DE4107661A1 - Capacitive acceleration sensor for all spatial directions - has single seismic wt. with lower carrying electrodes opposite counter electrodes forming capacitors varying according to direction of wt. deflection - Google Patents

Capacitive acceleration sensor for all spatial directions - has single seismic wt. with lower carrying electrodes opposite counter electrodes forming capacitors varying according to direction of wt. deflection

Info

Publication number
DE4107661A1
DE4107661A1 DE4107661A DE4107661A DE4107661A1 DE 4107661 A1 DE4107661 A1 DE 4107661A1 DE 4107661 A DE4107661 A DE 4107661A DE 4107661 A DE4107661 A DE 4107661A DE 4107661 A1 DE4107661 A1 DE 4107661A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrodes
seismic mass
electrode
frame
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4107661A
Other languages
German (de)
Inventor
Hans-Peter Trah
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE4107661A priority Critical patent/DE4107661A1/en
Priority to JP4050358A priority patent/JPH07167890A/en
Publication of DE4107661A1 publication Critical patent/DE4107661A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/082—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for two degrees of freedom of movement of a single mass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

An acceleration sensor has a seismic wt. (10) mounted in a frame so as to be able to vibrate. It has a cover joined to the frame and carrying electrodes (311) opposite counter electrode (321) to form capacitors detecting the acceleration or a deflection of the wt. The overlap of the electrodes (311,321) of at least one first capacitor arrangement remains constant in each position of the seismic wt., esp. when it is displaced parallel to the plane of the frame. At least one further capacitor arrangement has electrodes (411,421) whose overlap varies with displacement of the wt. parallel to the plane of the frame. USE/ADVANTAGE - The accelerometer has special dimensioning and arrangement of the electrodes and counter electrodes to enable simultaneous detection of all spatial directional components of acceleration using a single seismic wt.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zur Erfassung von Beschleunigungen nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a sensor for detecting Accelerations according to the type of the main claim.

In der DE-PS 36 25 411 wird ein kapazitiver Beschleunigungssensor beschrieben, der mit mikromechanischer Fertigungstechnologie und Ätztechnik hergestellt ist. Innerhalb eines Rahmens ist eine Beschleunigungsplatte mit symmetrisch zur Ober- und Unterseite der Beschleunigungsplatte angeordneten Biegebändern aufgehängt. Es wird vorgeschlagen, mehrere zweifach übereinanderliegende Biegebänder zu benutzen. Auf den beiden Hauptoberflächen der Beschleunigungsplatte sind Kondensatorelektroden angeordneten, deren Gegenelektroden auf der Beschleunigungsplatte gegenüber liegenden Deckplatten aufge­ bracht sind. Als Realisierungsmöglichkeiten für die Gegenelektroden werden aufgedampfte Metallfilme oder aufgetragene Metallfolien vor­ geschlagen. Bei geeignetem Material der Beschleunigungsplatte können die Oberflächen der Beschleunigungsplatte direkt als Elektroden dienen; ansonsten können ebenfalls Metallfilme bzw. Metallfolien als Elektroden verwendet werden.In DE-PS 36 25 411 a capacitive acceleration sensor described that with micromechanical manufacturing technology and Etching technology is made. Within a frame is one Accelerator plate with symmetrical to the top and bottom of the Acceleration plate arranged bending bands suspended. It will proposed to fold several double overlapping bands to use. On the two main surfaces of the accelerator plate are arranged capacitor electrodes, the counter electrodes on the acceleration plate facing opposite cover plates are brought. As implementation options for the counter electrodes are vapor-deposited metal films or applied metal foils beaten. With a suitable material the acceleration plate can the surfaces of the accelerator plate directly as electrodes serve; otherwise, metal films or metal foils can also be used as Electrodes are used.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch die spezielle Dimensionie­ rung und Anordnung der Elektroden und Gegenelektroden zueinander eine gleichzeitige Erfassung aller Raumrichtungsanteile von Beschleunigungen mittels einer einzigen seismischen Masse möglich ist. Entsprechend gering ist der Platzbedarf dieses Sensors. Die Verwendung nur einer einzigen seismischen Masse in Verbindung mit mehreren Kondensatoranordnungen, die unterschiedliche Raumrichtungs­ anteile der Beschleunigung erfassen, ist auch deshalb von Vorteil, da die Beschleunigungen immer mit Sicherheit bei gleicher Bewegungs­ phase der seismischen Masse erfaßt werden.The sensor according to the invention with the characteristic features of The main claim has the advantage that the special dimension tion and arrangement of the electrodes and counter electrodes to each other a simultaneous recording of all spatial direction components of Accelerations possible using a single seismic mass is. The space requirement of this sensor is correspondingly small. The Use only a single seismic mass in conjunction with several capacitor arrangements that have different spatial directions Capturing parts of the acceleration is also an advantage, because the accelerations are always safe with the same movement phase of the seismic mass can be recorded.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich. Als besonders vorteilhaft für die geometrische Dimensionie­ rung der Elektrode und der Gegenelektrode der weiteren Kondensator­ anordnung, deren Kapazität sich bei Auslenkungen der seismischen Masse in jeder Raumrichtung ändert, erweisen sich Kammstrukturen, deren Überlappungsgrad sich besonders stark bei Auslenkungen der seismischen Masse verändert. Die Anordnung von Elektroden sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der seismischen Masse mit entsprechenden Gegenelektroden auf einer oberen und einer unteren Abdeckung, insbesondere die Anordnung von Kondensatoranordnungen, die gleiche Raumrichtungsanteile der Beschleunigung erfassen, auf der Ober- und auf der Unterseite der seismischen Masse versetzt gegeneinander, ist von Vorteil, da durch diese Maßnahmen Kippbewe­ gungen der seismischen Masse erkannt werden. Zudem sind dadurch Auslenkungen der seismischen Masse als Differenzsignale auswertbar.The measures listed in the subclaims provide for partial developments of the sensor specified in the main claim possible. As particularly advantageous for the geometric dimension tion of the electrode and the counter electrode of the further capacitor arrangement whose capacity changes when the seismic Mass changes in every spatial direction, comb structures prove whose degree of overlap is particularly strong when the deflections seismic mass changed. The arrangement of electrodes on both the top and bottom of the seismic mass with corresponding counter electrodes on an upper and a lower Cover, in particular the arrangement of capacitor arrangements, capture the same spatial direction components of the acceleration the top and bottom of the seismic mass are offset against each other, is an advantage, because by these measures Kippbewe conditions of the seismic mass can be recognized. In addition, this is Deflections of the seismic mass can be evaluated as difference signals.

Ein besonders vorteilhaftes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Elektrodengeometrie und -anordnung ist die gleichzeitige Erfassung von Anregungsschwingungen einer seismischen Masse in einer Ebene und Antwort des Systems in Form einer Auslenkung der seismischen Masse in einer Richtung senkrecht zur Anregungsebene. Dabei ist nicht wesentlich, welcherart die Anregung ist, sie kann zum Beispiel thermisch, elektrostatisch oder auch elektrodynamisch erfolgen. Die Kapazität der ersten Kondensatoranordnung bleibt bei richtiger Dimensionierung der Elektrode und der Gegenelektrode von Anregungs­ schwingungen der seismischen Masse in der Rahmenebene unbeeinflußt, da sich diese nur bei Änderung des Abstandes der Kondensatorplatten verändert. Die Kapazität der weiteren Kondensatoranordnung hingegen verändert sich bei Bewegungen der seismischen Masse in allen drei Raumrichtungen, da die weitere Elektrode und die weitere Gegen­ elektrode so dimensioniert und angeordnet sind, daß sich ihr Über­ deckungsgrad bei Auslenkung der seismischen Masse in der Rahmenebene verändert; eine Auslenkung der seismischen Masse senkrecht zur Rahmenebene führt auch bei der weiteren Kondensatoranordnung zu einer Veränderung des Abstandes der weiteren Elektrode und der weiteren Gegenelektrode und so zu einer Kapazitätsänderung. Die Anregungsschwingung der seismischen Masse kann also durch die weitere Elektrodeanordnung überwacht werden, wobei der Einfluß der Auslenkungen senkrecht zur Rahmenebene durch die erste Elektroden­ anordnung bestimmt und eliminiert wird. Dadurch ist eine Regelung der Anregungsschwingungen möglich. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung bei Winkelge­ schwindigkeitssensoren, wo eine Anregung der seismischen Masse in einer ersten Richtung erfolgt und die Winkelgeschwindigkeit über die dabei auftretende Corioliskraft und die daraus resultierende Aus­ lenkung in einer Richtung senkrecht zur Anregungsrichtung gemessen wird, wobei gleichzeitig ständig Informationen über den augenblick­ lichen Anregungszustand der seismischen Masse benötigt werden. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung ist allerdings auch bei völlig anderen Sensorkonzepten denkbar, bei denen die separate aber gleichzeitige Erfassung von Bewegungen in allen Raum­ richtungen erforderlich ist. A particularly advantageous area of application of the invention Electrode geometry and arrangement is the simultaneous acquisition  excitation vibrations of a seismic mass in one plane and System response in the form of a deflection of the seismic mass in a direction perpendicular to the excitation plane. It is not essential what kind of suggestion it is, for example thermally, electrostatically or electrodynamically. The The capacitance of the first capacitor arrangement remains correct Dimensioning of the electrode and the counter electrode from excitation vibrations of the seismic mass in the frame plane unaffected, since this only changes when the distance between the capacitor plates changed. The capacity of the further capacitor arrangement, however, changes with movements of the seismic mass in all three Spatial directions, since the further electrode and the further counter electrode are dimensioned and arranged so that their over Degree of coverage when the seismic mass is deflected in the frame plane changed; deflection of the seismic mass perpendicular to the Frame level also leads to the further capacitor arrangement a change in the distance between the further electrode and the another counter electrode and so to a change in capacity. The Excitation vibration of the seismic mass can therefore be caused by the further electrode arrangement are monitored, the influence of Deflections perpendicular to the frame plane through the first electrodes arrangement is determined and eliminated. This is a regulation of the excitation vibrations possible. The is particularly advantageous Use of the electrode arrangement according to the invention at Winkelge speed sensors where an excitation of the seismic mass in a first direction and the angular velocity over the Coriolis force and the resulting out steering measured in a direction perpendicular to the excitation direction is, at the same time constantly information about the moment Liche excitation state of the seismic mass are required. The Application of the electrode arrangement according to the invention is, however also conceivable with completely different sensor concepts in which the separate but simultaneous detection of movements in all rooms directions is required.  

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 die Aufsicht auf eine seismischen Masse mit einer schematisch dargestellten Elektrodenanordnung, Fig. 2 die per­ spektivische Ansicht einer seismischen Masse und Fig. 3 einen Schnitt durch einen Sensor.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1, there is shown in FIGS. The plan view of a seismic mass with a schematically illustrated electrode arrangement, Fig. 2, the per-perspective view of a seismic mass and Fig. 3 a section through a sensor.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

In Fig. 1 ist mit 10 eine seismische Masse bezeichnet, die über Stege 11 bis 14 mit einem hier nicht dargestellten Rahmen schwin­ gungsfähig verbunden ist. Die Rahmenebene entspricht der x/y-Ebene der Fig. 1. Auf der Oberfläche der seismischen Masse 10 sind zwei Elektroden 311 und 411 angeordnet. In Fig. 1 sind ferner die dazu­ gehörigen Gegenelektroden 321 und 421 dargestellt, die den Elektro­ den 311 und 411 gegenüber auf einer in Fig. 1 nicht dargestellten Abdeckung angeordnet sind, so daß die Elektroden 311 und 411 zusammen mit den Gegenelektroden 321 und 421 jeweils eine Kondensa­ toranordnung bilden. Die Elektroden 311 und die dazugehörige Gegen­ elektrode 321 sind als zusammenhängende Fläche, hier rechteckförmig, ausgestaltet, wobei die Elektrode 311 größer als ihre dazugehörige Gegenelektrode 321 dimensioniert ist, und zwar so, daß sich der Überdeckungsgrad dieser Elektroden 311, 321 auch bei maximaler Aus­ lenkung der seismischen Masse 10 in der Rahmenebene x/y nicht ver­ ändert. Diese erste Kondensatoranordnung ändert also ihre Kapazität nur bei einer Auslenkung der seismischen Masse 10 in z-Richtung, d. h. senkrecht zur Rahmenebene, da sich dann der Abstand zwischen der Elektrode 311 und der Gegenelektrode 321 verändert. Die Elektroden 411 und 421 der weiteren Kondensatoranordnung weisen Kammstruktur auf und sind so angeordnet, daß die Zinken der Elektrode 411 und der Gegenelektrode 421 einander entgegengesetzt orientiert sind. In Fig. 1, 10 denotes a seismic mass, which is connected via webs 11 to 14 with a frame, not shown here, in a vibratory manner. The frame plane corresponds to the x / y plane of FIG. 1. Two electrodes 311 and 411 are arranged on the surface of the seismic mass 10 . In Fig. 1, the associated counter electrodes 321 and 421 are also shown, which are arranged opposite the electric 311 and 411 on a cover, not shown in Fig. 1, so that the electrodes 311 and 411 together with the counter electrodes 321 and 421, respectively form a capacitor gate arrangement. The electrodes 311 and the associated counter electrode 321 are designed as a coherent surface, here rectangular, the electrode 311 being larger than its associated counter electrode 321 , in such a way that the degree of coverage of these electrodes 311 , 321 also deflects at maximum out the seismic mass 10 in the frame plane x / y does not change ver. This first capacitor arrangement therefore changes its capacitance only when the seismic mass 10 is deflected in the z direction, ie perpendicular to the plane of the frame, since the distance between the electrode 311 and the counter electrode 321 then changes. The electrodes 411 and 421 of the further capacitor arrangement have a comb structure and are arranged such that the prongs of the electrode 411 and the counter electrode 421 are oriented opposite one another.

Die Kapazität dieser Elektrodenanordnung verändert sich bei Aus­ lenkungen der seismischen Masse 10 in allen drei Raumrichtungen, da sich bei einer Auslenkung in der Rahmenebene x/y der Überdeckungs­ grad der Elektrode 411 und der Gegenelektrode 421 verändert, was zu einer Kapazitätsänderung führt, und bei einer Bewegung der seis­ mischen Masse senkrecht zur Rahmenebene in z-Richtungen die Änderung des Abstandes der Elektrode 411 und der Gegenelektrode 421 zu einer Kapazitätsänderung führt. Durch Auswertung der Kombination der Kapazitätsänderungen der ersten Kondensatoranordnung 311, 321 und der zweiten Kondensatoranordnung 411, 421 lassen sich also Beschleu­ nigungen in der x/y-Ebene unabhängig von Beschleunigungen in z-Rich­ tung erfassen. In Fig. 1 ist nur eine mögliche Ausgestaltungsform der Elektroden der weiteren Kondensatoranordnung 411, 421 dar­ gestellt. Im Rahmen der Erfindung liegen auch andere Ausführungs­ formen, bei denen sich der Überdeckungsgrad der weiteren Elektrode 411 und der dazuhörigen weiteren Gegenelektrode 421 bei Auslenkungen der seismischen Masse 10 in der Rahmenebene x/y verändert, wobei eine möglichst große Genauigkeit des Sensors erzielt wird, je größer die Änderung des Überdeckungsgrades ist.The capacitance of this electrode arrangement changes when the seismic mass 10 is deflected in all three spatial directions, since with a deflection in the frame plane x / y the degree of coverage of the electrode 411 and the counterelectrode 421 changes, which leads to a change in capacitance and one Movement of the seis mix mass perpendicular to the frame plane in z-directions, the change in the distance between the electrode 411 and the counter electrode 421 leads to a change in capacitance. By evaluating the combination of the changes in capacitance of the first capacitor arrangement 311 , 321 and the second capacitor arrangement 411 , 421 , accelerations in the x / y plane can thus be detected independently of accelerations in the z direction. In Fig. 1, only one possible embodiment of the electrodes of the further capacitor arrangement 411 , 421 is shown. Other embodiments are also within the scope of the invention, in which the degree of coverage of the further electrode 411 and the associated further counter-electrode 421 changes when the seismic mass 10 is deflected in the frame plane x / y, the greatest possible accuracy of the sensor being achieved, depending the change in the degree of coverage is greater.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1 dargestellte seismische Masse 10 perspektivisch dargestellt mit einer symmetrischen Aufhängung der seismischen Masse 10 in einem hier nicht dargestellten Rahmen über Stege 11 bis 18. Die Stege sind jeweils an den Ecken der Ober- und der Unterseite der seismischen Masse 10 angeordnet. Durch die Orien­ tierung der Stege 11 bis 18 tritt eine Schwingung in der Rahmenebene x/y bevorzugt in y-Richtung auf.In FIG. 2, the seismic mass 10 shown in FIG. 1 is shown in perspective with a symmetrical suspension of the seismic mass 10 in a frame, not shown here, via webs 11 to 18 . The webs are arranged at the corners of the top and bottom of the seismic mass 10 . By orienting the webs 11 to 18 , a vibration in the frame plane x / y preferably occurs in the y direction.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen Sensoraufbau mit einer seismischen Masse entsprechend Fig. 1 und 2 dargestellt mit einer oberen Abdeckung 21 und einer unteren Abdeckung 22. Die Abdeckungen 21 und 22 sind starr mit dem Rahmen 19 verbunden. Die Abdeckungen 21 und 22 weisen jeweils eine Kaverne auf, die sich über die Bereiche der Aufhängungsstege 11 bis 18 und der seismischen Masse 10 er­ strecken, so daß ein Zwischenraum zwischen der seismischen Masse 10 und den Abdeckungen 21 und 22 gebildet ist. Auf der Oberseite und der Unterseite der seismischen Masse 10 sind jeweils Elektroden angeordnet, von denen hier nur die Elektroden 311 und 312 darge­ stellt sind, ihnen gegenüber auf den Abdeckungen 21 und 22 befinden sich die Gegenelektroden, hier 321 und 322. FIG. 3 shows a section through a sensor structure with a seismic mass corresponding to FIGS. 1 and 2 with an upper cover 21 and a lower cover 22 . The covers 21 and 22 are rigidly connected to the frame 19 . The covers 21 and 22 each have a cavern, which he stretch over the areas of the suspension webs 11 to 18 and the seismic mass 10 , so that a space is formed between the seismic mass 10 and the covers 21 and 22 . On the top and bottom of the seismic mass 10 electrodes are arranged, of which only the electrodes 311 and 312 are Darge, opposite them on the covers 21 and 22 are the counter electrodes, here 321 and 322 .

Als Material für die über Stege mit einem Rahmen verbundene seis­ mische Masse eignet sich sowohl ein monokristalliner, strukturierter Siliziumträger als auch beispielsweise ein strukturiert es Keramik­ substrat. Je nach Aufbautechnik und Anwendungsgebiet des Sensors sind die Materialien der Abdeckungen zu wählen.As material for the seis connected to a frame by means of webs mixed mass is suitable both a monocrystalline, structured Silicon carrier as well as structured ceramic substrate. Depending on the construction technology and area of application of the sensor the materials of the covers must be selected.

Die erfindungsgemäße Elektrodenausgestaltung und -anordnung eignet sich für Sensoranwendungen, bei denen gleichzeitig aber unabhängig voneinander Bewegungen in allen Raumrichtungen erfaßt werden sollen. Einen speziellen Anwendungsfall stellt ein Winkelgeschwindigkeits­ sensor dar. Hier wird eine seismische Masse in einer ersten Bewe­ gungsrichtung beispielsweise der y-Richtung in der Rahmenebene zu Schwingungen angeregt. Dies kann thermisch, elektrostatisch oder auch elektrodynamisch erfolgen. Über die erfindungsgemäße Elektro­ denanordnung ist der augenblickliche Anregungszustand jederzeit bestimmbar und überprüfbar, was eine Nachregelung der Schwingungs­ anregung ermöglicht. Die Winkelgeschwindigkeit wird aufgrund auf­ tretender Corioliskräfte und der daraus resultierende Auslenkung der seismischen Masse senkrecht zur Anregungsrichtung, hier in z-Rich­ tung, bestimmt. Dabei ist aufgrund des geringen Signalhubs eine sehr hohe Auflösung erforderlich. Die Auslenkungen der seismischen Masse in z-Richtung müssen unabhängig von den Auslenkungen in der x/y-Ebene erfaßt werden.The electrode design and arrangement according to the invention is suitable are suitable for sensor applications, but at the same time independently movements in all spatial directions are to be recorded. An angular velocity represents a special application sensor. Here is a seismic mass in a first movement direction for example the y-direction in the frame plane Vibrations stimulated. This can be thermal, electrostatic or also done electrodynamically. About the electric according to the invention The arrangement is the current state of excitation at any time determinable and verifiable, what a readjustment of the vibration stimulation enables. The angular velocity is due to occurring Coriolis forces and the resulting deflection of the seismic mass perpendicular to the direction of excitation, here in z-rich tion, determined. This is due to the low signal swing a very high resolution required. The deflections of the seismic mass in the z direction must be independent of the deflections in the x / y plane can be detected.

Claims (5)

1. Sensor zur Erfassung von Beschleunigungen mit einer schwingungs­ fähig in einem Rahmen eingespannten seismischen Masse, an deren Oberfläche Elektroden angeordnet sind, und mit mindestens einer mit dem Rahmen verbundenen Abdeckung, auf der den Elektroden gegenüber Gegenelektroden angeordnet sind, die zusammen mit den Elektroden Kondensatoranordnungen bilden, über die Beschleunigungen als Auslenkungen der seismischen Masse kapazitiv erfaßbar sind, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß mindestens eine erste Kondensatoranordnung mit einer ersten Elektrode (311, 312) und einer ersten Gegenelektrode (321, 322) vorhanden ist, die so dimensioniert und angeordnet sind, daß der Überdeckungsgrad der Elektroden (311, 321; 312, 322) der ersten Kondensatoranordnung in jeder Position der seismischen Masse (10), insbesondere bei Auslenkungen der seismischen Masse (10) parallel zur Rahmenebene unverändert bleibt,
  • - und daß mindestens eine weitere Kondensatoranordnung mit einer weiteren Elektrode (411, 412) und einer weiteren Gegenelektrode (421, 422) vorhanden ist; die so dimensioniert und angeordnet sind, daß eine Auslenkungen der seismischen Masse (10) parallel zur Rahmenebene eine Änderung des Überdeckungsgrades der Elektroden (411, 421; 412, 422) der weiteren Kondensatoranordnung bedingt.
1. Sensor for detecting accelerations with a vibration-capable seismic mass clamped in a frame, on the surface of which electrodes are arranged, and with at least one cover connected to the frame, on which the electrodes are arranged opposite counter electrodes, which together with the electrodes are capacitor arrangements form, via which accelerations can be detected capacitively as deflections of the seismic mass, characterized in that
  • - That at least a first capacitor arrangement with a first electrode ( 311 , 312 ) and a first counter electrode ( 321 , 322 ) is present, which are dimensioned and arranged so that the degree of coverage of the electrodes ( 311 , 321 ; 312 , 322 ) of the first Capacitor arrangement remains unchanged in every position of the seismic mass ( 10 ), in particular when the seismic mass ( 10 ) is displaced parallel to the frame plane,
  • - and that at least one further capacitor arrangement with a further electrode ( 411 , 412 ) and a further counter electrode ( 421 , 422 ) is present; which are dimensioned and arranged so that a deflection of the seismic mass ( 10 ) parallel to the frame plane causes a change in the degree of coverage of the electrodes ( 411 , 421 ; 412 , 422 ) of the further capacitor arrangement.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Elektrode (411, 412) und die mindestens eine weitere Gegenelektrode (421, 422) als Kammstrukturen ausgebildet sind, wobei die Orientierungen der Zinken der weiteren Elektrode (411, 412) und der weiteren Gegenelektrode (421, 422) einander entgegengesetzt sind.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the at least one further electrode ( 411 , 412 ) and the at least one further counter electrode ( 421 , 422 ) are designed as comb structures, the orientations of the prongs of the further electrode ( 411 , 412 ) and the further counter electrode ( 421 , 422 ) are opposite to each other. 3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoranordnungen, die aus auf der Oberseite der seismischen Masse (10) angeordneten Elektroden (311, 411) und auf einer oberen Abdeckung (21) angeordneten Gegenelektroden (321, 421) gebildet sind, zusammen mit den Kondensatoranordnungen, die aus auf der Unterseite der seismischen Masse (10) angeordneten Elektroden (312, 412) und auf einer unteren Abdeckung (22) angeordneten Gegenelektroden (322, 422) gebildet sind, Differentialkondensatoranordnungen bilden.3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the capacitor arrangements formed from the top of the seismic mass ( 10 ) arranged electrodes ( 311 , 411 ) and on an upper cover ( 21 ) arranged counter electrodes ( 321 , 421 ) together with the capacitor arrangements, which are formed from electrodes ( 312 , 412 ) arranged on the underside of the seismic mass ( 10 ) and counterelectrodes ( 322 , 422 ) arranged on a lower cover ( 22 ), form differential capacitor arrangements. 4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Kondensatoranordnungen (311, 321; 411, 421) auf der Oberseite der seismischen Masse (10) versetzt gegen die Kondensatoranordnungen (312, 322; 412, 422) auf der Unterseite der seismischen Masse (10) angeordnet sind.
4. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - That the capacitor arrangements ( 311 , 321 ; 411 , 421 ) on the top of the seismic mass ( 10 ) are offset against the capacitor arrangements ( 312 , 322 ; 412 , 422 ) on the underside of the seismic mass ( 10 ).
5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß Mittel vorhanden sind zum Anregen der seismischen Masse (10) zu Schwingungen in der Rahmenebene,
  • - daß Mittel vorhanden sind zum Regeln der Anregungsschwingungen aufgrund der Kapazitätsänderungen der ersten und der weiteren Kondensatoranordnungen (311, 321; 312, 322; 411, 421; 412, 422)
  • - und daß Auslenkungen der seismischen Masse (10) senkrecht zur Rahmenebene unabhängig von Auslenkungen in der Rahmenebene erfaßbar sind.
5. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in
  • - That means are available to excite the seismic mass ( 10 ) to vibrate in the frame plane,
  • - That means are available for regulating the excitation vibrations due to the changes in capacitance of the first and the further capacitor arrangements ( 311 , 321 ; 312 , 322 ; 411 , 421 ; 412 , 422 )
  • - And that deflections of the seismic mass ( 10 ) perpendicular to the frame plane can be detected independently of deflections in the frame plane.
DE4107661A 1991-03-09 1991-03-09 Capacitive acceleration sensor for all spatial directions - has single seismic wt. with lower carrying electrodes opposite counter electrodes forming capacitors varying according to direction of wt. deflection Withdrawn DE4107661A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4107661A DE4107661A1 (en) 1991-03-09 1991-03-09 Capacitive acceleration sensor for all spatial directions - has single seismic wt. with lower carrying electrodes opposite counter electrodes forming capacitors varying according to direction of wt. deflection
JP4050358A JPH07167890A (en) 1991-03-09 1992-03-09 Capacitor type acceleration sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4107661A DE4107661A1 (en) 1991-03-09 1991-03-09 Capacitive acceleration sensor for all spatial directions - has single seismic wt. with lower carrying electrodes opposite counter electrodes forming capacitors varying according to direction of wt. deflection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4107661A1 true DE4107661A1 (en) 1992-09-10

Family

ID=6426919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4107661A Withdrawn DE4107661A1 (en) 1991-03-09 1991-03-09 Capacitive acceleration sensor for all spatial directions - has single seismic wt. with lower carrying electrodes opposite counter electrodes forming capacitors varying according to direction of wt. deflection

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPH07167890A (en)
DE (1) DE4107661A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4225979A1 (en) * 1992-08-06 1994-02-10 Abb Patent Gmbh Detection of wind-induced motion of high voltage suspended overhead current-carrying cable - measuring three=dimensional suspension point acceleration forces using capacitor dielectric displacement, and transmitting as reference signal to remote location for analysis
DE4431327A1 (en) * 1994-09-02 1996-03-07 Fraunhofer Ges Forschung Micro-mechanical acceleration sensor with anti-stiction feature
DE19810534A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-25 Mitsubishi Electric Corp Multiple axis acceleration sensor
DE4424635B4 (en) * 1994-07-13 2004-11-04 Robert Bosch Gmbh Micromechanical acceleration sensor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4225979A1 (en) * 1992-08-06 1994-02-10 Abb Patent Gmbh Detection of wind-induced motion of high voltage suspended overhead current-carrying cable - measuring three=dimensional suspension point acceleration forces using capacitor dielectric displacement, and transmitting as reference signal to remote location for analysis
DE4424635B4 (en) * 1994-07-13 2004-11-04 Robert Bosch Gmbh Micromechanical acceleration sensor
DE4431327A1 (en) * 1994-09-02 1996-03-07 Fraunhofer Ges Forschung Micro-mechanical acceleration sensor with anti-stiction feature
DE4431327C2 (en) * 1994-09-02 1999-06-10 Fraunhofer Ges Forschung Micromechanical acceleration sensor
DE19810534A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-25 Mitsubishi Electric Corp Multiple axis acceleration sensor
DE19810534C2 (en) * 1997-08-08 2002-04-18 Mitsubishi Electric Corp Multi-axis acceleration sensor and manufacturing method of a multi-axis acceleration sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07167890A (en) 1995-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0828992B1 (en) Micromechanical rate-of-rotation sensor
DE4032559C2 (en) Yaw rate sensor and manufacturing method
DE19530007C2 (en) Yaw rate sensor
DE69822756T2 (en) Micromechanical oscillating gyro
EP0981755B1 (en) Acceleration sensor
DE19801981C2 (en) Vibration type angular velocity sensor
DE19519488A1 (en) Rotation sensor for motor vehicle
DE4224383A1 (en) Capacitive type acceleration meter for protective airbag system - has notches on facing surfaces of fixed and movable electrodes to reduce air damping effect and improve response
DE102008017156A1 (en) Micromechanical acceleration sensor
DE3719037A1 (en) Vibrating accelerometer/multisensor
EP0906557A1 (en) Rotation rate sensor with uncoupled mutually perpendicular primary and secondary oscillations
DE102010006584A1 (en) Coriolis gyro with correction units and method for reduction of quadrature bias
WO2010055055A1 (en) Micromechanical coriolis rate of rotation sensor
DE10203515A1 (en) Micromechanical rotation rate sensor
DE4041582A1 (en) SPEED SENSOR
EP1994363A1 (en) Micromechanical rotational speed sensor
DE10060091B4 (en) Micromechanical inertial sensor
DE4431232C2 (en) Integrable spring-mass system
DE4107661A1 (en) Capacitive acceleration sensor for all spatial directions - has single seismic wt. with lower carrying electrodes opposite counter electrodes forming capacitors varying according to direction of wt. deflection
DE29617410U1 (en) Rotation rate sensor with decoupled orthogonal primary and secondary vibrations
EP1608988B1 (en) Acceleration sensor and method for detecting an acceleration
WO2002029421A1 (en) Method and device for electrical zero balancing for a micromechanical component
DE102020214019A1 (en) Micromechanical sensor element
DE102019216984A1 (en) Micromechanical sensor arrangement
DE102015207856A1 (en) Rate of rotation sensor and method

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee