第二值不同于第一值。当用具有第二值的激励电流激励霍尔效应传感器时，得到对应于霍尔效应传感器的电压输出的第二测量值。然后至少基于第一测量值和第二测量值来验证霍尔效应传感器的操作。在US2016/252599A1中描述了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误差信息的开关。特别地，提供了一种设备，其包括磁场传感器、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基于开关的操作来提供指示故障的至少一个信号。US9,523,589描述了一种旋转角度测量装置，具有四个霍尔元件对，用于检测四个不同方向上的磁场分量并用于计算旋转磁体的位置。比较检测到的场分量的角度以确定故障。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复数对霍尔元件(即，磁传感器)的输出信号来计算复数个幅度信息；输出信号对应于复数个旋转角度信息，并且通过比较复数个旋转角度信息并且在一些版本中将其与旋转元件场的强度进行比较来确定故障。US8,749,005描述了一种磁场传感器，具有多个多边形布置的垂直霍尔元件。US9,581,426公开了一种磁场测量设备，其在磁感测表面上具有四个磁电换能器。US7,664,619描述了一种通过将测量到的值与正常范围进行比较以及以其他方式确定故障的用于旋转角度检测设备的故障检测单元。由于场传感器经受导致不正确的场测量值的传感器材料或设备中的操作或结构故障或操作或结构缺陷，因此存在需要传感器设备和系统中的电路和方法，该电路或方法操作和测试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。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是提供能够检测传感器中的误差的场传感器设备。上述目标通过根据本专利技术的解决方案来实现。本专利技术的实施例提供一种场传感器设备，其包括：第一场传感器，以第一取向设置，所述第一场传感器响应于外场以产生第一传感器信号；第二场传感器，以与所述第一取向不同的第二取向设置，所述第二场传感器响应于所述外场以产生第二传感器信号；和控制器，具有控制电路，所述控制电路控制所述第一场传感器和所述第二场传感器以产生对应的第一传感器信号和第二传感器信号，接收第一传感器信号和第二传感器信号，将所述第一传感器信号或所述第二传感器信号或其两者转换为在共同取向上的等效可比较传感器信号，如果有任何故障的场传感器则比较可比较传感器信号以确定故障的场传感器，并且，如果确定故障的场传感器，则任选地提供故障传感器信号并确定第一场传感器和第二场传感器中的哪一个场传感器有故障，或者，如果没有确定故障的传感器，则响应于所述第一传感器信号、所述第二传感器信号或所述可比较传感器信号提供输出传感器信号。根据本专利技术的实施例，场是具有幅度和方向的环境属性或特性，例如矢量场。在各种实施例中，场可以是磁场、压力场、电场或重力场，并且场传感器可以是磁场传感器、压力场传感器、电场传感器或重力场传感器。在本专利技术的一些实施例中，第一取向在两个正交维度中与第二取向不同。在本专利技术的其他实施例中，第一取向在三个正交维度中与第二取向不同。第一取向和第二取向可以是对应的第一坐标系和第二坐标系、第一方向和第二方向或第一维度和第二维度。传感器的取向通过由传感器提供的测量的轴确定。如果第一传感器具有与第二传感器的测量轴不共线的测量轴，则第一传感器和第二传感器至少在由测量轴限定的维度上具有不同的取向。在一些配置中，控制电路包括存储电路，用于存储第一传感器信号、第二传感器信号和任何可比较传感器信号中的任何一个或多个传感器信号。在一些配置中，控制电路包括转换电路(例如，具有存储的软件程序的计算机)，用于将第一传感器信号和第二传感器信号中的任一个或两者转换到不同的取向或坐标系。在一些配置中，控制电路包括比较电路，用于比较第一传感器信号、第二传感器信号和任何可比较传感器信号中的任何一个或多个传感器信号。在一些实施例中，第一场传感器或第二场传感器是角度场传感器，该角度场传感器包括一个或多个传感器元件、传感器元件对，或者是具有多个传感器元件的桥传感器，该多个传感器元件可以测量相对于坐标系的场矢量的角度。每个传感器元件或传感器元件对可以在特定方向上测量场矢量，并且在共同角度场传感器中的传感器元件或传感器元件对可以被正交地布置以测量不同方向上的场，从而提供相对于坐标系的角度测量值。例如，第一角度场传感器可以测量具有方向和幅度的场，并且根据第一坐标系提供具有两个分量(例如Bx、By)的角度传感器测量值。第二角度场传感器可以测量相同的场并且根据与第一坐标系不同的第二坐标系提供具有两个分量(例如Bx’、By’)的角度传感器测量值。在不同坐标系中获取的两个测量值可以通过将它们转换到共同可比较的坐标系(例如通过将Bx’和By’测量值转换到第一坐标系，通过将Bx和By测量值转换到第二坐标系，或通过将Bx和By测量值以及Bx'和By'测量值转换到第三共同坐标系)来进行比较。在一些配置中，第一场传感器和第二场传感器设置在包括衬底材料的设备衬底上，并且第一场传感器或第二场传感器包括至少部分地与衬底材料不同的一种或多种传感器材料。衬底材料可以是半导体，并且控制电路可以至少部分地形成在半导体衬底中或半导体衬底上。控制电路可以包括控制电路材料，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场传感器设备，包括：‑第一场传感器，以第一取向设置，所述第一场传感器响应于外场以产生第一传感器信号；‑第二场传感器，以与所述第一取向不同的第二取向设置，所述第二场传感器响应于所述外场以产生第二传感器信号；以及‑控制器，具有控制电路，所述控制电路被布置用于a)控制所述第一场传感器和所述第二场传感器以产生对应的第一传感器信号和第二传感器信号，b)将所述第一传感器信号或所述第二传感器信号或所述第一传感器信号和所述第二传感器信号两者转换为在共同取向上的等效可比较传感器信号；c)如果有故障的场传感器的话，则比较所述可比较传感器信号以确定故障的场传感器；以及d)如果确定故障的场传感器，则提供故障传感器信号，或者，如果没有确定故障的传感器，则响应于所述第一传感器信号、所述第二传感器信号或所述可比较传感器信号或其任何组合提供输出传感器信号。

【技术特征摘要】
2017.10.10 EP 17195636.01.一种场传感器设备，包括：-第一场传感器，以第一取向设置，所述第一场传感器响应于外场以产生第一传感器信号；-第二场传感器，以与所述第一取向不同的第二取向设置，所述第二场传感器响应于所述外场以产生第二传感器信号；以及-控制器，具有控制电路，所述控制电路被布置用于a)控制所述第一场传感器和所述第二场传感器以产生对应的第一传感器信号和第二传感器信号，b)将所述第一传感器信号或所述第二传感器信号或所述第一传感器信号和所述第二传感器信号两者转换为在共同取向上的等效可比较传感器信号；c)如果有故障的场传感器的话，则比较所述可比较传感器信号以确定故障的场传感器；以及d)如果确定故障的场传感器，则提供故障传感器信号，或者，如果没有确定故障的传感器，则响应于所述第一传感器信号、所述第二传感器信号或所述可比较传感器信号或其任何组合提供输出传感器信号。2.根据权利要求1所述的场传感器设备，其中所述控制电路被布置为确定所述第一场传感器和所述第二场传感器中的哪一个有故障。3.根据权利要求1所述的场传感器设备，其中所述场是磁场、电场、压力场或重力场。4.根据权利要求1所述的场传感器设备，其中所述第一取向在两个维度上或三个维度上与所述第二取向不同。5.根据权利要求1所述的场传感器设备，其中所述控制电路包括存储电路，所述存储电路用于存储所述第一传感器信号、所述第二传感器信号和任何可比较传感器信号或旋转矩阵中的任何一个或多个。6.根据权利要求1所述的场传感器设备，其中所述第一场传感器或所述第二场传感器包括一个或多个传感器元件或一对或多对传感器元件。7.根据权利要求1所述的场传感器设备，其中所述第一场传感器和所述第二场传感器设置在包括衬底材料的设备衬底上，并且其中所述第一场传感器和所述第二场传感器包括至少部分地与所述衬底材料不同的一种或多种传感器材料。8.根据权利要求7所述的场传感器设备，其中所述衬底材料是半导体，并且所述控制电路至少部分地形成在所述半导体衬底中或所述半导体衬底上。9.根据权利要求7所述的场传感器设备，其中所述控制电路包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·毕尔巴鄂德蒙迪扎巴尔，M·泊札特，
申请(专利权)人：迈来芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH