对传感器设备的输入信号的调制制造技术

本发明专利技术提出了一种基于输入信号（Ｈｍ）来产生测量信号（Ｕａ）的传感器设备（２００）。输入信号优选地是磁场。传感器设备包括信号发生装置（２２０）和传感器装置（２３０）。信号发生装置（２２０）产生与输入信号（Ｈｍ）相同类型的周期信号（Ｈｅ）。信号发生装置还基于输入信号（Ｈｍ）和周期信号（Ｈｅ）产生混合信号。传感器装置（２３０）最后基于混合信号和传感器装置（２０３）的特性曲线（１１０）产生测量信号（Ｕａ）。通过将输入信号（Ｈｍ）与相同类型的周期信号（Ｈｅ）相混合，可以在降低传感器设备（２００）的复杂度的同时提高传感器设备（２００）的灵敏度和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种基于输入信号产生传感器信号的传感器设备以及一种测量输入信号的物理特性的方法。具体地，本专利技术涉及一种各向异性磁阻传感器以及一种利用各向异性磁阻传感器来测量磁场的方法。
技术介绍
测量工程是与确定对象的特定物理特性的量值的过程有关的电子工程领域。对象的特定物理特性例如可以是电磁体的磁场大小或者几何对象的长度。这种类型的过程通常被称作测量，用于执行测量的技术设备被称作传感器设备。对感兴趣物理特性的量值进行测量的传感器设备输出电信号，电信号是直接可解释的，并且实现对所测量的量值的直接结论。为此，所测量的量值与电子输出信号的量值应当在数学上彼此成比例。这被称作线性条件，应当在感兴趣物理特性的大范围量值上给出所述线性条件。在测量磁场的情况下，如果要测量的磁场的量值加倍，则传感器设备应当将其输出信号的量值加倍。除了线性条件以外，对传感器设备的要求还由其应用领域来限定。因为传感器设备不会影响任何机械工作，例如发动机旋转或熔化炉加热，所以由于传感器设备占用宝贵的空间，传感器设备的实际存在通常是非预期的。因此，传感器设备必须被构造为尽可能地小，以不限制机器的预期技术效果。此外，在应用领域中，传感器设备易受到对测量有影响的许多外部物理干扰，降低了输出信号的质量并且使输出信号的解释复杂化。为了提供上述传感器设备的示例，在下文中，更详细讨论磁场传感器。磁场传感器在测量工程领域占据重要位置，这是由于磁场传感器允许无接触测量，并且对声学噪声和污染不敏感。磁场传感器可以被划分成基于磁场产生电压的电感性传感器、基于磁场具有可变电阻的场板传感器、以及基于磁场改变其磁性取向的韦根传感器。电感性传感器的示例可以是霍尔传感器，通过基于磁场偏转载流导体中的电流来产生电压。场板传感器的应用在测量工程领域非常广泛。场板传感器用作旋转速度和旋转角度传感器、开关、无接触控制电阻器以及用于直流电的零电势测量。通常，场板传感器具有二次特性。即，如果场板传感器所暴露于的磁场加倍，则场板传感器的电阻降低至四分之一。通常，场板传感器的偏置点位于场板传感器的特性的峰值处。这降低了对小磁场的灵敏度，因为场板传感器不会产生围绕其峰值的可检测延长部分。针对场板传感器的灵敏度提出了多种解决方案。在第一种解决方案中，通过施加偏移，人工地将偏置点移动到峰值之外。尽管提高了灵敏度，但是必须从输出信号中抵消偏移。该偏移抵消要求复杂且成本高的抵消算法，这限制了场板传感器的总体性能。此外，由于使用寿命和温度漂移，偏移不是恒定的，并因此对传感器设备的测量质量有很大影响。在另一种解决方案中，通过向场板传感器添加其他机械特征，来改变场板传感器本身的特性。这样的机械特征例如可以被称作Barber电极。这里不进行关于Barber电极的技术背景的详细描述，这些解决方案增加了场板传感器的复杂度，使得这些类型的传感器不仅是空间密集的而且制造成本高。总之，传感器设备必须灵敏、尺寸小以及对外部物理干扰有抵抗力。从磁板场传感器的示例可以看出，这些条件不能同时实现。如果利用技术手段调节这些条件之一，则另一条件就会变差。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于产生传感器信号的传感器设备，以及一种测量输入信号的物理特性的方法，该方法减小了传感器设备的尺寸并且提高了传感器设备的灵敏度和鲁棒性。该目的可以通过独立权利要求来实现。其他实施例是从属权利要求的主题。本专利技术的基本构思是得益于从通信工程领域获知的载波信号。详细地，提出将要测量的物理特性(在下文中被称作输入信号)的量值调制到周期信号上，所述周期信号起到载波信号的作用。在通信工程领域，将信息信号调制到载波信号上，以使要传输的信号适合于传输信道的物理特性。本专利技术基于将传感器设备视为传输信道的构思。因此，通过将输入信号调制到周期信号上，可以使输入信号适合于传感器设备的物理特性。因此，本专利技术提出了一种用于基于输入信号来产生传感器信号的传感器设备。传感器设备包括信号产生装置和传感器装置。信号产生装置输出与输入信号相同类型的周期信号。即，如果例如输入信号是磁场，则周期信号也是磁场。此外，信号产生装置将输入信号与周期信号混合，并且产生混合信号。传感器装置现在检测混合信号，并且基于混合信号的内部特性来产生检测信号。可以利用与通信工程领域中使用的技术相同技术(例如，通过解调)来直接解释该检测信号。信号产生装置是小技术元件，极为不显著地提高了传感器设备的复杂度，并且在技术上很小地增大了传感器设备。此外，输入信号可以适合于传感器设备的内部特性，具体地适合于传感器装置的内部特性。另一方面，这允许将输入信号的检测移至传感器设备的特性曲线的一部分，其中特性曲线不仅是线性的而且非常陡峭。换言之，通过调制输入信号，可以提高传感器装置的灵敏度。另一方面，还实现了噪声降低，这是由于调制将输入信号变换到频谱部分中，在频谱部分中噪声影响较小。总之，本专利技术提供了 一种小型、灵敏且鲁棒的传感器设备。本专利技术尤其适合于应用在磁场传感器领域。因此，由于场板传感器尤其是各向异性磁阻传感器具有二次特性曲线，因此本专利技术可以特别有效地提高场板传感器的灵敏度， 同时减小场板传感器所需的空间并且提高场板传感器的鲁棒性。对输入信号与周期信号进行混合的最佳方式是通过叠加将输入信号调制到周期信号上。这使得能够对检测信号进行容易且方便的频谱处理，从而便于检测信号的频谱解释。此外，输入信号与周期信号的叠加可以在无需其他技术手段的情况下实现，因此很简单。本专利技术可以被实现为片上系统，因此非常适合于提供小尺寸的传感器设备，例如实现为现代技术应用中的旋转速度传感器。在优选实施例中，信号产生器还可以产生时间偏移的周期信号，其中输入信号也被调制到偏移的周期信号上，以产生偏移的混合信号。因此，传感器装置不仅产生检测信号而且产生偏移的检测信号。通过产生两个不同的周期信号并因此产生两个不同的检测信5号，存在可以相互验证以识别检测误差或其他的两个信号。在周期信号与偏移的周期信号之间的时间偏移为180°的情况下，该实施例最适用。这意味着，两个产生的周期具有相同形状但不同的符号。因此，能够以特别方便的方式来验证两个信号。对于根据先前实施例的传感器设备可以存在两种不同的技术实现。在第一种实现中，传感器装置可以包括两个不同的传感器头。第一传感器头用于基于混合信号来产生检测信号，第二传感器头用于产生偏移的检测信号。这允许以最小信息损耗来产生两个检测信号。在第一传感器头和第二传感器头具有相同物理特性并且被布置为在公共层中彼此啮合的情况下，第一种实现最适用。不仅由于在公共层上布置而使这种实现所需的空间缩减到最小，而且由于两个传感器头相同，还允许有效的误差检测。在第二种实现中，两个传感器信号可以通过复用来产生。这意味着，切换装置可以交替地允许传感器装置基于混合信号产生检测信号，以及基于偏移的混合信号产生偏移的检测信号。可以基于一般数学方法使产生的检测信号中的间断点连续。由于第二种实现仅需要一个传感器头，因此可以进一步缩减传感器设备所需的空间。在本专利技术的另一实施例中，可以省略对周期信号进行偏移以产生两个不同周期信号的步骤。这可以通过对检测信号进行采样来实现。因此，第一采样单元在第一采样时间点处对检测信号进行采样，第二采样单元在第二采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于输入信号（Ｈｍ）产生测量信号（Ｕａ）的传感器设备，包括：信号发生装置（２２０），用于产生与输入信号（Ｈｍ）相同类型的周期信号（Ｈｅ），并且用于基于输入信号（Ｈｍ）和周期信号（Ｈｅ）产生混合信号；以及传感器装置（２３０），用于基于混合信号和传感器装置（２３０）的特性曲线（１１０）来产生测量信号（Ｕａ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·普洛查斯卡，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL