用于判定和校准线性传感器输出的数学模型制造技术

本发明专利技术涉及基于输出模型的理论预测对线性传感器输出的准确度进行分析的方法。该方法包括以下步骤：对统计上显著数量的线性传感器进行分析，以便获得在两个或两个以上的运行条件下的运行分布；逐个对线性传感器进行测试，以便获得至少四个数据点；由这四个数据点，为每一运行条件建立输出模型的理论预测；对于相同的运行条件，比较运行分布中对应于给定输入的传感器输出与输出模型的理论预测之间的关系的准确度。还公开了与此相关联的校准算法、机电单元以及进一步的组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及线性传感器以及这类传感器的校准和使用。本专利技术适用于包含一个或一个以上的线性传感器的系统。
技术介绍
在遍及各种工业的大量应用中使用了传感器。传感器能用于检测许多不同的性状。例如，使用传感器检测压力、应变、温度、转矩以及许多其他的性状是公知的。在大多数工业应用中，传感器也被称为变送器。传感器是否为线性取决于其输出(例如电压等电信号)与被测量的输入(例如压力、应变、温度、转矩等等)如何关联。当在恒温下运行传感器时，如果输入与输出之间的关系在本质上是线性的，则将该传感器理解为是线性的。如果不是线性的，根据传感器输入与输出之间存在何种其他类型的关系(例如指数的)对传感器进行特征化。在某些应用中，一个或一个以上的传感器可被集成在较大的单元中。例如，机电单元在一个整体单元中提供机械部件与电子部件(例如微处理器和/或存储器)。机电单元可以相当小，包含不多于一传感器与一电子部件，其中，该电子部件例如能够存储用于该个体传感器的校准算法。然而，工业应用中的机电单元常常包括许多部件，这些部件一起工作以完成分离的功能。广泛用于工业的一类机电单元在性质上是电动液压的，其在一个整体单元中集成了液压部件与电子部件。人们知道，许多电动液压单元包括一个或一个以上的传感器以促进实现该单元的所希望的、可靠的运行。例如，螺线管操作的压力控制阀是通常在其中使用传感器的电动液压单元。在这种类型的应用中，例如，可使用传感器来对从这类阀输出的和/或向这种阀输入的压力进行确定以及替续到(relay to)电子部件(例如压力控制器)。例如，以这种方式替续压力读数能够协助电子压力控制器在工作期间调节阀的液压部件，以便获得所希望的压力输出。已经发现含有螺线管操作的压力控制阀的单元适用于这样的场合例如，在机动车用自动变速器中控制液压流体的流动的应用。在这种类型的自动变速器中，由向螺线管操作阀提供电信号的电子控制器控制变速器速度比(transmission speed ratio)的换档，螺线管操作阀又向压力响应致动器提供流体压力信号，以便完成所希望的变速器速度比改变。然而，经常在系统内的传感器以及其他部件的校准时预测机电单元(无论它们是相对较小还是较大，例如使用螺线管操作压力控制阀的自动变速器系统)的准确度和可靠性。在电子部件中含有传感器校准算法的已知机电单元典型地依赖于将传感器组装到完整的机电单元之前在逐个传感器的基础上确定的传感器校准。但是，运行期间对组装后的机电单元(例如螺线管操作的压力控制阀系统)中的传感器的校准以及对传感器校准的维护已被证明是复杂的。如本领域技术人员所知，传感器在组装前的输出常常与组装进机电单元后获得的传感器输出不同。组装前的传感器输出还可能与变化的运行条件下的传感器输出不同。例如，粘性波动、温度改变以及暴露于流体污染物等环境变化能够影响传感器输出。图1示出了运行期间基于温度变化的个体传感器输出的变化。图1示出了在三种不同的温度(即温度A、温度B与温度C)下传感器输出与输入之间的关系。变化的温度下在传感器输出中观察到的这种变化在运行期间能够对依赖于传感器精确输出的系统的连续准确度产生不利的影响。如果使用传统的传感器校准算法的话，通常没有将这些环境变化纳入考虑。还有一些组装后的变化——例如由于传感器封装和附着所产生的变化——也能对传感器输出测量产生影响。例如，用于对传感器进行封装并附着到衬底(substrate)的方法可能影响传感器的输出。另外，用于传感器封装与附着的材料(例如陶瓷或“FR4”等衬底材料的类型)也能在传感器组装到最终产品之中后影响传感器输出。另外，当在机电单元或单元组合中使用一个以上的传感器时，在正常的制造加工中带来的、批次(parts)之间的传感器差异能够进一步使运行期间机电单元的准确校准复杂化。例如，图2示出了基于传感器制造期间产生的批次间差异的传感器输出变化。这里所示出的是三个类似传感器的传感器输出与传感器输入之间的关系，这些传感器是从不同的制造批(即批次A、批次B、批次C)获取的。图2表示的数据是在相同的运行条件下(例如相同的温度下)运行这三个不同的传感器获得的。传统的校准算法典型地不能普遍适用于不同类型的传感器。另外，传统的校准算法没有考虑各类传感器中的个体差异(例如在正常制造加工中所带来的个体差异)。将环境变化以及批次间的差异纳入考虑，所希望的传感器输出与组装后的机电单元中的实际传感器输出之间的变化可能高达约50％。不出意料的是，这样大的准确度偏差通常是成问题的。因此，需要对用于在运行期间校准使用线性传感器的单元并维护其准确校准的技术进行改进。尽管已为使传感器输出准确度的偏差最小化做出了某些努力，这些努力无不具有其缺点。尤其是，这些技术中有许多需要附加的硬件和/或繁重的各传感器个体测试。例如，一种用于使传感器输出准确度的偏差最小化的传统技术涉及在封装后对各传感器进行个体校准。这种个体校准步骤继以传感器的分别的信号处理和放大，以便促使在所有运行条件下获得线性输出。然而，这种技术需要终端用户使用书面“校准纸(calibration sheet)”进行人工设置。如同所预期的那样，这种人工过程可能效率极其低下，尤其是当在较大的机电单元中使用多个传感器的组合的时候。作为替代的方法，代替需要书面校准纸的是可将个体传感器耦合到其中编有个体传感器校准算法的、应用特有的集成电路(ASIC)。然而，以这种方式使用ASIC的需要成本非常昂贵，且经常为各个体传感器增加不希望的物理体积，并因此为传感器被放入其中以便运行的单元增加了不希望的物理体积。另一种使传感器输出准确度的偏差最小化的技术涉及对封装后的传感器进行物理“修整(trimming)”使得各个体传感器在所有运行条件下提供同样的输出。这种技术仍然具有其缺点，缺点之一在于与修正过程相关联的、处理效率的下降。另一个缺点在于使用这种技术常常需要信号处理，这具有降低总体处理效率的影响。人们希望找到一种使组装后以及运行期间的传感器准确度偏差最小化的进一步的技术。具体而言，需要改进的校准方法，特别是提高总体处理效率的校准方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种对于判定线性传感器输出并保证这种输出为预定应用提供可接受的公差(tolerance)有用的数学模型。本专利技术适用于包含一个或一个以上的线性传感器的系统。例如，这种数学模型有利地适用于机电单元中这种线性传感器的使用和校准。本专利技术提供了一种为得到运行期间的连续准确度对传感器进行校准的高效率方法。有利的是，本专利技术的方法由终端用户在组装后的机电单元的设置和运行过程中带来高效率，因为在机电单元内传感器的最终组装之后不需要耗时且成本巨大的校准步骤。虽然如此，存储在机电单元内的校准算法与传感器特征化数据计入了最终组装到机电单元之中后以及不同运行条件下传感器性能的变化。在一个典型实施例中，专利技术的数学模型与相关联的校准技术对于与例如机动车中使用的自动换档变速器(automatic shifting speed changetransmission)结合使用的阀的运行是有用的。在这种典型实施例中，电动操作的电磁阀由电子计算机进行控制，以便控制到变速器换档致动器的压力流体的流动，其中，变速器换档致动器在变换器换档操作中使用，例如为带式离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于输出模型的理论预测对线性传感器输出的准确度进行分析的方法，该方法包括：在第一运行条件Ｔ↓［１］下，对统计上显著数量的线性传感器进行分析，以便获得各个传感器的第一运行分布；在第二运行条件Ｔ↓［２］下，对所述统计上显著数 量的线性传感器进行分析，以便获得各个传感器的第二运行分布；使用输出－输入线的倒数斜率，视情况可选地确定所获得的各个运行分布代表传感器输入与传感器输出之间的线性关系；使用各运行分布的倒数斜率，视情况可选地确定在运行条件的连续体 上建立的运行分布代表线性关系；逐个地测试线性传感器以获得至少四个数据点，其中，所述四个数据点对应于在所述第一与第二运行条件的每一个下基于第一与第二输入获得的测试数据，并被如下表示：（Ｉ↓［１１］，Ｏ↓［１１］）、（Ｉ↓［２１］，Ｏ↓ ［２１］）、（Ｉ↓［１２］，Ｏ↓［１２］）与（Ｉ↓［２２］，Ｏ↓［２２］）；由所述四个数据点建立所述输出模型的理论预测，其中，根据下面的数学方程建立用于确定在给定运行条件Ｔ下并基于给定输入Ｉ的输出的所述输出模型理论预测：输出 ＝Ｏ↓［０］＋Ｉ／ｂ，其中，ｂ＝ｂ↓［１］＋［（ｂ↓［１］－ｂ↓［２］）／（Ｔ↓［１］－Ｔ↓［２］）］（Ｔ－Ｔ↓［１］），其中，ｂ↓［１］＝（Ｉ↓［１１］－Ｉ↓［２１］）／（Ｏ↓［１１］－Ｏ↓［２１］），ｂ↓［２］＝（Ｉ↓［１２］－Ｉ↓［２２］）／（Ｏ↓［１２］－Ｏ↓［２２］）；且Ｏ↓［０］＝（Ｏ↓［０１］＋Ｏ↓［０２］）／２，其中，Ｏ↓［０１］＝Ｏ↓［１１］－Ｉ↓［１１］／ｂ↓［１］，Ｏ↓［０２］＝Ｏ↓［１２］－Ｉ↓［１２］／ｂ↓［２］；比较对应于所述给定输入的、对 于所述第一运行条件的所述第一运行分布中的传感器输出与对于所述第一运行条件的所述输出模型理论预测之间的关系的准确度；以及比较对应于所述给定输入的、对于所述第二运行条件的所述第二运行分布中的传感器输出与对于所述第二运行条件的所述输出模型 理论预测之间的关系的准确度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-9-3 10/934,0581.一种基于输出模型的理论预测对线性传感器输出的准确度进行分析的方法，该方法包括在第一运行条件T1下，对统计上显著数量的线性传感器进行分析，以便获得各个传感器的第一运行分布；在第二运行条件T2下，对所述统计上显著数量的线性传感器进行分析，以便获得各个传感器的第二运行分布；使用输出-输入线的倒数斜率，视情况可选地确定所获得的各个运行分布代表传感器输入与传感器输出之间的线性关系；使用各运行分布的倒数斜率，视情况可选地确定在运行条件的连续体上建立的运行分布代表线性关系；逐个地测试线性传感器以获得至少四个数据点，其中，所述四个数据点对应于在所述第一与第二运行条件的每一个下基于第一与第二输入获得的测试数据，并被如下表示(I11，O11)、(I21，O21)、(I12，O12)与(I22，O22)；由所述四个数据点建立所述输出模型的理论预测，其中，根据下面的数学方程建立用于确定在给定运行条件T下并基于给定输入I的输出的所述输出模型理论预测输出＝O0+I/b，其中，b＝b1+[(b1-b2)/(T1-T2)](T-T1)，其中，b1＝(I11-I21)/(O11-O21)，b2＝(I12-I22)/(O12-O22)；且O0＝(O01+O02)/2，其中，O01＝O11-I11/b1，O02＝O12-I12/b2；比较对应于所述给定输入的、对于所述第一运行条件的所述第一运行分布中的传感器输出与对于所述第一运行条件的所述输出模型理论预测之间的关系的准确度；以及比较对应于所述给定输入的、对于所述第二运行条件的所述第二运行分布中的传感器输出与对于所述第二运行条件的所述输出模型理论预测之间的关系的准确度。2.根据权利要求1的方法，其还包括这样的步骤通过在统计上解释所述输出模型理论预测与对于对应运行条件的所述运行分布之间的最坏偏差，确定所述输出模型理论预测的总体准确度。3.根据权利要求1的方法，其中，所述统计上显著数量的线性传感器包括大约30到大约300个。4.根据权利要求1的方法，其中，所述统计上显著数量的线性传感器从一个以上的制造批次中逐个选出。5.根据权利要求1的方法，其中，在传感器制造后的正常的生产线末端测试期间，对所述统计上显著数量的线性传感器进行分析。6.根据权利要求1的方法，其中，在传感器制造后的正常的生产线末端测试期间，对被选的个体线性传感器进行测试，以便获得所...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y张，DE赫伯特，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：US[]