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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zumindest zur Charakterisierung einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors und einen Sensor. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors und ein Verfahren zum Betreiben eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der
DE 10 2014 202 053 A1 , sind mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildete Sensorvorrichtungen bekannt, wobei die zwei Elektroden-Massen, eine Anbindung der Elektroden-Massen über Federn und den zwei Elektroden-Massen zugeordnete Elektroden bezüglich einer mittig zwischen den Elektroden-Massen verlaufenden Symmetrieachse spiegelsymmetrisch sein sollen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer herkömmlichen Vorgehensweise zum Betreiben einer mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildete Sensorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
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Bei der mittels der 1 schematisch wiedergegebenen herkömmlichen Vorgehensweise werden ein erstes Sensorsignal S1 zwischen einer ersten der zwei Elektroden-Massen einer nur schematisch skizzierten Sensorstruktur 2 und einer der ersten Elektroden-Masse zugeordneten ersten Sensor-Elektrode der Sensorstruktur 2 und ein zweites Sensorsignal S2 zwischen einer zweiten der zwei Elektroden-Massen der Sensorstruktur 2 und einer der zweiten Elektroden-Masse zugeordneten zweiten Sensor-Elektrode der Sensorstruktur 2 abgegriffen. Mittels einer herkömmlichen Auswerteschaltung 4 zur Differenzbildung wird mittels einer Differenzbildung aus dem ersten Sensorsignal S1 und dem zweiten Sensorsignal S2 ein Messsignal Mpa festgelegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zumindest zur Charakterisierung einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 5, ein Verfahren zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren zum Betreiben eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors ohne die Verwendung einer mechanischen Vibriervorrichtung zum Versetzen des jeweiligen Sensors in Vibrationen. Deshalb ist es bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung auch nicht notwendig, den zu charakterisierenden Sensor auf einer Haftfläche der mechanischen Vibriervorrichtung zu befestigen, beispielsweise indem der Sensor auf einer Trägerstruktur/Leiterplatte festgelötet wird und die Trägerstruktur/Leiterplatte anschließend auf der Haftfläche festgeklebt oder festgelötet wird. Des Weiteren müssen bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung auch nicht die Ungenauigkeiten bei der Charakterisierung des Sensors in Kauf genommen werden, welche bei einem Festklemmen des Sensors auf der Haftfläche der mechanischen Vibriervorrichtung auftreten. Die vorliegende Erfindung schafft damit Möglichkeiten zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors, welche relativ kostengünstig und mit einem vergleichsweise geringen Arbeitsaufwand ausführbar ist und trotzdem verlässliche Größen oder Informationen liefert.
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Während herkömmlicherweise die Probleme und Nachteile einer Nutzung einer mechanischen Vibriervorrichtung, wie beispielsweise eines mechanischen Vibrators oder eines mechanischen „Shakers“, zum Untersuchen einer Vibrationsempfindlichkeit eines Sensors so groß sind, dass derartige Untersuchungen kaum ausgeführt werden, vereinfacht die vorliegende Erfindung eine Charakterisierung einer Vibrationsempfindlichkeit von Sensoren und trägt damit zur häufigeren Untersuchung von Sensoren bezüglich dieser wichtigen Eigenschaft bei.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie Möglichkeiten zum automatischen/autonomen Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit von mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensoren ohne einen von einer Person auszuführenden Arbeitsschritt schafft. Die mittels der vorliegenden Erfindung geschaffenen Möglichkeiten zur Charakterisierung der Vibrationsempfindlichkeit können sowohl nach einer Produktion von mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensoren (in Serie) als auch während eines Betriebs eines derartigen Sensors innerhalb seiner gesamten Lebensdauer genutzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die Betreibereinrichtung mittels der Elektronikeinrichtung dazu aktivierbar, periodisch variierende Betreibersignale zwischen der ersten Elektroden-Masse und zumindest einer zugeordneten ersten Stator-Elektrode und zwischen der zweiten Elektroden-Masse und zumindest einer zugeordneten zweiten Stator-Elektrode anzulegen, wobei zumindest ein erstes periodisch variierendes Betreibersignal zwischen der ersten Elektroden-Masse und der ersten Stator-Elektrode und ein im Vergleich mit dem ersten Betreibersignal um 180°-phasenverschobenes zweites periodisch variierendes Betreibersignal zwischen der zweiten Elektroden-Masse und der zweiten Stator-Elektrode derart anlegbar sind, dass die zwei verstellbaren Elektroden-Massen in Schwingbewegungen versetzbar sind, deren Projektionen auf eine geneigt oder senkrecht zu der ersten Raumrichtung ausgerichtete zweite Raumrichtung harmonische Schwingungen sind. Mittels der hier beschriebenen Ausführungsform der Vorrichtung kann die Charakterisierung der Vibrationsempfindlichkeit des jeweiligen Sensors somit auch erfolgen, während dessen zwei Elektroden-Massen in die für den Betrieb einer Vielzahl von Sensortypen, wie beispielsweise Drehratensensoren oder Magnetfeldsensoren, typische Schwingbewegung versetzt sind.
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Als vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung kann die Elektronikeinrichtung nach zumindest einmaliger Festlegung der Größe bezüglich der Vibrationsempfindlichkeit des Sensors dazu ausgelegt sein, ein Messsignal des Sensors unter Berücksichtigung zumindest eines aktuell zwischen der ersten Elektroden-Masse und der ersten Sensor-Elektrode abgegriffenen ersten Sensorsignals, eines aktuell zwischen der zweiten Elektroden-Masse und der zweiten Sensor-Elektrode abgegriffenen zweiten Sensorsignals und der mindestens einen festgelegten Größe festzulegen. Die hier beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung kann somit nicht nur die Charakterisierung der Vibrationsempfindlichkeit des jeweiligen Sensors ausführen, sondern auch die mindestens eine dabei festgelegte Größe zum Verbessern der Messsignale des Sensors nutzen. Wie unten genauer ausgeführt ist, können auf diese Weise Vibrations-bedingte Fehler an dem Messsignal herauskorrigiert/herausgefiltert werden. Die hier beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung bewirkt damit auch eine Steigerung einer Messgenauigkeit und/oder eine Reduzierung einer Fehlerhäufigkeit des damit zusammenwirkenden Sensors.
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Insbesondere kann die Elektronikeinrichtung dazu ausgelegt sein, ein Summensignal aus dem ersten Sensorsignal S1 und dem zweiten Sensorsignal S2 zu bilden, ein Korrektursignal Scor zumindest mittels einer Multiplikation des Summensignals mit der festgelegten Größe oder mit einem Mittelwert mehrerer festgelegter Größen zu bilden und mittels einer Differenzbildung aus dem ersten Sensorsignal S1, dem zweiten Sensorsignal S2 und dem Korrektursignal Scor das Messsignal M festzulegen gemäß: M = S1 - S2 - Scor. Die hier beschriebene Ausführungsform der Elektronikeinrichtung ist relativ kostengünstig herstellbar und benötigt vergleichsweise wenig Bauraum.
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Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch realisiert bei einem Sensor mit einer derartigen Vorrichtung, den zwei verstellbaren Elektroden-Massen, der in der ersten Raumrichtung zu der ersten Elektroden-Masse angeordneten ersten Test-Elektrode und der in der ersten Raumrichtung zu der zweiten Elektroden-Masse angeordneten zweiten Test-Elektrode, der der ersten Elektroden-Masse zugeordneten ersten Sensor-Elektrode und der der zweiten Elektroden-Masse zugeordneten zweiten Sensor-Elektrode, und der Betreibereinrichtung, welche mittels der Vorrichtung zumindest dazu aktivierbar ist, das Test-Spannungssignal gleichzeitig zwischen der ersten Elektroden-Masse und der ersten Test-Elektrode und zwischen der zweiten Elektroden-Masse und der zweiten Test-Elektrode anzulegen, wobei die zwei verstellbaren Elektroden-Massen mittels des Test-Spannungssignals in Auslenkbewegungen versetzbar sind. Der Sensor kann beispielsweise ein Drehratensensor oder ein Magnetfeldsensor sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Sensortypen nur beispielhaft zu interpretieren sind.
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Ebenso bewirkt auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors die vorausgehend beschriebenen Vorteile. Das Verfahren zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors kann entsprechend den vorausgehen beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung weitergebildet werden.
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Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors die oben beschriebenen Vorteile. Auch das Verfahren zum Betreiben eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors kann gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen der Vorrichtung weitergebildet werden.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer herkömmlichen Vorgehensweise zum Betreiben einer mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildete Sensorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung, bzw. eines damit zusammenwirkenden Sensors;
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung, bzw. eines damit zusammenwirkenden Sensors;
- 4 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors; und
- 5 ein Rechenschema zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mit zwei verstellbaren Elektronik-Massen ausgebildeten Sensors.
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Ausführungsformen der Erfindung
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung, bzw. eines damit zusammenwirkenden Sensors.
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Die in 2 schematisch dargestellte Vorrichtung 10 ist zumindest zur Charakterisierung einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b ausgebildeten Sensors 14 ausgelegt. Unter den zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b sind bezüglich eines (nicht dargestellten) Gehäuses des Sensors 14 verstellbare Massen, an welchen jeweils mindestens eine Elektrodenfläche angeordnet oder ausgebildet ist, zu verstehen. Die zwei Elektroden-Massen 12a und 12b können auch als seismische Massen 12a und 12b des Sensors 14 bezeichnet werden.
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Der Sensor 14 ist vorzugsweise zum Detektieren/Messen einer physikalischen Größe oder einer physikalischen Kraft ausgelegt. Der Sensor 14 kann beispielsweise ein Drehratensensor oder ein Magnetfeldsensor sein. Insbesondere kann der Sensor 14 eine Sensierrichtung 15 aufweisen, bezüglich welcher die physikalische Größe oder die physikalische Kraft detektierbar/messbar sind. Beispielsweise können als die physikalische Kraft oder als die physikalische Größe eine in die Sensierrichtung 15 gerichtete Corioliskraft oder eine in die Sensierrichtung 15 gerichtete Lorenzkraft detektierbar/messbar sein. Eine entsprechende Drehrate oder Magnetfeldkomponente kann ebenso als die physikalische Größe detektierbar/messbar sein. Es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Verwendbarkeit der Vorrichtung 10 nicht auf einen bestimmten Sensortyp des Sensors 14 beschränkt ist. Der Sensor 14 kann auch ein mikromechanischer Sensor sein.
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Die Vorrichtung 10 kann eine in das Gehäuse des Sensors 14 integrierte Untereinheit des Sensors 14 sein. Die Vorrichtung 10 kann insbesondere eine Steuer- und/oder Auswertevorrichtung des Sensors 14 sein. Alternativ kann die Vorrichtung 10 jedoch auch dann mit dem Sensor 14 auf die im Weiteren beschriebene Weise zusammenwirken, wenn die Vorrichtung 10 als eine „eigene Vorrichtung“ außerhalb des Gehäuses des Sensors 14 ausgebildet ist.
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Die Vorrichtung 10 umfasst zumindest eine Elektronikeinrichtung 16, mittels welcher eine Betreibereinrichtung 18 des Sensors 14 dazu aktivierbar ist, ein Test-Spannungssignal VTest gleichzeitig zwischen einer ersten der zwei Elektroden-Massen 12a und einer in einer ersten Raumrichtung x zu der ersten Elektroden-Masse 12a angeordneten ersten Test-Elektrode 20a des Sensors 14 und zwischen einer zweiten der zwei Elektroden-Massen 12b und einer in der ersten Raumrichtung x zu der zweiten Elektroden-Masse 12b angeordneten zweiten Test-Elektrode 20b des Sensors 14 anzulegen. Die Elektronikeinrichtung 16 gibt dazu beispielsweise ein Aktivierungssignal 22 an die Betreibereinrichtung 18 aus. Unter der Betreibereinrichtung 18 des Sensors 14 kann insbesondere eine Strom- oder Spannungsquelle des Sensors 14 verstanden werden. Vorzugsweise entspricht die erste Raumrichtung x der Sensierrichtung 15 des Sensors 14.
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Das Test-Spannungssignal VTest ist derart gleichzeitig zwischen der ersten Elektroden-Masse 12a und der ersten Test-Elektrode 20a und zwischen der zweiten Elektroden-Masse 12b und der zweiten Test-Elektrode 20b anlegbar, dass die zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b mittels des Test-Spannungsignals VTest in Auslenkbewegungen 24a und 24b versetzbar sind/versetzt werden. Vorzugsweise sind die zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b mittels einer (in 2 nicht skizzierten) Anbindung derart in dem Sensor 14 angeordnet, dass die zwei Elektroden-Massen 12a und 12b zumindest mit einer entlang der ersten Raumrichtung x ausgerichteten Bewegungskomponente in Bezug zu dem Gehäuse des Sensors 14 verstellbar sind. Die mittels des Test-Spannungssignals VTest bewirkten Auslenkbewegungen 24a und 24b der zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b können insbesondere in die erste Raumrichtung x gerichtet sein.
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Die Elektronikeinrichtung 16 ist somit dazu ausgelegt, Auslenkbewegungen 24a und 24b der zwei verstellbaren Elektroden-Massen zu bewirken, welche Vibrations-bedingten Bewegungen der Elektroden-Massen 12a und 12b bei einer Vibration des Sensors 14 entlang der ersten Raumrichtung x entsprechen. Damit erfordert das Auslösen der den Vibrations-bewirkten Bewegungen entsprechenden Auslenkbewegungen 24a und 24b der Elektroden-Massen 12a und 12b des mit der Vorrichtung 10 zusammenwirkenden Sensors 14 keine Verwendung einer mechanischen Vibriervorrichtung, wie beispielsweise eines mechanischen Vibrators oder eines mechanischen „Shakers“. Damit entfallen bei einer Nutzung der Vorrichtung 10 auch die herkömmlicherweise bei der Verwendung einer mechanischen Vibriervorrichtung auftretenden Probleme und Nachteile. Das Test-Spannungssignal VTest kann somit als eine „elektronische Anregung“ bezeichnet werden, welche herkömmliche mechanische Vibrationsanregungen oder herkömmliche „mechanische Vibrationsstimuli“ unnötig macht. Das Test-Spannungssignal VTest kann insbesondere ein harmonisch variierendes Spannungssignal sein. Eine Frequenz des Test-Spannungssignals VTest kann beispielsweise in einem Bereich von 20 kHz (Kilohertz) bis 30 kHz (Kilohertz) liegen.
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Die Elektronikeinrichtung 16 ist auch dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung zumindest eines zwischen der in ihre erste Auslenkbewegung 24a versetzten ersten Elektroden-Masse 12a und einer zugeordneten (nicht skizzierten) ersten Sensor-Elektrode abgegriffenen ersten Sensorsignals S1 und eines zwischen der in ihre zweite Auslenkbewegung 24b versetzten zweiten Elektroden-Masse 12b und einer zugeordneten (nicht dargestellten) zweiten Sensor-Elektrode abgegriffenen zweiten Sensorsignals S2 mittels einer Differenzbildung eine Größe σ oder eine Information bezüglich der Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14 festzulegen. Sofern die erste Raumrichtung x der Sensierrichtung 15 des Sensors 14 entspricht, sind die Sensor-Elektroden in der Regel bereits an dem Sensor 14 vorhanden, um Positionsänderungen der zwei Elektroden-Massen 12a und 12b in der Sensierrichtung 15 mittels der Sensor-Elektroden zu detektieren/messen.
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Herkömmlicherweise wird häufig versucht, die Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14, insbesondere bezüglich Vibrationen des Sensors 14 entlang der ersten Raumrichtung x/seiner Sensierrichtung 15, gering zu halten, indem versucht wird, die zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b, ihre Anbindung und die ihnen zugeordneten Elektroden 20a und 20b (einschließlich ihrer Sensor-Elektroden) bezüglich einer entlang oder parallel zu der ersten Raumrichtung x/der Sensierrichtung 15 ausgerichteten Soll-Spiegelsymmetrieebene 26 spiegelsymmetrisch auszubilden. Auf diese Weise wird gemäß dem Stand der Technik häufig versucht, den Sensor 14 derart baulich auszubilden, dass von einer Vibration des Sensors 14 entlang der ersten Raumrichtung x/seiner Sensierrichtung 15 bewirkte Änderungen des ersten Sensorsignals S1 und des zweiten Sensorsignals S2 mittels einer Differenzbildung automatisch herauskorrigiert/herausgefiltert werden.
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Die hier beschriebene Elektronikeinrichtung 16 ist somit dazu ausgelegt, Auslenkbewegungen 24a und 24b der zwei Elektroden-Massen 12a und 12b, welche den bei einer Vibration des Sensors 14 entlang der ersten Raumrichtung x/seiner Sensierrichtung 15 auftretenden Vibrations-bedingten Bewegungen der zwei Elektroden-Massen 12a und 12b entsprechenden, auszulösen und gleichzeitig zu ermitteln, wie verlässlich von den Auslenkbewegungen 24a und 24b bewirkte Änderungen des ersten Sensorsignals S1 und des zweiten Sensorsignals S2 mittels einer Differenzbildung herausgefiltert werden. Damit eignet sich die Elektronikeinrichtung 16, bzw. die damit ausgebildete Vorrichtung 10, vorteilhaft zur verlässlichen Festlegung der die Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14 wiedergebenden Größe σ oder der entsprechenden Information.
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Optionaler Weise kann die Betreibereinrichtung 18 mittels der Elektronikeinrichtung 16 auch dazu aktivierbar sein, Betreibersignale zwischen der ersten Elektroden-Masse 12a und zumindest einer zugeordneten (nicht skizzierten) ersten Stator-Elektrode und zwischen der zweiten Elektroden-Masse 12b und zumindest einer zugeordneten (nicht dargestellten) zweiten Stator-Elektrode anzulegen. Die anlegbaren Betreibersignale können insbesondere periodisch variierende Spannungssignale sein. Außerdem können die zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b mittels ihrer Anbindung derart in dem Sensor 14 angeordnet sein, dass die zwei Elektroden-Massen 12a und 12b zumindest mit einer entlang einer geneigt oder senkrecht zu der ersten Raumrichtung x ausgerichteten zweiten Raumrichtung y ausgerichteten Bewegungskomponente in Bezug zu dem Gehäuse des Sensors 14 verstellbar sind. Bevorzugter Weise sind in diesem Fall zumindest ein erstes periodisch variierendes Betreibersignal zwischen der ersten Elektroden-Masse 12a und der ersten Stator-Elektrode und ein im Vergleich mit dem ersten Betreibersignal um 180°-phasenverschobenes zweites periodisch variierendes Betreibersignal zwischen der zweiten Elektroden-Masse 12b und der zweiten Stator-Elektrode derart anlegbar, dass die zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b in Schwingbewegungen 28a und 28b versetzbar sind/versetzt werden, deren Projektionen auf die zweite Raumrichtung y harmonische Schwingungen sind. Insbesondere können die Schwingbewegungen 28a und 28b der Elektroden-Massen 12a und 12b harmonische Schwingungen entlang der zweiten Raumrichtung y sein. Vorzugsweise ist eine auf diese Weise bewirkte ersten Schwingbewegung 28a der ersten Elektroden-Masse 12a um 180° phasenverschoben zu einer gleichzeitig bewirkten zweiten Schwingbewegung 28b der zweiten Elektroden-Masse 12b. Außerdem können die Schwingbewegungen 28a und 28b der Elektroden-Massen 12a und 12b (nahezu) spiegelsymmetrisch bezüglich der Soll-Spiegelsymmetrieebene 26 sein.
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Derartige Schwingbewegungen 28a und 28b der Elektroden-Massen 12a und 12b werden von einer Vielzahl von Sensortypen zum Detektieren/Messen einer physikalischen Größe, wie beispielsweise einer Drehrate oder einer Magnetfeldstärke, bzw. einer physikalischen Kraft, wie insbesondere einer Corioliskraft oder einer Lorentzkraft, verwendet. Da die jeweilige Kraft senkrecht zu den Schwingbewegungen 28a und 28b der Elektroden-Massen 12a und 12b ausgerichtet ist, sind auch kraftinduzierte Auslenkungen 30a und 30b der Elektroden-Massen 12a und 12b senkrecht zu den Schwingbewegungen 28a und 28b der Elektroden-Massen 12a und 12b gerichtet. Vorzugsweise ist die zweite Raumrichtung y deshalb senkrecht zu der Sensierrichtung 15 des Sensors 14 ausgerichtet. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die kraftinduzierten Auslenkungen 30a und 30b der Elektroden-Massen 12a und 12b entlang der Sensierrichtung 15 des Sensors 14 ausgerichtet sind. Außerdem bewirkt die Phasenverschiebung von (ungefähr) 180° zwischen der ersten Schwingbewegung 28a der ersten Elektroden-Masse 12a und der zweiten Schwingbewegung 28b der zweiten Elektroden-Masse 12b, dass die kraftinduzierten Auslenkungen 30a und 30b der Elektroden-Massen 12a und 12b entgegengerichtet sind. Die kraftinduzierten Auslenkungen 30a und 30b der Elektroden-Massen 12a und 12b bewirken in diesem Fall Änderungen des ersten Sensorsignals S1 und des zweiten Sensorsignals S2, welche (im Wesentlichen) mittels einer Differenzbildung ausgewertet werden.
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Bei einer Frequenz fDrive der harmonisch variierenden Betreibersignale kann das Test-Spannungssignal VTest insbesondere eine Frequenz fDrive + fTest haben. Ein mittels einer Differenzbildung aus den Sensorsignalen S1 und S2 gewonnenes Differenzsignal kann anschließend mit der Frequenz fDrive von der Elektronikeinrichtung 16 demoduliert werden, wodurch ein von dem Test-Spannungssignal VTest bewirkter Offset mit der Frequenz fTest gewonnen wird. Eine Amplitude des Offsets korreliert zu der Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14, so dass die Größe σ oder die entsprechende Information unter Berücksichtigung der Amplitude mittels der Elektronikeinrichtung 16 problemlos festlegbar sind.
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Die Anbindung der zwei verstellbaren Elektroden-Massen 12a und 12b kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass jede der zwei Elektroden-Massen 12a und 12b unabhängig von der anderen Elektroden-Masse 12a oder 12b verstellbar ist. Zur Anbindung der zwei Elektroden-Massen 12a und 12b kann der Sensor 14 beispielsweise mindestens eine Feder aufweisen. Da Techniken zur Anbindung der zwei Elektroden-Massen 12a und 12b jedoch aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht genauer darauf eingegangen.
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Sofern die vorausgehend beschriebene Charakterisierung des Sensors 14 bezüglich seiner Vibrationsempfindlichkeit in einem Endstadium seiner Herstellung erfolgt, und dabei festgestellt wird, dass die Vibrationsempfindlichkeit nicht vorgegebenen Mindestvoraussetzungen genügt, kann ein In-den-Umlaufbringen des Sensors 14 frühzeitig verhindert werden. Die Vorrichtung 10 kann damit dazu beitragen, einen Qualitätsstandard von käuflich erwerblichen Sensoren zu steigern.
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Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Elektronikeinrichtung 16 nach zumindest einmaliger Festlegung der Größe σ bezüglich der Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14 zusätzlich dazu ausgelegt sein, während eines Betriebs des Sensors 14 ein Messsignal M des Sensors 14, anhand von welchem beispielsweise eine zu detektierende/messende physikalische Größe oder eine zu detektierende/messende physikalische Kraft festgelegt werden, unter Berücksichtigung zumindest eines aktuell zwischen der ersten Elektroden-Masse 12a und der ersten Sensor-Elektrode abgegriffenen ersten Sensorsignals S1, eines aktuell zwischen der zweiten Elektroden-Masse 12b und der zweiten Sensor-Elektrode abgegriffenen zweiten Sensorsignals S2 und der mindestens einen festgelegten Größe σ festzulegen. Die Elektronikeinrichtung 16 kann somit die mindestens eine festgelegte Größe σ auch zum Verbessern einer Vibrationsunempfindlichkeit des festgelegten Messsignals M des Sensors, bzw. der zu detektierenden/messenden physikalischen Größe oder der zu detektierenden/messenden physikalischen Kraft, nutzen. Die Elektronikeinrichtung 16, bzw. die damit ausgestattete Vorrichtung 10, trägt in diesem Fall auch zu einer Steigerung einer Messgenauigkeit des Sensors 14 und zur Reduzierung einer Fehlerhäufigkeit des Sensors 14 bei.
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Mittels der vorausgehend beschriebenen vorteilhaften Festlegung des Messsignals M können bei einer gewünschten Ausbildung der Elektroden-Massen 12a und 12b, ihrer Anbindung und ihrer Elektroden (vollständig) spiegelsymmetrisch bezüglich der Soll-Spiegelsymmetrieebene 26 in der Regel auftretende Abweichungen/Fehler verlässlich kompensiert/korrigiert werden. Eine „tatsächliche Vibrationsempfindlichkeit“ des Sensors 14 ist auf diese Weise, selbst wenn die Elektroden-Massen 12a und 12b, ihre Anbindung und ihre Elektroden nicht (vollständig) spiegelsymmetrisch bezüglich der Soll-Spiegelsymmetrieebene 26 sind, reduzierbar. Die vorteilhafte Festlegung des Messsignals M macht somit die herkömmlicher Weise häufig notwendige Einhaltung von strengen Vorgaben zur (vollständig) spiegelsymmetrischen Ausbildung der Elektroden-Massen 12a und 12b, ihrer Anbindung und ihrer Elektroden bezüglich der Soll-Spiegelsymmetrieebene 26 unnötig. Eine Nutzung der zur vorausgehend beschriebenen vorteilhaften Festlegung des Messsignals M ausgebildeten Elektronikeinrichtung 16/Vorrichtung 10 erleichtert deshalb auch die Herstellung des Sensors 14, wodurch dessen Herstellungskosten reduziert werden.
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Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung 16 dazu ausgelegt sein, ein Summensignal aus dem ersten Sensorsignal S1 und dem zweiten Sensorsignal S2 zu bilden, ein Korrektursignal Scor zumindest mittels einer Multiplikation des Summensignals mit der (zuletzt) festgelegten Größe σ oder mit einem Mittelwert mehrerer festgelegter Größen σ zu bilden und mittels einer Differenzbildung aus dem ersten Sensorsignal S1, dem zweiten Sensorsignal S2 und dem Korrektursignal Scor das Messsignal M festzulegen gemäß: M = S1 - S2 - Scor. Die hier beschriebene Ausbildung der Elektronikeinrichtung 16 ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung, bzw. eines damit zusammenwirkenden Sensors.
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Der in
3 schematisch wiedergegebene Sensor
14 weist eine seiner ersten Elektroden-Masse
12a zugeordnete erste Kompensationselektrode
32a und eine seiner zweiten Elektroden-Masse
12b zugeordnete zweite Kompensationselektrode
32b auf. Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der
DE 10 2009 000 475 A1 , sind Verfahren zur Quadraturkompensation unter Verwendung derartiger Kompensationselektroden
32a und
32b bekannt, bei welchen durch Anlegen einer ersten Quadraturspannung zwischen der ersten Kompensationselektrode
32a und der ersten Elektroden-Masse
12a eine erste Kompensationskraft und durch gleichzeitiges Anlegen einer zweiten Quadraturspannung zwischen der zweiten Kompensationselektrode
32b und der zweiten Elektroden-Masse
12b eine zweite Kompensationskraft erzeugt werden. Die Kompensationselektroden
32a und
32b können auch als Quadratur-Elektroden (Quadrature Electrodes) bezeichnet werden. Derartige Kompensationselektroden
32a und
32b überlappen sich in der Regel zumindest teilweise mit den zugeordneten Elektroden-Massen
12a und
12b.
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Wie in 3 erkennbar ist, können die erste Kompensationselektrode 32a als erste Test-Elektrode 32a und die zweite Kompensationselektrode 32b als die zweite Test-Elektrode 32b genutzt werden. Da die Kompensationselektroden 32a und 32b sich zumindest teilweise mit den zugeordneten Elektroden-Massen 12a und 12b überlappen, erfüllen sie die „Voraussetzungen“ von Test-Elektroden 32a und 32b verlässlich. Unter den Test-Elektroden 32a und 32b müssen somit keine lediglich für den vorausgehend beschriebenen Verwendungszweck zum Anlegen des Test-Spannungssignals VTest genutzte Elektroden verstanden werden.
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Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der Vorrichtung 10/des Sensors 14 der 3 wird auf die vorausgehende Ausführungsform verwiesen.
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Die in den 2 und 3 wiedergegebenen Sensoren 14 können aufgrund ihrer verbesserten Vibrationsempfindlichkeit vielseitiger eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein derartiger Sensor 14 als (mikromechanischer) Magnetfeldsensor (bzw. als Gyroskop) für neue Verwendungstechniken, wie z.B. „lndoor“-Navigationstechnologien, „erweiterte Realität“-Verfahren (Augmented Reality), Drohnen, in/an einem mechanischen Motor oder in/an einem Lautsprecher (Speaker) eingesetzt werden.
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4 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Charakterisieren einer Vibrationsempfindlichkeit eines mit zwei verstellbaren Elektroden-Massen ausgebildeten Sensors.
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In einem Verfahrensschritt St1 wird ein Test-Spannungssignal gleichzeitig zwischen einer ersten der zwei Elektroden-Massen und einer in einer ersten Raumrichtung zu der ersten Elektroden-Masse angeordneten ersten Test-Elektrode des Sensors und zwischen einer zweiten der zwei Elektroden-Massen und einer in der ersten Raumrichtung zu der zweiten Elektroden-Masse angeordneten zweiten Test-Elektrode des Sensors derart angelegt, dass die zwei verstellbaren Elektroden-Massen mittels des Test-Spannungssignals in Auslenkbewegungen versetzt werden. Optionaler Weise kann zusammen/gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt St1 auch ein Verfahrensschritt St2 ausgeführt werden, in welchem Betreibersignale zwischen der ersten Elektroden-Masse und zumindest einer zugeordneten ersten Stator-Elektrode und zwischen der zweiten Elektroden-Masse und zumindest einer zugeordneten zweiten Stator-Elektrode angelegt werden. Die Betreibersignale können insbesondere periodisch variierende Betreibersignale sein. Vorzugsweise werden zumindest ein erstes periodisch variierendes Betreibersignal zwischen der ersten Elektroden-Masse und der ersten Stator-Elektrode und ein im Vergleich mit dem ersten Betreibersignal um 180°-phasenverschobenes zweites periodisch variierendes Betreibersignal zwischen der zweiten Elektroden-Masse und der zweiten Stator-Elektrode derart angelegt, dass die zwei verstellbaren Elektroden-Massen in Schwingbewegungen versetzt werden, deren Projektionen auf eine geneigt oder senkrecht zu der ersten Raumrichtung ausgerichtete zweite Raumrichtung harmonische Schwingungen sind.
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In einem weiteren Verfahrensschritt St3 wird eine Größe oder eine Information bezüglich der Vibrationsempfindlichkeit des Sensors unter Berücksichtigung zumindest eines zwischen der in ihre erste Auslenkbewegung versetzten ersten Elektroden-Masse und einer zugeordneten ersten Sensor-Elektrode abgegriffenen ersten Sensorsignals und eines zwischen der in ihre zweite Auslenkbewegung versetzten zweiten Elektroden-Masse und einer zugeordneten zweiten Sensor-Elektrode abgegriffenen zweiten Sensorsignals mittels einer Differenzbildung festgelegt. Wie oben bereits erklärt ist, gibt die auf diese Weise festgelegte Größe oder Information die Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14 verlässlich wieder.
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Bezüglich möglicher Eigenschaften des Sensors wird auf die oberen Erläuterungen verweisen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des hier beschriebenen Verfahrens nicht auf einen bestimmten Sensortyp beschränkt ist.
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5 zeigt ein Rechenschema zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mit zwei verstellbaren Elektronik-Massen ausgebildeten Sensors.
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Das hier beschriebene Verfahren kann nach einem mindestens einmaligen Festlegen der Größe σ bezüglich der Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14 ausgeführt werden. Das mindestens einmalige Festlegen der Größe σ bezüglich der Vibrationsempfindlichkeit des Sensors 14 kann beispielweise auf die in 4 bildlich wiedergegebene Weise erfolgen.
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Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird ein Messsignal M des Sensors
14 unter Berücksichtigung zumindest eines aktuell zwischen der ersten Elektroden-Masse des Sensors
14 und der ersten Sensor-Elektrode des Sensors
14 abgegriffenen ersten Sensorsignals
S1, eines aktuell zwischen der zweiten Elektroden-Masse des Sensors
14 und der zweiten Sensor-Elektrode des Sensors
14 abgegriffenen zweiten Sensorsignals
S2 und der mindestens einen festgelegten Größe σ festgelegt. Beispielhaft geschieht dies, indem zuerst mittels einer Rechnereinheit
40 ein Summensignal S
CM aus dem ersten Sensorsignal
S1 und dem zweiten Sensorsignal
S2 gebildet wird. Anschließend wird ein Korrektursignal S
cor zumindest mittels einer Multiplikation des Summensignals S
CM mit der (zuletzt) festgelegten Größe σ oder mit einem Mittelwert mehrerer festgelegter Größen σ gebildet. Mittels einer Differenzbildung wird aus dem ersten Sensorsignal
S1, dem zweiten Sensorsignal
S2 und dem Korrektursignal S
cor das Messsignal M festgelegt gemäß: M = S1 - S2 - S
cor. Beispielhaft geschieht dies bei der hier beschriebenen Ausführungsform, indem mittels einer weiteren Rechnereinheit
42 ein erstes Korrektursignal S
cor1 und ein zweites Korrektursignal S
cor2 gebildet werden. Mittels einer von einer Rechnereinheit
44 ausgeführten Subtraktion wird aus dem ersten Sensorsignal
S1 und dem ersten Korrektursignal S
cor1 ein korrigiertes erstes Sensorsignal S1
cor gebildet. Entsprechend wird mittels einer von einer Rechnereinheit
46 ausgeführten Subtraktion aus dem zweiten Sensorsignal
S2 und dem zweiten Korrektursignal S
cor2 ein korrigiertes zweites Sensorsignal S2
cor gebildet. Eine mittels einer Rechnereinheit
48 ausgeführte Differenzbildung erzeugt dann aus dem korrigierten ersten Sensorsignal S1
cor und dem korrigierten zweiten Sensorsignal S2
cor das Messsignal M, für welches gilt:
Im Unterschied zu dem gemäß dem oben erläuterten Stand der Technik festgelegten Messsignal M
pa (M
pa = S1 - S2) weist das mittels des hier beschriebenen Verfahrens festgelegte Messsignal M eine Korrektur von vibrationsbedingten Änderungen einer Differenz S1 - S2 der Sensorsignale
S1 und
S2 auf. Dies führt zur Gewährleistung der vorausgehend genannten Vorteile.
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Auch mittels des hier beschriebenen Verfahrens kann eine „tatsächliche Vibrationsempfindlichkeit“ des Sensors 14 vorteilhaft reduziert werden. Bezüglich der Vorteile des hier beschriebenen Verfahrens und möglicher Eigenschaften des Sensors 14 wird deshalb nur auf die vorausgehende Beschreibung verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014202053 A1 [0002]
- DE 102009000475 A1 [0035]