專利名稱：用于測(cè)量加速度、壓力和類似參數(shù)的微機(jī)械的傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)加速度、壓力和類似參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的微機(jī)械的傳感器裝置。
背景技術(shù)：
需要比如加速度傳感器的形式的微機(jī)械的傳感器裝置用于多種多樣的應(yīng)用情況， 尤其在機(jī)動(dòng)車(chē)中用于電子的穩(wěn)定程序用的加速度的測(cè)量或者也用于判斷，安裝在機(jī)動(dòng)車(chē)中的氣囊是否應(yīng)該由于車(chē)禍而觸發(fā)。加速度傳感器的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是消費(fèi)者領(lǐng)域，這里比如是移動(dòng)電話的領(lǐng)域，對(duì)于所述移動(dòng)電話來(lái)說(shuō)所述加速度傳感器用于按移動(dòng)電話的定位來(lái)旋轉(zhuǎn)顯示屏內(nèi)容，用于就這樣可以在不依賴于移動(dòng)電話的位置的情況下以直立可讀的形式向使用者顯示顯示屏的相應(yīng)的內(nèi)容。從DE 44 26 163 Al中已經(jīng)公開(kāi)了一種加速度傳感器，該加速度傳感器由彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)構(gòu)成并且其彎曲梁以預(yù)先給定的諧振頻率振動(dòng)。所述彎曲梁在此如此夾緊在固定座之間，使得其在缺少外部的力的作用時(shí)形成拱形。所述隆起部分形成機(jī)械的不穩(wěn)定性，這種機(jī)械的不穩(wěn)定性會(huì)在出現(xiàn)力的作用時(shí)發(fā)生變形。從DE 10 2008 002 606 Al中已經(jīng)公開(kāi)了具有敞開(kāi)的試驗(yàn)塊的微機(jī)械的加速度傳感器，該微機(jī)械的加速度傳感器包括基片、懸架、試驗(yàn)塊以及固定的電容式電極。所述試驗(yàn)塊在此借助于所述懸架懸掛在所述基片上面并且具有質(zhì)量重心。所述懸架在所述基片上具有至少兩個(gè)固定點(diǎn)，其中所述兩個(gè)固定點(diǎn)布置在所述質(zhì)量重心的對(duì)置的側(cè)面上，其中所述兩個(gè)固定點(diǎn)之間的間距小于所述試驗(yàn)塊的水平伸長(zhǎng)，其中所述兩個(gè)固定點(diǎn)確定了中軸線， 其中所述試驗(yàn)塊具有空隙，所述空隙布置在所述中軸線的對(duì)置的側(cè)面上并且在背向所述中軸線的側(cè)面上朝側(cè)面敞開(kāi)，其中所述固定的電極至少嚙合到所述試驗(yàn)塊的空隙中。加速度在此借助于電容的變化來(lái)測(cè)量。但是，基于電容變化的加速度傳感器在其尺寸方面比較大并且因此比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
在權(quán)利要求1中所定義的用于對(duì)加速度、壓力和類似參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的微機(jī)械的傳感器裝置，包括基片、以活動(dòng)的方式優(yōu)選有彈性地布置在所述基片上的試驗(yàn)塊、用于借助于壓電效應(yīng)將作用于所述試驗(yàn)塊上的力轉(zhuǎn)換為優(yōu)選電氣的信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置、用于向所述試驗(yàn)塊加載額外的力的力加載器件尤其電極、用于控制所述力加載器件的控制器件，其中所述控制器件如此控制所述力加載器件，從而暫時(shí)地尤其周期性地向所述試驗(yàn)塊加載所述額外的力。在權(quán)利要求11中所定義的用于對(duì)加速度、壓力或者類似參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，尤其適合于用按權(quán)利要求1-10中至少一項(xiàng)所述的裝置來(lái)實(shí)施，該方法包括以下步驟外力由于外部的加速度作用于以活動(dòng)的方式尤其有彈性的布置在基片上的試驗(yàn)塊，借助于壓電效應(yīng)將作用于所述試驗(yàn)塊的力轉(zhuǎn)換為優(yōu)選電氣的信號(hào)，暫時(shí)地尤其周期性地向所述試驗(yàn)塊加載額外的力，對(duì)所述優(yōu)選電氣的信號(hào)進(jìn)行分析并且根據(jù)所分析的信號(hào)來(lái)提供加速度信號(hào)。在權(quán)利 要求1中所定義的微機(jī)械的傳感器裝置以及在權(quán)利要求11中所定義的用于對(duì)加速度、壓力或者類似參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以降低所述微機(jī)械的傳感器裝置的尺寸，而尤其在使用壓阻的效應(yīng)的情況下在將所述力轉(zhuǎn)換為信號(hào)時(shí)1/f噪聲沒(méi)有升高，并且盡管如此尤其在使用壓電的效應(yīng)的情況下也可以額外地測(cè)量在時(shí)間上恒定的加速度。如果外部的力比如通過(guò)機(jī)動(dòng)車(chē)的制動(dòng)的形式的負(fù)加速度作用于所述試驗(yàn)塊，那就通過(guò)比如電極的形式的力加載器件將額外的力施加到所述試驗(yàn)塊上，使得所述試驗(yàn)塊由于靜電的力的關(guān)于電極與力加載器件之間的間距的非線性而間接地在所述轉(zhuǎn)換裝置的懸架中導(dǎo)致不同的應(yīng)力。這種應(yīng)力依賴于外部的作用于所述試驗(yàn)塊上的力，該力處于具有所述微機(jī)械的傳感器裝置的第一頻率的基帶中。所述轉(zhuǎn)換裝置現(xiàn)在根據(jù)壓電效應(yīng)將應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電氣的信號(hào)比如電壓。具有處于所述微機(jī)械的傳感器裝置的基帶或者有效帶寬之上的第二頻率的靜電的力的調(diào)制導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)換裝置的懸架中的應(yīng)力的相應(yīng)的調(diào)制并且后來(lái)也導(dǎo)致所述電氣的信號(hào)的相應(yīng)的調(diào)制。包含在所述電氣的信號(hào)中的關(guān)于作用于所述試驗(yàn)塊的力或者說(shuō)加速度的信息現(xiàn)在處于具有相當(dāng)于第二頻率的中心頻率并且具有所述第一頻率的雙倍寬度的所謂的載波頻帶中。借助于隨后的相位正確的調(diào)制，將經(jīng)過(guò)調(diào)制的電氣信號(hào)比如借助于卷積(Faltimg)又反向轉(zhuǎn)換為基帶。不過(guò)，通過(guò)所述卷積也產(chǎn)生所述信號(hào)的處于所述載波頻帶之上的部分。這些部分可以借助于低通濾波器來(lái)移走。由此而后提供用于作用于所述試驗(yàn)塊的加速度的信號(hào)，該信號(hào)具有上面所提到的優(yōu)點(diǎn)。所述微機(jī)械的傳感器裝置或者說(shuō)相應(yīng)的方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由此也可以將力以不同的方向傳輸?shù)剿鲈囼?yàn)塊上，從而由此提高所述裝置或者說(shuō)方法的靈活性。按照本發(fā)明的另一種有利的改進(jìn)方案，所述力加載器件靠近所述試驗(yàn)塊來(lái)布置， 尤其基本上垂直于和/或平行于所述試驗(yàn)塊的偏移的方向來(lái)布置。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是， 如果所述試驗(yàn)塊垂直于和/或平行于所述偏移的方向偏移，則一方面可以盡可能直接地在沒(méi)有較大損失的情況下將力從力加載器件傳遞到所述試驗(yàn)塊上。另一方面在垂直于所述偏移的方向來(lái)布置所述力加載器件的情況下可以在所述試驗(yàn)塊比如以垂直于所述偏移的方向布置的懸架有彈性地布置在所述基片上時(shí)對(duì)所述微機(jī)械的傳感器裝置的機(jī)械敏感性進(jìn)行調(diào)整。因此比如可以改變所述試驗(yàn)塊的在基片上的懸架的彈性常數(shù)或者使其與預(yù)先給定的外部的條件相匹配，這顯著提高了所述微機(jī)械的傳感器裝置的靈活性。如果所述力加載器件關(guān)于偏移基本靠近地平行于所述試驗(yàn)塊的偏移也就是沿所述偏移的方向來(lái)布置，那就可以以這種方式直接向所述試驗(yàn)塊加載力，這進(jìn)一步改進(jìn)了在時(shí)間上恒定的加速度的識(shí)別水平。按照本發(fā)明的另一種有利的改進(jìn)方案，所述用于借助于壓電效應(yīng)來(lái)轉(zhuǎn)換力的轉(zhuǎn)換裝置包括用于進(jìn)行壓阻的和/或壓電的探測(cè)的器件。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，由此按所述微機(jī)械的傳感器裝置的使用領(lǐng)域可以相應(yīng)地對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，這提高了其靈活性，另一方面也可以一起使用或者說(shuō)運(yùn)用所述兩種壓電效應(yīng)也就是壓電的效應(yīng)及壓阻的效應(yīng)，這進(jìn)一步提高了所述微機(jī)械的傳感器裝置的敏感性并且同時(shí)在轉(zhuǎn)換時(shí)顯著降低了可能的1/f噪聲。按照本發(fā)明的另一種有利的改進(jìn)方案，所述轉(zhuǎn)換裝置包括至少一個(gè)尤其橫梁的形式的懸架，該懸架以活動(dòng)的方式將所述試驗(yàn)塊固定在所述基片上。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，可以以簡(jiǎn)單的方式借助于所述橫梁的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整由于外部的力或者說(shuō)加速度引起的所述試驗(yàn)塊的運(yùn)動(dòng)，另一方面由此可以容易地并且以低廉的成本將所述試驗(yàn)塊固定在所述基片上，而不必布置額外的用于所述轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)件。按照本發(fā)明的 另一種有利的改進(jìn)方案，所述用于進(jìn)行壓阻的和/或壓電的探測(cè)的器件布置在所述至少一個(gè)懸架上。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，由此可以以直接的方式借助于壓電效應(yīng)來(lái)測(cè)量作用于所述試驗(yàn)塊的加速度。同時(shí)在總體上降低用于所述轉(zhuǎn)換裝置以及也用于所述傳感器裝置的空間位置需求。按照本發(fā)明的另一種有利的改進(jìn)方案，所述用于進(jìn)行壓阻的和/或壓電的探測(cè)的器件包括納米線(Nanodraht)，所述納米線尤其垂直于所述懸架來(lái)布置。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，所述納米線在所述試驗(yàn)塊運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生變形，尤其伸展或者縮徑并且就這樣比如可以在利用壓阻的效應(yīng)的情況下通過(guò)所述納米線上的合適安置的電阻來(lái)測(cè)量從外面作用于所述試驗(yàn)塊的力并且由此可以測(cè)量加速度。此外，同樣可以取代安置在所述納米線上的電阻而在所述納米線中設(shè)置均勻的和/或結(jié)構(gòu)化的摻雜結(jié)構(gòu)，所述摻雜結(jié)構(gòu)作為電阻起作用或者說(shuō)構(gòu)造為電阻。此外，如果橫梁相應(yīng)地構(gòu)造得較窄且較薄，則可以將橫梁的形式的懸架構(gòu)造為納米線。所述摻雜結(jié)構(gòu)而后相應(yīng)地尤其構(gòu)造為壓阻的和/或壓電的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然也可以布置多個(gè)具有一個(gè)或者多個(gè)納米線的懸架，用于改進(jìn)對(duì)作用于所述試驗(yàn)塊的力或者說(shuō)加速度進(jìn)行測(cè)量的精度。按照本發(fā)明的另一種有利的改進(jìn)方案，所述用于進(jìn)行壓阻的和/或壓電的探測(cè)的器件具有構(gòu)造為電阻的形式的均勻的和/或結(jié)構(gòu)化的區(qū)域。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，由此進(jìn)一步提高所述微機(jī)械的傳感器裝置的靈活性，因?yàn)樗鰠^(qū)域可以分別相應(yīng)地與所述微機(jī)械的傳感器裝置的不同要求相匹配或者說(shuō)相應(yīng)地構(gòu)成。同時(shí)所述區(qū)域能夠容易地并且以低廉的成本來(lái)制造。按照本發(fā)明的另一種有利的改進(jìn)方案，所述轉(zhuǎn)換裝置構(gòu)造用于有差別地對(duì)力進(jìn)行探測(cè)。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，由此可以降低所謂的共模干擾比如溫度效應(yīng)等等，因?yàn)楸热缈梢詼y(cè)量由于力而縮徑的第一懸架與由于同樣的力而伸展的第二懸架之間的差別。按照本發(fā)明的另一種有利的改進(jìn)方案，布置了用于提高敏感性的尤其構(gòu)造為杠桿臂的形式的器件。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，由此以簡(jiǎn)單的和成本低廉的方式尤其通過(guò)在試驗(yàn)塊與轉(zhuǎn)換裝置之間布置杠桿臂的方式在總體上提高所述微機(jī)械的傳感器裝置的敏感性。所述杠桿臂能夠在出現(xiàn)從外面作用于所述試驗(yàn)塊的力時(shí)使所述試驗(yàn)塊更加劇烈地偏移。通過(guò)這種方式，進(jìn)一步提高所述微機(jī)械的傳感器裝置或者說(shuō)用于測(cè)量加速度的方法的敏感性并且由此能夠進(jìn)一步縮小必要的用于所述微機(jī)械的傳感器裝置的結(jié)構(gòu)空間。按照本發(fā)明的方法的另一種有利的改進(jìn)方案，該方法包括尤其在時(shí)間上分散地或者連續(xù)地分析所述電氣的信號(hào)這個(gè)步驟。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，在時(shí)間上分散地分析時(shí)降低了用于所述分析的計(jì)算開(kāi)銷，相反在對(duì)所述電氣的信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的分析時(shí)則實(shí)現(xiàn)所述方法的較高的能效。按照所述方法的另一種有利的改進(jìn)方案，借助于矩形的或者正弦狀的信號(hào)或者偽噪聲信號(hào)來(lái)暫時(shí)地向所述試驗(yàn)塊加載額外的力。在這種情況下優(yōu)點(diǎn)是，比如在向所述試驗(yàn)塊加載偽噪聲信號(hào)時(shí)可以顯著降低干擾信號(hào)的可能的輸入機(jī)率。在借助于矩形的信號(hào)向所述試驗(yàn)塊加載負(fù)荷時(shí)，可以用相應(yīng)的器件以簡(jiǎn)化的并且成本低廉的方式產(chǎn)生信號(hào)。
所述微機(jī)械的傳感器裝置在此具有處于50與200微米之間優(yōu)選低于100微米的尺寸。在將所述微機(jī)械的傳感器裝置用在機(jī)動(dòng)車(chē)中時(shí)有效帶寬低于IOkHz優(yōu)選低于5kHz尤其低于IkHz并且優(yōu)選尤其低于50Hz。調(diào)制頻率大于所述有效帶寬的1. 5倍尤其2倍并且 /或者比所述微機(jī)械的傳感器裝置的機(jī)械的角頻率或者極限頻率至少小了所述有效帶寬。


本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出并且在下面的描述中進(jìn)行詳細(xì)解釋。其中 圖Ia是按本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的微機(jī)械的傳感器裝置；
圖Ib是按本發(fā)明的第二種實(shí)施方 式的微機(jī)械的傳感器裝置； 圖Ic是按本發(fā)明的第三種實(shí)施方式的微機(jī)械的傳感器裝置； 圖2是用于暫時(shí)地向所述試驗(yàn)塊加載額外的力的正弦狀信號(hào)的所使用的頻率范圍；并
且
圖3是按本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的方法。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的或者功能相同的元件。
具體實(shí)施例方式圖Ia示出了按本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的微機(jī)械的傳感器裝置V。在圖1中附圖標(biāo)記1表示試驗(yàn)塊，該試驗(yàn)塊具有重心2。該試驗(yàn)塊1在此借助于三根具有相應(yīng)的觸點(diǎn)5a、5b、5c的橫梁6a、6b、6c有彈性地得到懸掛，所述觸點(diǎn)5a、5b、5c又布置在基片S上。這些觸點(diǎn)5a、5b、5c固定地布置在所述基片S上。所述試驗(yàn)塊1可以基本上垂直于所述橫梁6a、6b、6c的縱向伸長(zhǎng)進(jìn)行振動(dòng)，也就是說(shuō)，作用于所述試驗(yàn)塊1的加速度借助于相應(yīng)的沿方向R的運(yùn)動(dòng)得到平衡。平行地也就是說(shuō)沿相對(duì)于相應(yīng)的偏移方向R 的方向，在所述試驗(yàn)塊1的對(duì)置的側(cè)面上布置了電極3a、3b，所述電極3a、3b可以借助于信號(hào)向所述試驗(yàn)塊1加載根據(jù)所述信號(hào)調(diào)制的電子的力。這導(dǎo)致所述試驗(yàn)塊1朝相應(yīng)的電極 3a、3b的方向進(jìn)行額外的非線性的偏移。這種額外的在布置在試驗(yàn)塊1與相應(yīng)的電極3a、 3b之間的區(qū)域4a、4b中的偏移尤其依賴于通過(guò)外部的加速度從外面作用于所述試驗(yàn)塊的力并且根據(jù)這個(gè)力非線性地變化。所述電極3a、3b通過(guò)導(dǎo)線L1與控制器件7進(jìn)行了導(dǎo)電連接。此外，所述觸點(diǎn)5a、 5b,5c 一方面與解調(diào)器9相連接并且另一方面與所述控制器件7相連接。在中間的橫梁6c 上布置了構(gòu)造為結(jié)構(gòu)化摻雜的區(qū)域的形式的電阻Ws。這些電阻Ws與所述觸點(diǎn)5c進(jìn)行了導(dǎo)電連接。此外，在所述外面的橫梁6a、6b上布置了構(gòu)造為均勻摻雜的區(qū)域Wh的形式的電阻。 在此用于與所述觸點(diǎn)5a、5b相連接的電阻Wh的電氣回線比如通過(guò)另一個(gè)橫梁尤其不經(jīng)受任何機(jī)械應(yīng)力的橫梁6c被導(dǎo)回或者同樣可以借助于在電流方面分開(kāi)的回線能夠在相應(yīng)的橫梁6a、6b、6c上實(shí)現(xiàn)電氣回線。如果電阻Wh布置在所述外面的橫梁6a、6b上，那么中間的橫梁也可以在沒(méi)有電阻Ws的情況下構(gòu)成。然后在所述中間的橫梁6c上-如上面所解釋的一樣-布置了所述電氣回線。通過(guò)所述解調(diào)器9的引到外面的接頭8來(lái)提供經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理的信號(hào)，該信號(hào)包括作用于所述試驗(yàn)塊1的加速度。圖Ib示出了按本發(fā)明的第二種實(shí)施方式的微機(jī)械的傳感器裝置。
在圖Ib中示出了試驗(yàn)塊1，該試驗(yàn)塊1通過(guò)懸架6a、6b、6c與觸點(diǎn)5b、5c以及固定點(diǎn)5a相連接，所述觸點(diǎn)5b、5c以及固定點(diǎn)5a又布置在基片S上。所述懸架6a、6b在此構(gòu)造為有彈性的結(jié)構(gòu)。懸架6c包括壓電的元件E，該壓電的元件E與觸點(diǎn)5c進(jìn)行了導(dǎo)電連接7并且進(jìn)一步通過(guò)導(dǎo)線L2與所述解調(diào)器9進(jìn)行了導(dǎo)電連接。此外，所述觸點(diǎn)5b通過(guò)導(dǎo)線L1與電極3a相連接，用該電極3a能夠?qū)⒘κ┘拥剿鲈囼?yàn)塊1上，使得所述試驗(yàn)塊1 相應(yīng)于所加載的電場(chǎng)的方向朝所述電極3a運(yùn)動(dòng)或者離開(kāi)該電極3a。如此產(chǎn)生的作用于所述試驗(yàn)塊1的力借助于控制器件7來(lái)控制。借助于控制器件7在所述電極3a上周期性地接通并且斷開(kāi)電壓，由此對(duì)所述微機(jī)械的裝置V的機(jī)械敏感性進(jìn)行調(diào)制。如果比如所述試驗(yàn)塊1通過(guò)借助于電極3a來(lái)作用于其上面的力在圖Ib中向左偏移，那么該試驗(yàn)塊1就在斷開(kāi)電壓之后又自動(dòng)地返回到其原始位置中。如果所述試驗(yàn)塊1已經(jīng)通過(guò)從外面作用于該試驗(yàn)塊1的力尤其通過(guò)通過(guò)加速度向右偏移，那么該試驗(yàn)塊1就根據(jù)通過(guò)電極3a引起的力獲得額外的偏移。所述試驗(yàn)塊1的偏移在此不僅可以包括額外的正偏移，也就是說(shuō)該試驗(yàn)塊1獲得朝所述電極3a的方向的額外的偏移，并且/或者獲得負(fù)偏移，也就是說(shuō)所述試驗(yàn)塊1以較小的程度偏移，因?yàn)樗隽σ簿褪峭獠康牧εc通過(guò)電極3a引起的作用于所述試驗(yàn)塊的力至少部分地抵消。
此外，所述控制器件7比如可以提供處于OV與3V之間的矩形電壓。圖Ic示出了按本發(fā)明的第三種實(shí)施方式的微機(jī)械的傳感器裝置的一部分。在圖Ic中示出了具有試驗(yàn)塊1的微機(jī)械的傳感器裝置V的一部分，所述試驗(yàn)塊1 通過(guò)杠桿臂H借助于固定點(diǎn)5a有彈性地并且以活動(dòng)的方式布置在基片S上。所述杠桿臂H 在此不包括任何壓電器件，也就是比如壓電電阻器或者壓電的器件?；旧显谒龈軛U臂H 的當(dāng)中，在垂直于其伸長(zhǎng)的情況下在固定點(diǎn)5與試驗(yàn)塊1之間相應(yīng)地布置了懸架6a、6b，所述懸架6a、6b設(shè)有壓電的和/或壓阻的器件Ws。為了還進(jìn)一步提高所述微機(jī)械的傳感器裝置V的敏感性，可以將所述懸架6a、6b布置在所述試驗(yàn)塊1的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的區(qū)域中，也就是布置在所述杠桿臂H的固定點(diǎn)5的區(qū)域中。所述懸架6a、6b進(jìn)一步與觸點(diǎn)5a、6b相連接。所述觸點(diǎn)5a、5b的布置及其與解調(diào)器9之間的共同作用、控制器件7以及電極3a、3b在圖Ic中未示出，但是基本上相當(dāng)于按圖Ia和Ib的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。所述橫梁6a、6b在此也可以構(gòu)造為納米線N，也就是說(shuō)相應(yīng)地構(gòu)造得較窄或者說(shuō)較薄，這進(jìn)一步提高了所述微機(jī)械的傳感器裝置V的敏感性并且同時(shí)進(jìn)一步降低必要的用于所述微機(jī)械的傳感器裝置V的結(jié)構(gòu)空間。當(dāng)然也可以在按圖Ia的實(shí)施方式中使用納米線N。這些納米線N而后可以根據(jù)圖Ic 比如垂直于一個(gè)或者多個(gè)橫梁6a、6b、6c來(lái)布置。這些納米線N的接觸而后按照?qǐng)DIc類似地進(jìn)行。圖2示出了用于暫時(shí)地向試驗(yàn)塊加載額外的力的正弦狀信號(hào)的所使用的頻率范圍。如前面所描述的一樣按照?qǐng)DIa或者說(shuō)Ib借助于控制器件7來(lái)周期性地接通并且斷開(kāi)用于所述電極3a的電壓，由此比如用頻率f2來(lái)對(duì)所述微機(jī)械的傳感器裝置V的機(jī)械敏感性進(jìn)行調(diào)制。該頻率f2必須高于為所述微機(jī)械的傳感器裝置設(shè)置的有效帶寬，但是必須低于所述微機(jī)械的傳感器裝置V的所謂的機(jī)械的角頻率f5。在此f^f^t。所述用于微機(jī)械的傳感器裝置的機(jī)械敏感性的調(diào)制的頻率f2必須進(jìn)一步滿足條件f3<f2<f4，其中 f3=f2-fi并且f4=f2+f\。同時(shí)同樣必須f4<f5。所述相應(yīng)的頻率f\、f2、f3、f4、f5或者說(shuō)其彼此間的間距依賴于所述解調(diào)器9中的濾波器的相應(yīng)的類型和/或排序。如果借助于偽噪聲信號(hào)暫時(shí)地給所述試驗(yàn)塊1加載額外的力，那么所述偽噪聲信號(hào)的頻率就會(huì)高于頻率f4并且尤其高于頻率f5。在這些情況下，還進(jìn)一步降低了干擾信號(hào)的可能的輸入機(jī)率。 通過(guò)上面所提到的用頻率f2進(jìn)行的調(diào)制，在具有較高的頻率f2的頻帶f3、f4中測(cè)量作用于所述試驗(yàn)塊1的力。所述壓阻的和/或壓電的器件現(xiàn)在將由于外部的加速度而作用于所述試驗(yàn)塊的力轉(zhuǎn)換為電壓。由此一方面現(xiàn)在尤其在使用壓電的器件的情況下也可以測(cè)量所述試驗(yàn)塊1的在時(shí)間上恒定的加速度。同時(shí)尤其在使用壓阻的器件的情況下由此能夠明顯降低1/f噪聲。如此轉(zhuǎn)換的電壓隨后通過(guò)在解調(diào)器9中的相位正確的解調(diào)而轉(zhuǎn)換為具有頻率的基帶。隨后也可以進(jìn)行低通濾波，從而最后在可能的低通濾波之后在用于作用于所述試驗(yàn)塊1的加速度的輸出端8上提供加速度信號(hào)。圖3示出了按本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的方法。按圖3的方法在第一步驟S1中示出了外部的力作用于以活動(dòng)的方式優(yōu)選有彈性地布置在基片S上的試驗(yàn)塊1的情況，在另一個(gè)步驟S2中示出了借助于壓電效應(yīng)將作用于所述試驗(yàn)塊1的力轉(zhuǎn)換為優(yōu)選電氣的信號(hào)的情況，在第三步驟S3中示出了暫時(shí)地尤其周期性地向所述試驗(yàn)塊1加載額外的力的情況，在第四步驟S4中示出了對(duì)所述優(yōu)選電氣的信號(hào)進(jìn)行分析的情況，并且在第五步驟S5中示出了根據(jù)所測(cè)量的信號(hào)提供加速度信號(hào)的情況。盡管前面借助于優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不局限于此，而是能夠以多種多樣的方式加以改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量加速度、壓力和類似參數(shù)的微機(jī)械的傳感器裝置(V)，包括基片(S)，試驗(yàn)塊(1 )，該試驗(yàn)塊(1)以活動(dòng)的方式優(yōu)選有彈性地布置在所述基片(S)上，轉(zhuǎn)換裝置(E、5c、6c、6￡1、6以1^111)，所述轉(zhuǎn)換裝置化、5(3、6(3、6a、6b、Ws、Wh)用于借助于壓電效應(yīng)將作用于所述試驗(yàn)塊(1)的力轉(zhuǎn)換為優(yōu)選電氣的信號(hào)，力加載器件(3a、3b)尤其電極，用于向所述試驗(yàn)塊(1)加載額外的力，用于控制所述力加載器件(3a、3b )的控制器件(7 )，其中所述控制器件(7 )如此控制所述力加載器件(3a、3b)，從而暫時(shí)地尤其周期性地向所述試驗(yàn)塊(1)加載所述額外的力。
2.至少按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述力加載器件(3a、3b)靠近所述試驗(yàn)塊(1)來(lái)布置，尤其基本上垂直于和/或平行于所述試驗(yàn)塊(1)的偏移的方向來(lái)布置。
3.至少按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述用于借助于壓電效應(yīng)來(lái)轉(zhuǎn)換力的轉(zhuǎn)換裝置(E、5c、6c、6a、6b、Ws、ffH)包括用于進(jìn)行壓阻的探測(cè)的器件(Ws、WH、N)和/ 或用于進(jìn)行壓電的探測(cè)的器件(E )。
4.至少按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述轉(zhuǎn)換裝置(E、5c、6c、6a、 6b、Ws、WH)包括至少一個(gè)尤其構(gòu)造為橫梁的形式的懸架(6a、6b、6c)，所述懸架(6a、6b、6c) 以活動(dòng)的方式將所述試驗(yàn)塊(1)固定在所述基片(S)上。
5.至少按權(quán)利要求3和4所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述用于進(jìn)行壓阻和/或壓電的探測(cè)的器件(WS、WH、N、E)布置在所述至少一個(gè)懸架(6a、6b、6c)上。
6.至少按權(quán)利要求3或4所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述用于進(jìn)行壓阻和/或壓電的探測(cè)的器件(WS、WH、N、E)包括納米線(N)，所述納米線(N)尤其垂直于所述懸架(6a、 6b、6c)來(lái)布置。
7.至少按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述用于進(jìn)行壓阻和/或壓電的探測(cè)的器件(Ws、Wh、N、E)包括均勻的和/或結(jié)構(gòu)化的構(gòu)造為電阻(WS、WH)的形式的區(qū)域。
8.至少按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述轉(zhuǎn)換裝置(E、5c、6c、6a、 6、Ws、Wh)構(gòu)造用于對(duì)力進(jìn)行有差別的探測(cè)。
9.至少按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中設(shè)置了用于提高敏感性的器件(H)。
10.至少按權(quán)利要求9所述的微機(jī)械的傳感器裝置，其中所述用于提高敏感性的器件 (H)以至少一個(gè)杠桿臂(H)的形式來(lái)布置。
11.用于測(cè)量加速度、壓力或者類似參數(shù)的方法，尤其適合于在按權(quán)利要求1-10中至少一項(xiàng)所述的裝置上來(lái)執(zhí)行，該方法包括以下步驟外力由于外部的加速度而作用于(S1)以活動(dòng)的方式尤其有彈性地布置在基片(S)上的試驗(yàn)塊(1)，借助于壓電效應(yīng)將作用于所述試驗(yàn)塊(1)的力轉(zhuǎn)換(S2)為優(yōu)選電氣的信號(hào)，暫時(shí)地尤其周期性地向所述試驗(yàn)塊(1)加載(S3)額外的力，以及對(duì)所述優(yōu)選電氣的信號(hào)進(jìn)行分析(S4)并且根據(jù)所分析的信號(hào)來(lái)提供(S5)加速度信號(hào)。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其中尤其在時(shí)間上分散地或者連續(xù)地分析(S4)所述電氣的信號(hào)。
13.至少按權(quán)利要求11所述的方法，其中借助矩形的或者正弦狀的信號(hào)或者偽噪聲信號(hào)來(lái)向所述試驗(yàn)塊(1)暫時(shí)地加載(S3)所述額外的力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量加速度、壓力和類似參數(shù)的微機(jī)械的傳感器裝置。該微機(jī)械的傳感器裝置包括基片、以活動(dòng)的方式優(yōu)選有彈性地布置在所述基片上的試驗(yàn)塊、用于借助于壓電效應(yīng)將作用于所述試驗(yàn)塊的力轉(zhuǎn)換為優(yōu)選電氣的信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置、用于向所述試驗(yàn)塊加載額外的力的力加載器件尤其電極、用于控制所述力加載器件的控制器件，其中所述控制器件如此控制所述力加載器件，從而暫時(shí)地尤其周期性地向所述試驗(yàn)塊加載所述額外的力，并且本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的方法。
文檔編號(hào)G01L9/08GK102313819SQ20111018322
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者布曼 A., 弗蘭克 A., 恩格澤 M., 諾伊爾 R. 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司