[发明专利]用于测量加速度、压力和类似参数的微机械的传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对加速度、压力和类似参数进行测量的微机械的传感器装置。

背景技术

需要比如加速度传感器的形式的微机械的传感器装置用于多种多样的应用情况，尤其在机动车中用于电子的稳定程序用的加速度的测量或者也用于判断，安装在机动车中的气囊是否应该由于车祸而触发。加速度传感器的另一个应用领域是消费者领域，这里比如是移动电话的领域，对于所述移动电话来说所述加速度传感器用于按移动电话的定位来旋转显示屏内容，用于就这样可以在不依赖于移动电话的位置的情况下以直立可读的形式向使用者显示显示屏的相应的内容。

从DE 44 26 163 A1中已经公开了一种加速度传感器，该加速度传感器由弹簧-质量系统构成并且其弯曲梁以预先给定的谐振频率振动。所述弯曲梁在此如此夹紧在固定座之间，使得其在缺少外部的力的作用时形成拱形。所述隆起部分形成机械的不稳定性，这种机械的不稳定性会在出现力的作用时发生变形。

从DE 10 2008 002 606 A1中已经公开了具有敞开的试验块的微机械的加速度传感器，该微机械的加速度传感器包括基片、悬架、试验块以及固定的电容式电极。所述试验块在此借助于所述悬架悬挂在所述基片上面并且具有质量重心。所述悬架在所述基片上具有至少两个固定点，其中所述两个固定点布置在所述质量重心的对置的侧面上，其中所述两个固定点之间的间距小于所述试验块的水平伸长，其中所述两个固定点确定了中轴线，其中所述试验块具有空隙，所述空隙布置在所述中轴线的对置的侧面上并且在背向所述中轴线的侧面上朝侧面敞开，其中所述固定的电极至少啮合到所述试验块的空隙中。

加速度在此借助于电容的变化来测量。但是，基于电容变化的加速度传感器在其尺寸方面比较大并且因此比较昂贵。

发明内容

在权利要求1中所定义的用于对加速度、压力和类似参数进行测量的微机械的传感器装置，包括基片、以活动的方式优选有弹性地布置在所述基片上的试验块、用于借助于压电效应将作用于所述试验块上的力转换为优选电气的信号的转换装置、用于向所述试验块加载额外的力的力加载器件尤其电极、用于控制所述力加载器件的控制器件，其中所述控制器件如此控制所述力加载器件，从而暂时地尤其周期性地向所述试验块加载所述额外的力。

在权利要求11中所定义的用于对加速度、压力或者类似参数进行测量的方法，尤其适合于用按权利要求1-10中至少一项所述的装置来实施，该方法包括以下步骤：外力由于外部的加速度作用于以活动的方式尤其有弹性的布置在基片上的试验块，借助于压电效应将作用于所述试验块的力转换为优选电气的信号，暂时地尤其周期性地向所述试验块加载额外的力，对所述优选电气的信号进行分析并且根据所分析的信号来提供加速度信号。

在权利要求1中所定义的微机械的传感器装置以及在权利要求11中所定义的用于对加速度、压力或者类似参数进行测量的方法具有这样的优点，即可以降低所述微机械的传感器装置的尺寸，而尤其在使用压阻的效应的情况下在将所述力转换为信号时1/f噪声没有升高，并且尽管如此尤其在使用压电的效应的情况下也可以额外地测量在时间上恒定的加速度。

如果外部的力比如通过机动车的制动的形式的负加速度作用于所述试验块，那就通过比如电极的形式的力加载器件将额外的力施加到所述试验块上，使得所述试验块由于静电的力的关于电极与力加载器件之间的间距的非线性而间接地在所述转换装置的悬架中导致不同的应力。这种应力依赖于外部的作用于所述试验块上的力，该力处于具有所述微机械的传感器装置的第一频率的基带中。所述转换装置现在根据压电效应将应力转换为电气的信号比如电压。具有处于所述微机械的传感器装置的基带或者有效带宽之上的第二频率的静电的力的调制导致所述转换装置的悬架中的应力的相应的调制并且后来也导致所述电气的信号的相应的调制。包含在所述电气的信号中的关于作用于所述试验块的力或者说加速度的信息现在处于具有相当于第二频率的中心频率并且具有所述第一频率的双倍宽度的所谓的载波频带中。借助于随后的相位正确的调制，将经过调制的电气信号比如借助于卷积（Faltung）又反向转换为基带。不过，通过所述卷积也产生所述信号的处于所述载波频带之上的部分。这些部分可以借助于低通滤波器来移走。由此而后提供用于作用于所述试验块的加速度的信号，该信号具有上面所提到的优点。

所述微机械的传感器装置或者说相应的方法的另一个优点是，由此也可以将力以不同的方向传输到所述试验块上，从而由此提高所述装置或者说方法的灵活性。