逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法和傳感器設備的製作方法

2023-07-13 17:14:41 1

專利名稱：逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法和傳感器設備的製作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及一種確定在很多技術領域中示例性使用的傳感器設備的校正值近似曲線的方法。
背景技術：
在很多傳感器或傳感器設備中，由於製造、環境、操作或其他效應所造成的影響， 導致使用這些傳感器或傳感器設備檢測到的測量值發生訛誤。根據傳感器、傳感器類型或 效應，相應的訛誤可以對所建立的測量值有不同效應。除了簡單的偏移之外(即，相應測量 值偏移了常數或參數相關值)，還可能發生更複雜的訛誤。例如，作用於傳感器上的測量量 和傳感器檢測到的相應測量值之比可以表現出參數相依性。此外，可以在作用於傳感器上 的測量量和傳感器檢測到的測量值之間得到參數相關的非線性特徵曲線。除此之外，需要通過實現改進的校正值近似曲線來提高測量精度，所述改進的校 正值近似曲線同時允許簡化的傳感器製造。

發明內容
通過本發明的實施例，如根據權利要求1或12所述的方法、根據權利要求13所述 的傳感器設備、根據權利要求21所述的霍爾傳感器設備或根據權利要求22的程序，解決了 該基本問題。本發明的實施例基於下述發現可以通過考慮改進的校正近似曲線來實現測量精 度中的提高，其中可以基於單一初始校正值和第一參數係數來建立這種改進的校正近似曲 線。在本發明的實施例中，通過逐段確定校正近似曲線來實現這一點，其中利用預定的初始 校正值和與初始參數值相關的第一參數係數來預設第一參數範圍中的、校正近似曲線的第
一子段。如果滿足與傳感器設備相關聯的第一參數值的預定條件或另一觸發條件，則首先 將確定第一測量信號值，所述第一測量信號值與傳感器設備的測量值相對應，並且同時與 傳感器設備的傳感器元件的第一測量信號相對應。通過改變與傳感器設備相關聯的第一參 數值(其中獲得與傳感器設備相關聯的第二參數值)，可以用該第二參數值來確定第二測 量信號值。這允許基於描述了第二子段、第一參數值、第二參數值、第一測量信號值、第二測 量信號值以及初始校正值的函數關係，來建立針對第二參數範圍的、校正近似曲線的第二 子段。在本發明的實施例中，第一參數值在校正值近似曲線的第二子段所基於的第二參數 範圍內。與測量值或測量信號值不同，校正值對於測量技術來說一般僅在特定環境下是可 訪問的。通常，如果傳感器或傳感器設備例如已經受到影響，其中傳感器或傳感器設備通過 改變其測量信號或測量值來對該影響作出反應，則基本上將不再可以訪問該校正值。在很 多情況下，這可以應用於在組合件或其他技術設備中使用的傳感器。此外，根據傳感器、傳 感器的類型以及傳感器的靈敏度，結果可能是在使用該傳感器的情況下，不能在特殊屏蔽或特殊穩定的空間之外建立校正值。為了確定相應的校正值，在很多情況中不可避免的是，在相對於影響(傳感器對該影響敏感)而屏蔽的空間中或在特殊穩定的空間中測量傳感 器。例如，本文將提到磁場傳感器，在該磁場傳感器中，根據傳感器的靈敏度，僅可以在磁充 分屏蔽的空間中執行這種校正值(例如，偏移值)的確定，這是因為由於地球磁場使得已經 可以預期測量值的訛誤或改變。當然，當不在相應屏蔽或穩定的空間中執行這些操作時，測 量絕對校正值時可能發生相應的訛誤。


通過附圖將詳細說明本發明的實施例。圖Ia示出了逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法的實施例的流程圖；圖Ib示出了可以使用逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法的實施例來確定 的參數相關校正值近似曲線的示例；圖2示出了傳感器設備的實施例的框圖；圖3示出了可霍爾傳感器設備的實施例的框圖；以及圖4示例性地示出了溫度相關校正值曲線與逐段確定的校正近似曲線的比較。
具體實施例方式在允許以相應測量量上的測量值的形式來確定影響的許多傳感器中，使得可以考 慮校正值或校正值近似以提高傳感器可實現的測量精度的效應經常使測量值訛誤。使測量 值相對於作用在傳感器上的測量量而發生訛誤的不同效應可以使測量值相對於基本測量 量發生不同訛誤。除了簡單的、可能是參數相關的偏移(即，測量值相對於測量量的移位) 之外，還可能發生更複雜的訛誤。除了相對於測量量的改變而言測量值梯度的參數相關或 測量值相關改變之外，還可能發生更複雜的訛誤，如，非線性訛誤。為了抵消該類型的訛誤，在很多情況中當使用相應傳感器進行測量時，可以考慮 相應的校正值或校正值近似。例如可以將校正值或校正值近似實現為傳感器(也稱作傳感 器設備)的測量值的加法、乘法或更複雜的校正。例如可以使用以下所述的逐段確定參數相關校正值近似曲線以校正傳感器設備 的測量信號的過程，以便控制霍爾傳感器的溫度相關自旋流偏移。然而，後續的解釋將說 明，本發明的過程可以應用於受到偏移、測量誤差或誤差信號侵擾的所有傳感器設備，其中 除了溫度改變之外，可以將壓力改變以及其它改變的環境影響當作是影響或幹擾測量值的 傳感器參數。在詳細描述本發明的實施例及其工作模式之前，需要指出，為了簡化說明，由相同 或相似的參考數字來表示具有相似功能或等同功能的元件、電路以及其他對象。此外，此處 需要指出，除非另行明確指出，否則引用具有相似功能或相同功能的元件、對象和電路的相 應描述部分是可以互換的。此外，為了簡化說明，對於在一個實施例中出現多次的組件，將 在另一曲線中使用概括的引用數字，除非對單體元件或對象的引用。這也使得可以簡化並 更清楚地構建說明書。參考圖la、lb以及2至4描述了逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法的第一 實施例，圖Ia示出了該方法的實施例的流程圖，圖Ib示出了相應的參數相關校正值近似曲線的示例，而圖2以框圖的形式示出了相應傳感器或相應傳感器設備。然而，首先將參考圖Ia和Ib來討論本發明方法的第一實施例。在圖Ia中以流程圖的形式示出的逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法的實 施例基於下述事實預設相對於初始參數值Ptl的初始校正值AW和第一參數係數pKl (即，例 如在一系列測試中測量並存儲在傳感器中)，該初始參數值Ptl—般在第一參數範圍215-1 內。基於第一參數係數PKl和初始校正值AW來給出分成段的校正值近似曲線240的第一 子段240-1。圖Ib基於根據參數ρ的實施例使用校正值和校正值近似值的相應繪圖示出了這 一點。從而，圖Ib示出了校正值曲線200，在測量操作期間一般不再可訪問該校正值曲線 200，在初始參數值Ptl處該校正值曲線200呈現初始校正值AW (絕對值)。初始參數值ρ。 在第一參數範圍215-1內，在圖Ib示意性示出的情形下，相對於參數值p，該第一參數範圍 215-1在ρ。- Δ ρ和ρ。+ Δ ρ之間的參數區間中擴展。在圖Ib所示的情形中，第二參數範圍215_2(在該範圍上本發明的實施例將建立 校正值近似曲線240的第二子段240-2)與第一參數範圍215-1 (在該範圍上定義校正值近 似曲線240的第一子段240-1)鄰接。在此處描述的本發明的示例中，第一和第二參數範圍215-1、215_2是相互鄰接 的，使得在相對於相應傳感器固有的參數值、量化解析度或另一個解析度極限相關來考慮 測量解析度的情況下，在第一和第二參數範圍215-1、215-2之間不存在參數值。在開始方法之後(步驟S100)，當在步驟SllO發現與傳感器設備相關聯的第一參 數值P1滿足預定的條件或觸發條件得以滿足時，在步驟S120將確定在第一參數值P1處的 第一測量信號值MW1。隨後，在步驟S130，改變與傳感器相關聯的第一參數值P1，使得將獲 得第二參數值Ρ2。在步驟S140，在第二參數值ρ2處確定第二測量信號值MW2，於是在步驟 S150，在步驟S160中方法結束之前，考慮到第一和第二參數值P1和P2、第一和第二測量信 號值MWl和MW2以及初始校正值AW，基於描述第二子段240-2的函數關係來建立校正值近 似曲線240的第二子段240-2。然而如果在步驟SllO發現第一參數值不滿足預定的條件， 並且觸發條件也沒有得到滿足，則直接進入步驟S160。使用在參數值P1 (第一參數值)和P2 (第二參數值)處確定的測量信號值MWl (第 一測量信號值)和MW2 (第二測量信號值)，基於下列關係formula see original document page 8可以確定第二參數範圍215-2中的參數係數ρΚ2，在該第二參數範圍215_2中至 少可以建立參數值Pl。可以基於該參數係數ΡΚ2來進行對校正值近似曲線240的第二子段 240-2的描述，在圖Ib所示的情形中該第二子段240-2連續地接著校正值近似曲線240的 第一子段240-1。在圖Ib所示的情形中，在兩個鄰接參數範圍215-1、215_2的情況中，校正近似曲 線240的第一和第二子段240-1、240-2彼此相接，其中同樣必須考慮關於測量值或測量信 號而提到的解析度極限。如稍後將解釋的，逐段確定的參數相關校正近似曲線240還可以 包括與一個或若干附加參數範圍相關的一個或若干其他或附加子段。圖2示出了被實現為傳感器100的本發明的實施例。傳感器100包括用於提供與相應測量值相對應的測量信號的第一傳感元件110。此處，第一傳感器元件110耦合至處理 電路120，處理電路120被配置為檢測相應的測量信號。此外，處理電路120耦合至第二傳 感器元件，所述第二傳感器元件用於提供與參數值相對應的參數信號。處理電路120被此外配置為基於測量信號、測量信號中包含的測量值、參數信號以及參數信號中包含的參數值來執行之前描述的逐段確定參數相關校正值近似曲線的方 法。根據具體實現方式，傳感器100此外包括作為可選組件的參數值改變裝置140(圖2中 用虛線指示的)，該參數值改變裝置140能夠改變第一傳感器元件110 (該元件110用於實 際測量值檢測)的參數值。由第二傳感器元件130來執行改變相應參數或實際確定傳感器 100(或第一傳感器元件110)的參數值，為此在本發明的實施例中，使第二傳感器元件130 在空間上儘可能靠近第一傳感器元件110，最理想的是直接與第一傳感器元件110相鄰。為 了引起(如果適用的話)參數值的最本地有限改變，這也類似地對於可選參數改變裝置140 成立(如果實現了的話)。如果參數改變裝置140的相應實現不是必須的，則處理電路120還可以間接地引 起第一傳感器元件110的相應參數改變，例如通過改變供電(如，通過增大或減小供電)。從而本發明的實施例基於下述基本理念通過能夠將用於確定絕對校正值的複雜 的系列測試限制為初始參數值處的單一初始校正值，可以改善傳感器100的測量結果，同 時簡化傳感器100的製造方法或校準方法。相對於至少第一和第二參數範圍，逐段確定或 建立校正值近似曲線，該校正值近似曲線至少具有第一子段和第二子段，第一子段基於預 定的初始校正值以及預定的第一參數係數。對於第二參數範圍和校正值近似曲線的相應第 二子段(例如，相對與參數值，可以接著第一子段的第一參數範圍或與之鄰接)，可以通過 確定在第一參數值處確的一測量信號值以及在第二參數值處的第二測量信號值來確定第 二子段。此處，通過改變相應參數值來從第一參數值得到第二參數值。由於如已經解釋過 的，一方面在校正值和校正值近似之間存在實質上的差異，另一方面在測量值和測量信號 值之間存在差異，因此基於預定的初始校正值來間接或直接地建立第二子段。得到的優點是，在本發明的實施例中可以在工作中實現確定初始校正值和第一參 數係數的簡化的校準方法，其中，與僅基於在校準測試中確定的這兩個值的校正值近似曲 線相比，可以實現顯著提高的測量精度。此外，本發明的實施例還允許關於大參數範圍(例 如關於在汽車行業、船舶行業、航空行業以及很多其它技術應用中的傳感器而發生的)的 改進的補償。使用被實現為逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法和相應傳感器的本發 明的實施例，還可以在與僅可以使用外推法(extrapolation)來訪問的工作參數相關的範 圍內顯著地提高測量精度。換言之，本發明的實施例允許使用下述工作參數範圍中的傳感器針對該參數範 圍，在系列測試或相應的校準和測試測量中沒有確定初始校正值和參數係數。本發明的實 施例的另一個優點是，可以通過以下方式來進行對傳感器中可能發生的老化效應的補償 在接通傳感器時，響應於相應的CPU(中央處理單元)指令或另一個基於處理器的指令，有 規律地(例如，在經過特定時間段之後)相應地確定分段參數相關校正值近似曲線。以這 種方式確定的參數係數或以這種方式確定的校正值近似曲線的子段可以保存在存儲裝置 中以供進一步使用。從而，如果需要的話本發明的實施例允許有規律地執行監控以及可選 地校正校正值近似曲線或其子部分。
儘管在如圖3和4所示的本發明的實施例中，將示例性地描述霍爾傳感器或霍爾 傳感器設備，這僅是本發明的非限制性的單一實施例。下面圖3和4所示的實施例是關於 磁場傳感器的，在該傳感器中將溫度或溫度值用作偏移補償(作為校正值近似)中的參數 值。本發明的實施例顯然不受於霍爾傳感器及其偏移值的溫度相依性，而是可以應用於多 種不同的傳感器和相應的參數。霍爾傳感器可以示例性地呈現出最大的並且還在很大程度上依賴於溫度的偏移。可以使用所謂的自旋流定律(SC)在根本上減小該偏移，然而自旋流偏移的溫度相依性通 常仍然存在。自旋流定律是在特定時鐘頻率下連續地循環轉動用於對傳感器的霍爾傳感 器元件的霍爾電壓進行檢測的測量方向(例如，轉動90° )，並將整個360°轉動的所有測 量信號加起來。圖3示出了霍爾傳感器100的框圖，霍爾傳感器100包括作為第一傳感器元件110 的霍爾傳感器元件。在圖3所示的本發明的實施例中，將霍爾傳感器元件110示例性地耦 合至處理電路120，處理電路120用於進行控制以及用於經由彼此偏移90°的四個端子來 評估霍爾傳感器元件110的傳感器信號。在本發明中，彼此相耦合的兩個組件意味著彼此 直接相連的組件或經由另一個組件(比如電阻、放大器)彼此間接相連的組件。霍爾傳感器100此外包括作為第二傳感器元件的溫度傳感器元件130，在圖3所示 的實施例中該第二傳感器元件是電阻器元件。根據具體實現方式，例如基於半導體化合物， 溫度傳感器元件可以是PTC(正溫度係數)電阻器元件、NTC(負溫度係數)電阻器元件或 另一個相應的電阻器元件。此外，霍爾傳感器100包括作為可切換熱源的加熱元件140(作 為參數改變裝置140)。可以將該加熱元件示例地被實現為具有相應電阻的電阻器元件。從而本發明的實施例的特徵是使用溫度傳感器元件130，在系列測試中，在晶片 上僅在一個溫度TO (初始參數值)處建立偏移溫度係數TK (參數係數)和偏移量絕對值 AW(初始校正值)。不再需要在系列測試期間在不同溫度處的附加測量，從而可以節省該附 加測量。從系列測試校準中的該第一測試測量開始，僅在傳感器100的工作期間進行在整 個工作溫度範圍上的校準。此處將使用已經描述的下列運行模式。從偏移量的已知值AW和TK開始，傳感器 100在實際上沒有接近系列測試溫度的偏移的情況下工作。使用溫度傳感器元件130，可以 由處理電路120在工作期間監控工作溫度。如果該溫度改變了特定量ΔΤ，則將在晶片上建 立另一個偏移溫度係數，即，第二參數係數。這樣，原則上可以以任意數目的直線或其它函 數關係來仿真或近似相對於溫度的偏移曲線。圖4示出了傳感器100的偏移曲線(校正值曲線)和由三條直線仿真的偏移曲線 (作為逐段確定的校正值近似曲線)之間的示意性比較。更明顯地，圖4示出了依賴於溫 度T的校正值和校正值近似的曲線圖。此處，圖4所示的曲線200表示霍爾傳感器100的 實際偏移曲線，實際偏移曲線在工作期間通常不再是可訪問的。除了霍爾傳感器100的該 實際偏移曲線之外，在圖4中此外指示了第一近似直線210，該直線210的曲線是在溫度TO 處的系列測試中由絕對值AW和溫度係數TK來確定的。從而近似直線210表示第一溫度範 圍215-1內近似校正值曲線240的第一子段240-1。基於已知的或預定的絕對值AW和溫度 係數TK的該起點，則可以在不同溫度處確定其它溫度係數TK2、TK3、以仿真或近似偏 移曲線200。
例如當溫度超過閾值溫度Tg = Ttl+Δ T並從而離開第一溫度範圍215-1時，在之 前描述的方法中可以在相應的溫度值Tl (第一參數值)處確定霍爾傳感器100的第一測量 信號值MW1。隨後，通過控制加熱元件140，可以將溫度升高另一個值，例如該另一值相對於 溫度值Δ T而言是小的，以便在作為第二參數值的該溫度值Τ2處檢測第二(測量)信號值 MW2。利用溫度Tl處的第一測量值MWl和溫度Τ2處的第二測量值MW2，根據下述等式得到 在大於(Ttl+Δ Τ)的溫度處在第二溫度範圍215-2內的第二溫度係數formula see original document page 11相應近似直線的梯度與校正值近似曲線240的子段240-2的一樣。從而同樣如圖4所示，例如，可以通過在溫度Tg = (T0+Δ T)處使近似直線210和 第二近似直線220連續相接，基於第二溫度係數ΤΚ2來確定校正值近似曲線的第二子段 240-2。通過採用在溫度Ttl-AT以下的溫度T處的第三溫度範圍215-3 (第三參數範圍或 另一參數範圍)進行類似的處理，可以建立或確定逐段確定的、校正值近似曲線240的第三 子段240-3，該第三子段240-3在圖4中被示為第三近似直線230。此處，溫度(Τ。-ΔΤ)和 (T0+Δ Τ)之間的溫度範圍表示第一溫度範圍或第一參數範圍，而在第一提到的溫度值以下 的溫度範圍或在第二提到的溫度值以上的溫度範圍分別表示第二溫度範圍和第三溫度範 圍，使用第二溫度範圍和第三溫度範圍來仿真霍爾傳感器100的偏移。在圖4中，使用作為 分段校正值近似曲線240的三條直線來用黑體強調該偏移仿真。此外，圖4示出了基於偏移仿真240的在使用之前描述的方法進行校準之後的殘 餘偏移的曲線250，該曲線250示出了在溫度(Τ。+Δ Τ)以上和溫度(Ttl-Δ Τ)以下的溫度範 圍內實現的改進。從而，在這兩個區間中，殘餘偏移曲線250相對於在(Ttl-AT)和( ^+ΔΤ) 之間的第一溫度範圍內的曲線清晰地急變，這說明了傳感器100的精度的提高。溫度係數TK (此處是溫度係數TKl)的這種晶片上校準的基礎是可切換熱源140。 使用該可切換熱源140，可以在工作期間將霍爾傳感器加熱。當已知溫度差異ΔΤΕΜΡ和測 量值差異AMW時，可以確定溫度係數。已經提到過的有利優點是在通過圖4描述的本發明的實施例中，在無場的空間 中僅必須測量絕對值AW。與絕對值AW不同，可以在應用磁場的情況下測量溫度係數ΤΚ、 ΤΚ1、ΤΚ2，這是由於溫度係數ΤΚ、ΤΚ1、ΤΚ2(在良好的近似下)與相應的電流測量值無關。根 據霍爾傳感器100的具體實現方式和應用，此處可以在由加熱元件140進行溫度改變期間 將傳感器100外露於恆定磁場或至少平均值不改變的磁場。從而，例如在磁場在恆定磁場 值周圍周期性地改變的情況中，還可以基於在這種變化磁場的周期上的積分來確定第一和 第二測量信號值。如已經在圖4所示的實施例中說明的，當然可以使用包括相應子段在內的多於兩 個溫度範圍或參數範圍來仿真校正值曲線。基本上，測量或確定的溫度係數TK越多，則仿 真越精確並且發生殘餘偏移的可能性越低。因此結合圖3和4描述的本發明的實施例表示使用相應溫度係數TK的晶片上確 定來對霍爾傳感器100中的溫度相關偏移的自動校準。除了如在圖3中所示的本發明的實 施例中一樣使用加熱元件140之外，任何其它電路部件(即，甚至第一傳感器元件110或霍 爾傳感器110本身)可以用作可切換熱源。例如，霍爾傳感器元件110中的消耗功率例如越高，在相應霍爾傳感器中的加熱越快。可以相應地更快地確定一個或若干溫度係數。基 本上，例如可以通過斷開電路部件來相對於正常工作期間(正常工作模式或狀態)的溫度 值而降低霍爾傳感器元件的溫度。在該情況中，必須記住使用等式(2)或確定溫度係數，在 該情況中考慮溫度改變的相應標記。這意味著在該情況中，必須提供負溫度改變。除了使 用加熱元件之外(例如，電阻器或其它可切換熱源)，還可以通過增大或減小傳感器、傳感 器設備、傳感器元件或電路的其它部分的功率來引起溫度改變。當然，此處還可以使用冷卻 元件，比如Peltier元件。如已經討論的，當校正測量值或逐段確定參數相關校正值近似曲線時，可以使用 除了溫度之外的不同參數。除了溫度之外，例如可以使用壓力、機械變形或依賴於環境或操 作的其它參數。這些其他參數的示例是電壓、電流以及化學環境參數(比如環境的氧氣含
量)O當之前提到的一個或若干參數對傳感器、傳感器設備或相應的傳感器元件本身有影響時，可以通過相應的傳感器元件來確定該參數並且經由另一個參數來直接或間接地影 響該參數，可以使用本發明的實施例來執行參數相關校正值近似曲線的相應的逐段確定。 在對傳感器、傳感器設備或傳感器元件本身造成壓力或另一機械影響的情況中，例如可以 將壓電元件用作參數改變裝置140。除了使用圖4中描述的近似直線之外，還可以使用其它函數關係來在形式上描述 校正值近似曲線的參數相依性。如之前已經討論的，一般絕對校正值是不可訪問的，然而可 以使用從子段確定的參數係數和其它校正值近似來建立對無法得到的真實校正值曲線加 以仿真的數學函數或函數關係。還可以在校正值近似曲線的子段中使用相應的公式和數學 關係。使用測量信號值麗1(第一測量信號值)和麗2 (第二測量信號值)，可以基於等式 (1)來確定相應參數範圍215中的參數係數pK，其中，測量信號值麗1 (第一測量信號值) 和麗2 (第二測量信號值)是通過使用兩個參數值Pl (第一參數值)和ρ2 (第二參數值) 來確定的，至少參數值Pl在參數範圍215中。基於這些參數係數ρΚ，可以利用多項式函數、 有理函數(兩個多項式表達式的商)、指數函數、雙曲線函數、諧函數或相應函數的其他組 合來描述校正值近似曲線的子段。在N階多項式表達式的情況中，N是正整數，將更詳細地說明這一點。多項式表達 式基於下述的表達式
Nf(p) = Yj^-Pkρ是參數值，f(p)是在參數值ρ處的多項式表達式的值，ak是實值係數，k是0到 N範圍內的整數。在將子段描述為直線(N = 1)的情況中，必須針對每一個子段設置兩個參 數O^a1)。因此，在直線的情況中，將對子段的相應曲線應用兩個條件。在拋物線的情況 中(N = 2)，將相應地設置包括三個條件在內的三個參數。一般來說，在N階多項式表達式 的情況中，將對每一個子段應用(N+1)個條件，這是由於必須為每一個子段確定相同數目 的參數。此處，在每一個參數範圍中，根據等式(1)參數係數滿足至少一個條件。根據要確 定的多項式表達式的其它係數的數目，例如將對獨立子段相對於彼此的接續性、獨立子段 在所述子段所基於的參數範圍的相應邊界處和/或相對於初始校正值(作為多項式曲線的 絕對值)的可微性，應用其他條件。關於相應多項式或函數關係的更高階導數，還可能需要連續性或可微性作為(其他)邊界條件。在本描述中，連續性和可微性是數學意義上的，不考慮由噪聲、量化效應或限制解 析度的其他效應引起的相應跳躍。換言之，這意味著在逐段確定的參數相關校正值近似曲 線中，或甚至在獨立的參數範圍內，參數相關校正值近似曲線的子段在以下情況下是連續 的對於每個校正值近似值的相應參數範圍的所有參數，對於該值周圍的所有(數學上可 定義的)區間，存在包括相應參數值的另一(數學上可定義的)區間，使得對於該另一區間 內的所有參數值而言相應的校正值近似值在第一區間內。此處，如前面在關於噪聲、解析度 或量化來說明的限制可能導致將相應區間的數量限制為小值或大值。以此類推，在本描述 中，此處可微性意味著校正值近似曲線或其子段的(數學可定義)導數的連續性。當不能 以實際可行的方式來定義該數學可定義導數時，在本描述中，將術語可微性擴展到相應的 微分曲線，其中考慮相鄰參數的參數值和校正值近似值的差異。之前關於噪聲、解析度和量 化的討論的評論在此處也成立。在圖4所示的考慮階數(多項式的階數N= 1)的實施例的情況中，從而例如可以 由下述等式來描述校正值近似曲線的第一分段(ρ) = Pk1 · (p-p。)+f0(4)其中，與圖4所示的實施例不同，採取參數ρ而不是溫度Τ。此處，f\(p)是採用參 數值P的情況下第一分段的值，Pk1是第一參數係數，Po是初始參數值，其中在相應傳感器 100的系列測試中確定校準測量和/或測試測量中的初始校正值&。如果參數值ρ超過關 於參數值的閾值Pg並從而改變到第二參數範圍(在該範圍上定義或待定義校正值近似曲 線的第二分段)中，基於之前討論的當前要確定的參數的兩個條件，必要性導致定義與校 正值近似曲線相關的兩個邊界條件並從而確定相應的參數。在採用參數邊界值PgW兩個直 接相鄰的參數範圍的情況中，利用兩個測量值麗1、麗2以及參數值pl、p2，根據等式⑴的 相應應用，可以基於斜率和/或參數係數來確定根據等式(3) (N = 1)的通用階數公式的系 數。第二邊界條件與直線的係數相關，除此之外還可以要求總體校正值近似曲線的連續性。 基於獨立分段的多項式描述，在獨立參數範圍內容易滿足該要求。從而，可以基於校正值近 似曲線的兩個分段之間的邊界參數值Pg處的連續性要求來確定直線的第二係數。從而，對 於第二分段來說，下面得到formula see original document page 13(5)其中，pk2是根據等式(1)確定的第二參數範圍的第二參數係數，f2(p)是針對在 第二分段所基於的第二參數範圍中的參數值P的第二分段值。備選地，在本發明的其它實施例中當然可以設置與直線的係數相關的另一第二條 件。也可以例如要求表示第二分段(被外推的)直線還應當在初始參數值Ptl的情況下通 過初始校正值fo。在該情況中，取代等式(5)的，基本上將得到與等式(4)相應的等式，在 該等式中取代(P)的是第二分段f2 (P)，取代第一參數係數Pk1的是第二參數係數pk2。這樣，不僅可以定義逐段確定的參數相關校正值近似曲線的兩個分段。還可以如 圖4所示引入具有基本分段的很多參數範圍。根據所使用的支持獨立分段的函數關係，從 而校正值近似曲線的遍歷(traverse)和/或多項式描述(逐段的)作為整體結果。在使 用連續且可微的校正值近似曲線的情況中，類似地，(如果適用的話)同樣可以得到在相應 參數範圍的邊界處可微的「平滑」曲線。通過使用拋物線(多項式階數N =)函數關係可以實現這種實現方式。除此之外，根據本發明的實施例的具體實現方式，顯然可以限制校正值近似曲線的不同參數範圍和相關分段的數目。從而可以建議例如不將最大容許工作參數範圍和/或 參數範圍分為多於50、30、20或10個參數範圍，例如以節省存儲器空間、保證高效實現或限 制校準進程的數目。換言之，在本發明的一些實施例中，最大容許參數範圍最多可被分為校 正值近似曲線的預定數目的獨立參數範圍和相關分段，其中該預定數目典型地是大於2的 自然數。除此之外，在本發明的實施例中，還存在補償老化效應的可能性。為此，可以實現 觸發條件，觸發條件導致參數相關校正值近似曲線的相應的逐段確定。這樣，例如可以以 規則的間隔(即，例如當經過預定的時間周期時、當接通傳感器或每第η次接通傳感器時) 來執行逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法，其中η是大於或等於1的整數。根據在 此刻出現的參數值，則根據所述方法，可以確定校正值近似曲線的第二分段，這可以使得將 最大可訪問參數範圍更精細地分為若干參數範圍。除此之外，在本發明的其它實施例中，還 可以調整或重新校準預定的第一參數係數(如果適用的話)，只要預定的第一參數係數存 儲在相應地包含於傳感器100中的存儲器中，其中該傳感器100使得能夠重寫入和/或存 儲該值。從而，例如處理電路120可以將這些值存儲在非易失性存儲器中，在非易失性存儲 器中這些值經受老化並且可以存取這些值以用於校準。該非易失性存儲器是例如快閃記憶體存儲 器、EEPROM存儲器(電可擦寫只讀存儲器)。然而如果傳感器100處於其「正常傳感器壽 命」中時(典型地不與電源分離)，還可以用易失性存儲器來替代非易失性存儲器的實現。 如果新確定了第一參數係數，則同樣可以確定其它分段(只要需要)以進一步滿足連續性 或其它邊界條件(如果適用的話)。具體參照圖3和4，儘管以具有單個霍爾傳感器元件110的霍爾傳感器100的形式 描述了本發明的實施例，然而本發明的實施例不限於具有單個傳感器元件的傳感器或霍爾 傳感器100。在其它實施例中，從而還可以使用若干霍爾傳感器元件來替代圖3所示的單個 霍爾傳感器元件110。可以以串聯、並聯電路或更複雜的電路的形式將這些霍爾傳感器元件 互連。此外，還可以將不同(霍爾)傳感器類型互連。此外，本發明的實施例不限於霍爾傳感器。因此，可以使用其它磁場傳感器，例如 任何磁阻傳感器(xMR傳感器)，即，例如AMR傳感器(各向異性磁阻)、GMR傳感器(巨磁 阻)、TMR傳感器(隧道磁阻)或EMR傳感器(特殊磁阻)。但是在本發明的實施例的範圍 內，還可以使用其它傳感器，例如壓力傳感器、加速度傳感器或響應於機械、電子、輻射條件 或物理效應的傳感器。除此之外，相應的傳感器100還可以是響應於化學或生物效應和過 程的傳感器。在本發明的不同實施例中，例如傳感器100可以藉助於處理電路120通過以下方 式將從第一傳感器元件110接收到的測量信號轉換成傳感器100的輸出信號基於校正值 近似曲線，根據第二傳感器元件130的參數信號來對所述輸出信號進行校正。為此，在參數 信號的相應參數值中，利用校正值近似曲線的值，通過加法和/或減法、乘法或者還通過除 法來改變第一測量元件110的測量信號中包括的測量值。因此例如可以執行偏移量校正和 /或擴縮矯正。除此之外，本發明的實施例還以集成電路的形式來實現，以使用獨立的不連續電子和電路元件的獨立實現方式來實現，或者以這兩種技術的組合來實現。除此之外，還可以 基於模擬和/或數位訊號處理來執行本發明的實施例。根據相應的實現方式，從而例如可 以實現模擬/數字轉換器、數字濾波器以及可能的數字/模擬轉換器。此外，本發明的不同 實施例可以包括模擬前置放大器、放大器、電子濾波器和其它模擬組件。 除此之外，還可以在更大的集成電路中或者以獨立傳感器IC的形式來實現本發 明的實施例。也可以在所謂ASIC(特定用途集成電路)中實現，ASIC根據應用領域包括獨 立的處理器電路或處理器。在該情況中，例如可以用軟體或固件來實現逐段確定參數相關 校正值曲線的方法的實施例或本發明的其他實施例，然後該軟體或固件在處理器或處理電 路上運行。這種方式的示例是智能傳感器，將該智能傳感器被製造為具有相應傳感器、傳感 器元件和/或傳感器設備的ASIC或IC。從而，本發明的實施例例如使得可以實現關於霍爾傳感器的偏移減小，這在具有 高溫度要求的汽車領域(在汽車領域中的應用)中可能是感興趣的。當然可以將上面解釋 的上述功能(具體地關於霍爾傳感器100的)應用於具有溫度相關或參數相關偏移的任何 類型傳感器。從而，溫度相關或參數相關偏移的自動校準可能發生於具有相應偏移的任何 類型的傳感器。根據情況，可以以硬體或軟體來實現本發明方法的實施例。可以在數字存儲介質 上實現，具體地在具有電可讀取控制信號的軟盤、CD或DVD中實現，所述電可讀取控制信號 可以與可編程計算機系統合作以執行本發明方法的實施例。一般來說，本發明的實施例還 針對一種電腦程式產品和/或軟體程序產品和/或在機器可讀取載體上存儲有程序代碼 的程序產品，所述程序代碼用於當在計算機或處理器上運行該軟體程序產品時執行本發明 方法的實施例。換言之，因此可以將本發明的實施例實現為電腦程式和/或軟體程序和 /或具有程序代碼的程序，所述程序代碼用於當在處理器上運行程序時執行方法的實施例。 此處處理器可以由計算機、晶片卡(智慧卡)、ASIC、智能傳感器或其他集成電路來構成。
權利要求
一種針對傳感器設備(100)的測量信號校正來逐段確定參數相關校正值近似曲線(240)的方法，其中，關於初始參數值(AW)而給定初始校正值(p0)和第一參數係數(PK1)，所述校正值近似曲線(240)包括基於初始校正值(AW)和第一參數係數(PK1)的、針對第一參數範圍(215-1)的第一分段(240-1)，所述方法包括當第一參數值(P1)滿足預定的條件或觸發條件得以滿足時，利用與傳感器設備(100)相關聯的第一參數值(P1)來確定第一測量信號值；改變與傳感器設備相關聯的第一參數值(P1)以獲得與所述傳感器設備相關聯的第二參數值(P2)；利用第二參數值(P2)來確定第二測量信號值；以及考慮第一參數值(P1)和第二參數值(P2)、第一測量信號值和第二測量信號值以及初始校正值(AW)，基於對針對第二參數範圍(215-2)的、校正值近似曲線(240)的第二分段(240-2)加以描述的函數關係，來確定所述第二分段(240-2)，其中，確定校正值近似曲線(240)的第二分段(240-2)，使得第一參數範圍(215-1)與第二參數範圍(215-2)相鄰；以及校正值近似曲線(240)的第一分段(240-1)和第二分段(240-2)彼此連續地相鄰。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，針對另一參數範圍(215-3)確定校正值近似曲線 (240)的另一分段(240-3)，使得所述另一參數範圍(215-3)與第一參數範圍(215-1)或第 二參數範圍(215-2)相鄰。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，確定校正近似曲線(240)的所述另一分段 (240-3)，使得所述另一參數範圍(215-3)與第一參數範圍(215-1)相鄰，所述方法還包括 下列步驟針對所述另一參數範圍(215-3)的另一第一參數值確定另一第一測量信號； 改變所述另一第一參數值以獲得另一第二參數值； 利用所述另一第二參數值來確定另一第二測量信號；以及考慮所述另一第一參數值和所述另一第二參數值、所述另一第一測量值和所述另一第 二測量值以及第一分段(240-1)，基於對針對所述另一參數範圍(215-3)的、校正值近似曲 線(240)的所述另一分段(240-3)加以描述的函數關係，來確定所述另一分段(240-3)，其中執行所述確定，使得校正值近似曲線的所述另一分段(240-3)與第一分段 (240-1)連續地相鄰。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，確定所述校正近似曲線(240)的所述另一分段(240-3)，使得所述另一參數範圍(215-3)與第二參數範圍 (215-2)相鄰，所述方法還包括下列步驟針對所述另一參數範圍(215-3)的另一第一參數值確定另一第一測量信號； 改變所述另一第一參數值以獲得另一第二參數值； 確定所述另一第二參數值中的另一第二測量信號；以及考慮所述另一第一參數值和所述另一第二參數值、所述另一第一測量信號值和所述另 一第二測量信號值以及第二分段(240-2)，基於對針對所述另一參數範圍(215-3)的、校 正值近似曲線(240)的所述另一分段(240-3)加以描述的函數關係，來確定所述另一分段 (240-3)，其中執行所述確定，使得校正值近似曲線(240)的所述另一分段(240-3)與第二分段 (240-2)連續地相鄰。
5.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其中，使用溫度值或壓力值作為參數值。
6.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其中，當第一參數值不在第一參數範圍內 時，滿足所述預定的條件。
7.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其中，通過接通傳感器設備(100)或在接 通傳感器設備(100)之後，滿足所述觸發條件。
8.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其中，基於下述函數關係來描述校正近似 曲線(240)的第一分段(240-1)或第二分段(240-2)formula see original document page 3其中，P是參數值，f (P)是在所述參數值P的情況下校正近似曲線的第一段或第二段的 值，N是指示多項式的階數的正整數，ak是依賴於k的實常數，k是0和N之間的整數。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，N=1、2或3。
10.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其中，基於下述函數關係來描述校正值近 似曲線的第一段fi (ρ) = Pk1 · (p-po) +f0基於下述函數關係來描述校正近似曲線的第二段f2 (P) = Pk2 · (p-pg) +Pk1 · (Pg-P0) +f0其中，P是參數值，f (P)是在所述參數值P的情況下校正近似曲線的第一段的值，f2 (P) 是在所述參數值P的情況下校正近似曲線的第二段的值，Pk1是第一參數係數，f0是初始校 正值，Pk2是基於第一參數值、第二參數值、第一測量信號值以及第二測量信號值的第二參 數係數，Pg是閾值參數值，其中，校正近似曲線的第一段所基於的參數範圍與校正值近似曲 線的第二段所基於的校正值近似曲線的第二段所基於的校正值近似曲線的第二段相鄰。
11.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其中，改變第一參數值的所述步驟包括 控制加熱元件(140)，控制冷卻元件(140)，控制壓力元件(140)，增大傳感器設備、傳感器 設備(100)的傳感器元件(110)或傳感器設備(100)的一部分的供電，或減小傳感器設備 (100)、傳感器設備(100)的傳感器元件(110)或傳感器設備(100)的一部分的供電。
12.—種針對霍爾傳感器設備(100)的測量信號校正來逐段確定溫度相關校正值近似 曲線(240)的方法，其中，關於初始溫度值Ttl而給定初始校正值(AW)和第一溫度係數(TK)， 校正值近似曲線(240)包括與第一溫度範圍(215-1)相關的第一分段(240-1)，所述第一分 段(240-1)基於所述初始校正值(AW)和所述第一溫度係數(TK)，所述方法包括當第一溫度值滿足預定的條件或觸發條件得以滿足時，利用與霍爾傳感器設備(100) 相關聯的第一溫度值來確定第一測量信號；改變與霍爾傳感器設備(100)相關聯的所述第一溫度值以接收與所述霍爾傳感器 (100)相關聯的第二溫度值；利用所述第二溫度值來確定第二測量信號值；以及考慮第一溫度值和第二溫度值、第一測量信號值和第二測量信號值以及初始校正值 (AW)，基於對針對第二溫度範圍(215-2)的、校正近似曲線(240)的第二分段(240-2)加以描述的函數關係，來確定所述第二分段(240-2)，其中，確定校正值近似曲線(240)的第二分段(240-2)，使得第一溫度範圍(215-1)與 第二溫度範圍(215-2)相鄰；以及校正值近似曲線(240)的第一分段(240-1)和第二分段(240-2)連續地相鄰。
13. —種傳感器設備(100)，包括第一傳感器元件(110)，用於提供測量信號； 第二傳感器元件(130)，用於提供參數信號；以及處理電路(120)，耦合至第一傳感器元件(110)和第二傳感器元件(120)，被實現為檢 測來自第一傳感器元件(110)的測量信號和來自第二傳感器元件(120)的參數信號，所述 處理電路(120)還被實現為當第一參數值滿足預定的條件或觸發條件得以滿足時，利用與傳感器設備(100)相關 聯並且與第一參數信號相對應的第一參數值來確定第一測量信號；改變與傳感器設備(100)相關聯的第一參數值以獲得與傳感器設備(100)相關聯並且 與第二參數信號相對應的第二參數值；利用第二參數值來確定第二測量信號值；以及考慮第一參數值和第二參數值、第一測量信號值和第二測量信號值、初始校正值(AW)， 基於對第二參數範圍中校正近似曲線的第二分段(240-2)加以描述的函數關係，來確定所 述第二分段(240-2)，其中，第一參數範圍(215-1)中校正值近似曲線(240)的第一分段(240-1)基於所述 預定的初始校正值(AW)以及第一預定的參數係數(TK)；確定校正值近似曲線(240)的第二分段(240-2)，使得第一參數範圍(215-1)與第二參 數範圍(215-2)相鄰；以及校正值近似曲線(240)的第一分段(240-1)和第二分段(240-2)連續地相鄰。
14.根據權利要求13所述的傳感器設備(100)，其中，處理電路(120)被實現為通過 增大傳感器設備(100)、第一傳感器元件(110)、第二傳感器元件(130)或傳感器設備(100) 的一部分的供電，或通過減小傳感器設備(100)、第一傳感器元件(110)、第二傳感器元件 (130)或傳感器設備(100)的一部分的供電，來引起第一參數值的改變。
15.根據權利要求13或14所述的傳感器設備(100)，還包括耦合至處理電路(120)的 附加參數改變裝置(140)，其中處理電路(140)還被實現為向所述參數改變裝置提供信號 以引起第一參數值的改變。
16.根據權利要求15所述的傳感器設備(100)，其中，參數改變裝置(140)被布置為與 第一傳感器元件(110)相鄰，以使得能夠產生關於第一傳感器元件(110)的參數改變。
17.根據權利要求15或16所述的傳感器設備(100)，其中，參數改變裝置(114)包括 加熱元件、壓電元件、冷卻元件或Peltier元件。
18.根據權利要求13至17中任意一項所述的傳感器設備(100)，其中，第一傳感器元 件(110)包括霍爾傳感器。
19.根據權利要求13至18中任意一項所述的傳感器設備(100)，其中，第二傳感器元 件(130)包括溫度傳感器、PTC電阻元件、NTC電阻元件、壓力傳感器元件或壓電元件。
20.根據權利要求13至19中任意一項所述的傳感器設備(100)，其中，處理電路(120)還被實現為基於測量信號來輸出輸出信號，其中按照校正值近似曲線根據參數信號中包括 的參數值來校正所述輸出信號。
21.—種霍爾傳感器設備(100)，包括霍爾傳感器元件(110)，用於提供測量信號； 溫度傳感器元件(130)，用於提供溫度信號；以及處理電路，耦合至霍爾傳感器元件(110)和溫度傳感器元件(130)，被實現為檢測來自 霍爾傳感器元件(110)的測量信號以及來自溫度傳感器元件(130)的溫度信號，所述處理 電路還被實現為當第一溫度值滿足預定的條件或觸發條件得以滿足時，利用與霍爾傳感器設備(100) 或霍爾傳感器元件(110)相關聯並且與第一溫度信號相對應的第一溫度值來確定第一測量信號；改變與霍爾傳感器設備(100)或霍爾傳感器元件(110)相關聯的第一溫度值，以獲得 與霍爾傳感器設備(100)或霍爾傳感器元件(110)相關聯並且與第二溫度信號相對應的第二溫度值；利用第二溫度值來確定第二測量信號；以及考慮第一溫度值和第二溫度值、第一測量信號值和第二測量信號值以及初始校正值， 基於對第二溫度範圍(215-2)中校正近似曲線(240)的第二分段(240-2)加以描述的函數 關係，來確定所述第二分段(240-2)，其中，第一溫度範圍(215-1)中校正值近似曲線(240)的第一分段(240-1)基於預定 的初始校正值AW以及第一預定的溫度係數(TK)；確定校正值近似曲線(240)的第二分段(240-2)，使得第一溫度範圍(215-1)與第二溫 度範圍(215-2)相鄰；以及校正值近似曲線(240)的第一分段(240-1)和第二分段(240-2)連續地相鄰。
22.—種具有程序代碼的程序，當在處理器上執行所述程序時，用於執行根據權利要求 1或12中任意一項所述的方法。
全文摘要
本發明提供了一種用於逐段確定參數相關校正值近似曲線的方法的實施例，包括當所述第一參數值滿足預定的條件或觸發條件得以滿足時，利用與傳感器設備相關聯的第一參數值來確定第一測量信號值，改變所述第一參數值以獲得第二參數值，利用所述第二參數值來確定第二信號值，以及基於描述第二分段的函數關係、第一參數值、第二參數值、第一測量信號值、第二測量信號值以及初始校正值來確定針對第二參數範圍的、所述校正值近似曲線的第二分段。
文檔編號G01D3/036GK101802555SQ200880107724
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月11日 優先權日2007年9月18日
發明者漢斯-彼得·霍姆, 麥可·哈克納, 馬庫斯·施塔爾-奧弗格爾德 申請人:弗勞恩霍夫應用研究促進協會