微机械惯性传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种微机械惯性传感器，其具有用于测量在第一频带中的惯性参量的第一传感器元件(110，120，130)和用于测量在第二频带中的周期性加速度的第二传感器元件(115，125，135)，其中，所述第二频带至少部分地高于所述第一频带。第一频带。第一频带。

【技术实现步骤摘要】
微机械惯性传感器


[0001]本专利技术的出发点是一种微机械惯性传感器，其具有用于测量在第一频带中的惯性参量的第一传感器元件。

技术介绍

[0002]长期以来，MEMS惯性传感器(转速和加速度传感器)在机动车中的许多安全应用中占据牢固的位置，并且在这期间也已经深入到诸如智能手机的许多日常产品中。
[0003]几乎所有应用中都会出现的一个问题是发生在传感器有用频带之外的外部振动干扰。这可能会导致各种不希望的传感器误差。即，信号中可能出现例如偏移误差，或传感器元件能够运动到机械固定挡块中并且因而无法可靠地测量线性加速度或转速。这些状态无法总是被传感器本身识别出。也受ASIC中的数据处理限制的传感器的有用频带大多低于干扰信号的频带。
[0004]因此，在传感器的开发和应用中非常精确地检查了哪些干扰能在所选择的安装地点中出现。如此精确地检查且适配传感器的周围环境的干扰源，使得能够确保传感器的可靠运行。这是一个非常耗时且成本高昂的过程。
[0005]如果在传感器的使用地点处出现导致高振动信号的故障(例如发动机或变速箱损坏)，则在开发阶段期间仅能对这些故障进行不良检查或根本不能进行检查。

技术实现思路

[0006]专利技术任务
[0007]本专利技术的任务是：传感器本身能够识别出这些高的加速度并且如有必要激活传感器信号的适当补偿或者说在止挡中存在机械过载的情况下有针对性地将传感器信号标记为不能使用的。
[0008]专利技术核心和优点
[0009]本专利技术涉及一种微机械惯性传感器，其具有用于测量在第一频带中的惯性参量的第一传感器元件和用于测量在第二频带中的周期性加速度的第二传感器元件，其中，所述第二频带至少部分地高于所述第一频带。
[0010]本专利技术的核心是：除了通常非常精确的低g传感器元件之外，还将具有高带宽的用于测量高加速度的另一个传感器元件集成到MEMS传感器中。这能够要么发生在同一个MEMS芯片上要么发生在第二MEMS芯片上，优选在同一个壳体中。
[0011]本专利技术的一个有利的构型设置，所述第一传感器元件设置成用于测量在第一探测方向(Nachweisrichtung)上的惯性参量，并且，所述第二传感器元件设置成用于测量在第一探测方向上的周期性加速度。
[0012]本专利技术的一个有利的构型设置，所述第一传感器元件是加速度测量仪，所述加速度测量仪设置成用于测量比所述第二传感器元件更小的加速度。
[0013]本专利技术的另一个有利的构型设置，所述第一传感器元件是转速测量仪。
[0014]同样有利的是，所述传感器具有信号处理单元，所述信号处理单元设置成用于处理所述第一传感器元件的第一测量信号和所述第二传感器元件的第二测量信号，并且用于输出基于所述第二测量信号而校正和/或注释的第一测量信号。
[0015]利用根据本专利技术的微机械惯性传感器能够测量在低g传感器的有用频带之上的干扰加速度。有利地，高g传感器的测量能够用于，由在其测量范围内的信号补偿出现在低g传感器的信号中的信号误差并且可靠地识别在周围环境中的干扰加速度是否使低g传感器运动到机械或电测量范围之外并且因而无法执行可靠的测量。除了监控安装地点处的干扰加速度之外，低g加速度传感器还能够通过高g传感器连续地来监控或也检验可信度并且如有必要识别出自发发生的硬件故障。因而提高了整个系统的安全性。此外，能够识别出导致高机械振动的车辆上的机械变化或其他误用情况。高g传感器的信号例如在摩托车中也可用于识别和评估事故情况(eCall)。高g信号附加地可用于控制器中的其他应用。
[0016]附加地，能够探测出机动车或摩托车处的应用中的、产生高干扰加速度的机械故障，例如发动机或变速箱损坏或者安装有问题的机械附加部件。正是应用程序中的这种随机出现的缺陷在开发过程期间仅非常困难地能够被考虑到。在此，本专利技术改进了整个系统的安全性并简化了释放过程(Freigabeprozess)，因为振动环境由高g传感器连续监控。
[0017]在机动车控制器的释放过程期间，高g传感器能够附加地节省成本，因为在许多情况下可省去外部参考传感器的复杂安装并且这里可以直接使用高g数据。附加地，可以探测到由于错误安装而导致的传感器的可能的误用。
[0018]以相同的方式也能够求取并且可能补偿转速传感器的干扰加速度。要探测的频率范围应在这里进行适配并且也将明显超过10kHz。原则上这不是问题。只需要在设计高g通道时将其考虑在内。由于当今已经有许多传感器作为具有在多个空间轴上的加速度和转速传感器的多通道设备作为IMU在市场上可用，因此第二传感器元件的高g信息也会被提供给转速传感器。
附图说明
[0019]图1示意性地示出现有技术中的低g加速度传感器。
[0020]图2示意性地示出在第一实施例中的根据本专利技术的微机械惯性传感器，具有振动监控的加速度传感器。
具体实施方式
[0021]图1示意性地示出现有技术中的低g加速度传感器。呈现了惯性传感器1，这里是具有MEMS芯片10和ASIC 20的三通道低g加速度传感器。在MEMS芯片上集成有用于在空间方向x、y、z上的低g加速度测量的第一电容式传感器元件110、120、130。在ASIC 20上集成有用于相应于每个通道存在的加速度而产生电压的第一电容
‑
电压转换器(C/V转换器)210，该第一电容
‑
电压转换器提供第一测量信号220。此外，集成了用于信号处理的第一信号处理器230，该第一信号处理器设置成用于输出低g加速度信号300。
[0022]这些传感器典型地具有50Hz至400Hz的带宽。通过ASIC将带宽降低到所需的程度，以便将传感器的噪声保持为尽可能低的。MEMS传感器元件的典型带宽为3kHz至5kHz。在400Hz至若干kHz的范围内，因此能够由传感器来测量对于有用信号(50Hz至400Hz)来说不
希望的加速度。这些信号能导致传感器误差(信号偏差，英文：SignalBias)或传感器元件的机械削波。在存在传感器误差的情况下，在认识到干扰加速度频率和幅度的情况下能够良好地预测传感器误差的大小。显著高于MEMS元件的谐振频率(f>10kHz)，MEMS元件的传递功能由于PT2行为而迅速降低。在这里，MEMS元件变得对干扰加速度不敏感。在400Hz至10kHz的频率范围内，认识到存在的干扰加速度是非常有利的，以用于首先部分单独地(teileindividuell)关于传感器误差补偿传感器信号并且其次可靠地探测传感器元件的机械过载范围。
[0023]图2示意性地示出在第一实施例中的根据本专利技术的微机械惯性传感器，具有振动监控的加速度传感器。除了从图1中已知的元件之外，在MEMS芯片10上还集成有用于在空间方向x、y、z上的高g加速度测量的第二电容式传感器元件115、125、135。在ASIC10中并行于低g信号地测量和分析处理信号。
[0024]为此，在ASIC上集成有相应于每个通道存在的加速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机械惯性传感器，其具有用于测量在第一频带中的惯性参量的第一传感器元件(110，120，130)并具有用于测量在第二频带中的周期性加速度的第二传感器元件(115，125，135)，其中，所述第二频带至少部分地高于所述第一频带。2.根据权利要求1所述的微机械惯性传感器，其特征在于，所述第一传感器元件设置成用于测量在第一探测方向上的惯性参量，并且，所述第二传感器元件设置成用于测量在所述第一探测方向上的周期性加速度。3.根据权利要求1或2所述的微机械惯性传感器，其特征在于，所述第一传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：