DE60213981T2

DE60213981T2 - Element zur spannungsentlastung für einen beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE60213981T2
Application number: DE60213981T
Authority: DE
Inventors: David Lynnwood MALAMETZ
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: KR20030097874A; US6634231B2; WO2002093180A1; EP1395835A1; CN1656382A; US20020170355A1; DE60213981D1; EP1395835B1; JP2004530134A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Aufhängvorrichtungen und -verfahren und insbesondere Strukturen zum Montieren von Sensoren Kraft-gegen-Verschieben, wobei die externen Belastungsquellen für aktive Sensorenbauteile isoliert sind.
Beschleunigungsmesser messen im Allgemeinen Beschleunigungskräfte, die an einen Körper anlegt werden, indem sie direkt auf eine Fläche des beschleunigten Körpers montiert werden. Ein herkömmlicher Beschleunigungsmessertyp verwendet einen oder mehrere Sensoren mit Kraft-gegen-Verschieben oder „Kraft-/Verschiebungssensoren" zum Messen der Beschleunigung. Beschleunigungsmesser, die zwei Kraft-/Verschiebungssensoren an Stelle der erforderlichen Mindestanzahl von einem Sensor verwenden, weisen beträchtliche Vorteile auf. Wenn die zwei Sensoren in einem Schub-Zugmodus funktionieren, können viele Fehlerquellen, wie zum Beispiel wärmegetriebene Effekte oder Abweichung als Gleichtakt unterdrückt werden, während das Unterschiedssignal die gewünschte Beschleunigungsmessung darstellt. Gelegentlich werden Konzepte mit zwei Kraft-/Verschiebungssensoren verwendet, die komplett getrennte Messmassen aufweisen, was im Wesentlichen zwei Beschleunigungsmesser ergibt, wobei jeder seinen eigenen Sensor hat, die jedoch in entgegen gesetzte Richtungen funktionieren. Aus zahlreichen Gründen wird jedoch eine Lösung mit zwei Messmassen nicht vorgezogen. Es ist im Gegensatz generell vorteilhaft, in einem Beschleunigungsmesser nur eine Messmasse zu haben.
Ein typisches Beispiel eines mikromaterialbearbeiteten Zweisensor-/Ein-Messmassen-Beschleunigungsmessers, gewöhnlich Rechteckkonzept genannt, ist in den 1A und 1B veranschaulicht. Der Beschleunigungsmesser 10, der in den 1A und 1B veranschaulicht ist, ist eine Miniaturstruktur, die aus einem Substrat 12 aus Halbleitermaterial durch herkömmliche Mikromaterialbearbeitungstechniken hergestellt wird. Das Substrat 12 besteht aus monokristallinem Silikonmaterial in einer im Wesentlichen ebenen Struktur, das heißt, mit im Wesentlichen ebener und paralleler entgegen gesetzter oberer und unterer Fläche. Das Silikonsubstrat 12 enthält oft eine obere Silikon- oder aktive Schicht 14, die elektrisch von einem darunter liegenden Substrat 16 durch eine Isolierschicht 18 isoliert ist, oder eine Isolierschicht wird auf die aktive Schicht 14 wie in dem US Patent 5 948 981 mit dem Titel Vibrating Beam Accelerometer, herausgegeben am 7. September 1999 und erteilt an den Inhaber der vorliegenden Anmeldung gezeigt und beschrieben. Die Isolierschicht 18 kann eine dünne Schicht sein, zum Beispiel etwa 0,1 bis 10,0 Mikrometer eines Oxids, wie zum Beispiel Silikonoxid. Das Silikonsubstrat 12 wird gewöhnlich durch Oxidieren der aktiven Schicht 14 und des darunter liegenden Substrats 16 und Zusammenkleben der zwei Schichten gebildet. Ein Abschnitt der aktiven Schicht 14 kann entfernt werden, um die Schicht 14 auf eine erstrebenswerte Stärke zu bringen. Die Silikonoxidschicht 18 behält ihre isolierenden Eigenschaften über einen großen Temperaturbereich, um effektive mechanische Resonatorleistung bei hohen Betriebstemperaturen in der Größenordnung von 100 Grad Celsius sicherzustellen. Zusätzlich verhindert die Isolierschicht 18 das unerwünschte Ätzen der aktiven Schicht 14 während der Herstellung.
Der durch Mikromaterialbearbeitung hergestellte Beschleunigungsmesser 10 weist einen Beschleunigungssensormechanismus 20 auf, der eine oder mehrere Biegungen 22 hat, die faltbar eine Messmasse 24 von einem inneren Sensorrahmen oder einer inneren Sensorplatte 26 aufhängen, so dass sich die Messmasse 24 entlang einer Eingangsachse I senkrecht zu der Messmasse 24 bewegt. Die Biegungen 22 werden vorzugsweise in der Nähe oder in der Mitte des darunter liegenden Substrats 16 geätzt, das heißt im Wesentlichen zwischen der oberen und der entgegen gesetzten unteren Fläche des darunter liegendes Substrats 16. Optional werden Biegungen 22 durch anistropes Ätzen in einem geeigneten Ätzmittel, wie zum Beispiel Kaliumhydroxid (KOH) ausgebildet. Die Biegungen 22 definieren eine Anlenkachse H, um welche sich die Messmasse 24 als Reaktion auf eine angelegte Kraft bewegt, wie zum Beispiel eine Beschleunigung des beschleunigten Körpers, zum Beispiel ein Fahrzeug, Luftfahrtzeug oder ein anderer sich bewegender Körper, auf den ein Beschleunigungsmesser 10 montiert ist. Der Sensormechanismus 20 umfasst ein paar Kraft-/Verschiebungssensoren 28, die zwischen der Messmasse 24 und dem Sensorrahmen 26 zum Messen der Kräfte, die an die Messmasse 24 angelegt werden, gekoppelt sind. Die Kraft-/Verschiebungssensoren 28 sind zum Beispiel mechanische Resonatoren, die aus der aktiven Silikonschicht 14 als Doppelenden-Stimmgabel (DETF)-Kraftsensoren ausgebildet sind.
Ein bekannter Oszillatorschaltkreis, der in 1C gezeigt und in dem oben eingegliederten US Patent 5 948 981 beschrieben ist, treibt die mechanischen Resonatoren 28 mit ihrer Resonanzfrequenz. 1C veranschaulicht einen repräsentativen Oszillationsschaltkreis 50, in dem Vibrierbalken der Messgeber 28 als ein Resonator funktionieren. Ein Transimpedanzverstärker 52 wandelt einen Messstrom, der von den Vibrationsbalken empfangen wird, in eine Spannung um. Diese Spannung wird mit einem Bandpassfilter 54 gefiltert, das das Rauschen verringert, und die Spannungsamplitude wird von einem Amplitudenbegrenzer 56 gesteuert. Das sich daraus ergebene Signal wird mit dem Ausgang oder der Gleichstromvorspannung aus einer Gleichstromquelle 58 in einer Summierverbindung 60 kombiniert. Die Gleichstromvorspannung erzeugt eine Kraft zwischen Elektroden und den Balken der Kraft-/Verschiebungssensoren 28. Das Signal von dem Amplitudenbegrenzer 56 moduliert diese Kraft und veranlasst das seitliche Vibrieren der Balken der Messgeber 28 mit ihrer Resonanzfrequenz. Die seitliche Balkenbewegung wiederum erzeugt den Messstrom. Ein Ausgangspuffer 62 isoliert den Oszillator von den externen Schaltungen, die an einen Ausgang 64 des Oszillationsschaltkreises 50 angeschlossen sind. Die Verstärkung in dem Oszillationsschaltkreis 50 erhält die Oszillation der Balken der Kraft-/Verschiebungssensoren 28 aufrecht.
Als Reaktion auf eine angelegte Kraft dreht sich die Messmasse 24 um die Anlenkachse H und verursacht axial Kräfte, die jeweils komprimierend oder spannend sind, die an die mechanischen Resonatoren 28 angelegt werden. Die Axialkräfte ändern die Frequenz der Schwingung der mechanischen Resonatoren 28, und eine Größe dieser Änderung dient als Messung der angelegten Kraft oder Beschleunigung. Mit anderen Worten messen die Kraft-/Verschiebungssensoren 28 die angelegte Beschleunigungskraft als eine Funktion der Verschiebung der Messmasse 24.
Unerwünschte externe Beanspruchungen und Belastungen können in den empfindlichen Beschleunigungsmechanismus 20 zum Beispiel durch mechanisches Koppeln des Beschleunigungsmesser-Sensorrahmens 26 mit einer Silikondeckplatte 30 eingeleitet werden, die wiederum typisch an eine Keramik- oder Metallmontageplatte 32 angeschlossen wird. Alle Belastungen, die in dem Sensorrahmen 26 auftreten, werden nicht nur zu der Messmasse 24 übertragen, sondern auch durch die Messmasse 24 zu den zwei DETF-Resonatoren 28. Da die einzige signifikante Auflage in dem System das Erfassen der DETF-Resonatoren 28 selbst ist, erscheint fast die ganze Belastung als ein Fehlerausgang aus den DEFT-Resonatoren 28. Daher werden unerwünschte Fehler in den DETF-Resonatoren 28 von Eingängen verursacht, die nichts mit der gerade gemessenen Beschleunigung zu tun haben. Diese Fehler können ziemlich groß sein, denn die Federung durch die DETF-Resonatoren 28 muss gering sein, um Beschleunigung mit ausreichender Präzision, die in praktischen Systemen nützlich ist, zu erfassen.
Die Belastungsisolation innerhalb der unter Mikromaterialbearbeitung hergestellten Beschleunigungsmesser ist daher von ausschlaggebender Bedeutung für gute Leistung, das heißt Präzision. Die Belastungsisolierung trennt den Mechanismus von mechanisch während der Herstellung und des Zusammenbauens eingeleiteten mechanischen Belastungen und verringert dadurch Variationen in der Resonanz innerhalb der Balken des Doppelvibrierungs-Balkenkrafterfassungsteils des Beschleunigungsmessermechanismus. Die Belastungsisolierung trennt ferner den Mechanismus von Belastungen, die extern durch Stoß, Vibration und Temperaturvariationen in der Betriebsumgebung eingeleitet werden.
Viele Verfahren sind dafür bekannt, dass sie empfindliche Beschleunigungsmechanismen 20 gegen solche unerwünschte Belastungen und Belastungen isolieren. Typisch wird Isolation des Auslegertyps bereitgestellt, wobei der Sensorrahmen 26 von einem zweiten äußeren oder externen Rahmenabschnitt 34 durch Biegungen 36 aufgehängt wird, die aus überlappenden Schlitzen 38 und 40 durch das Substrat 12 ausgebildet werden. Der Sensorrahmen 26 kann sich daher zu dem äußeren Rahmen 34 bewegen, wie in US Patent 5 948 981 gezeigt und beschrieben, das hier eingegliedert ist. Eine solche Isolation minimiert das Verzerren des Sensorrahmens 26 und verringert dadurch die Auswirkungen externer Beanspruchungen und Belastungen auf den mechanischen Resonatoren 28.
1B ist eine Querschnittansicht, die entlang des durch Mikromaschinenbearbeitung hergestellten Beschleunigungsmessers 10 entlang der Resonatoren 28 aufgenommen ist. Wie oben besprochen und in 1B gezeigt, kann die Messmasse 24 frei um die Biegungen 22 drehen, wenn sie einer Beschleunigung entlang der Eingangsachse I gemäß dem Prinzips des Gesetzes von Newton F = ma unterworfen wird. Diese Drehung wird durch die Wirkung zweier Kraft-/Verschiebungssensoren 28, die als DEFT-Resonatoren gezeigt sind, eingeschränkt, die auf einer Fläche des Mechanismus wie gezeigt positioniert sind. Diese zwei vibrierenden Balkenkraftsensoren 28 stellen Schiebe-Zug-variable Frequenzausgangssignale bereit, denn, wenn die Messmasse 24 zu der Ebene des Sensormechanismus 20 verschoben wird, ist ein DETF-Resonator 28 unter Kompression, während sich der andere unter Spannung befindet. Der Unterschied zwischen den zwei Frequenzen stellt die gemessene Beschleunigung dar. Gleichtaktfrequenzverschiebungen andererseits, werden als Fehler unterdrückt, die von unerwünschten Quellen, wie zum Beispiel Temperatur, Mechanismusbelastung oder Abweichung getrieben werden. Die 1A und 1B stellen daher die Auslegerisolation dar, die von dem früheren Stand der Technik bereitgestellt wird.
Konzepte des früheren Stands der Technik verwendeten effektiv Belastungsisolation des Auslegertyps, neue Anwendungen verringern kontinuierlich den Raum, der für den Beschleunigungsmesser verfügbar ist. Neue Auflagen werden dem Raum auferlegt, der innerhalb des Beschleunigungsmessers zur Belastungsisolation verfügbar ist. Diese neuen Raumauflagen erlauben die Belastungsisolation des Auslegertyps des früheren Stands der Technik nicht. Die Beschleunigungsmesserkonzeptoren stehen daher vor einer Herausforderung für das Bereitstellen ausreichender Belastungsisolation auf minimalem Raum.
WO-A-0079287 offenbart eine kombinierte verbesserte Stoßlastkapazität- und Belastungsisolationsstruktur für einen Beschleunigungsmesser mit Mikromaterialbearbeitung aus Silikon mit verbesserter Leistung.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Größenein schränkungen des früheren Stands der Technik, zum Bereitstellen von Belastungsisolation auf der Form, die zum Isolieren des Beschleunigungsmessermechanismus gegenüber extern eingeleiteten Belastungen und den daraus hervorgehenden Belastungen kritisch sind, darunter Belastungen, die während der Herstellung und des Zusammenbauens eingeleitet werden, Deckplattenbefestigung, Kopfteilmontage und Umgebungsbedingungen während des Betriebs. Der H-Balken-Belastungsisolator der Erfindung minimiert die Auswirkung von Belastungen, die von außen in das Werkzeug eingeleitet werden. Der H-Balken-Belastungsisolator stellt ferner ein symmetrisches Belastungsisolationssystem bereit, das nicht lineare Effekte, wie zum Beispiel die, die von Exzentrizitäten verursacht werden, verringert. Der H-Balken-Belastungsisolator minimiert ferner den Fluchtungsdrehfehler, der durch die Belastungen verursacht wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
ein Silikonsubstrat, das mit im Wesentlichen ebener und paralleler entgegen gesetzter oberer und unterer Fläche ausgebildet ist,
eine äußere Rahmenstruktur, die in dem Substrat ausgebildet ist, eine innere Rahmenstruktur, die in dem Substrat ausgebildet ist, wobei die innere Rahmenstruktur eingerichtet ist, um mit einem Beschleunigungsmessmittel ausgestattet zu werden, das entlang einer Eingangsachse angelegt ist und zumindest teilweise von der äußeren Rahmenstruktur umgeben und von dieser durch einen Raum getrennt ist, und
eine Vielzahl von Isolatoren, die in dem Substrat ausgebildet sind und sich zwischen dessen oberer und unterer Fläche erstrecken,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Isolatoren ein Paar innerer Biegungen und ein Paar äußerer Biegungen aufweist, die davon beabstandet sind, wobei die proximalen Enden der inneren und der äußeren Biegung gegenseitig verbunden sind, wobei die distalen Enden der inneren Biegungen mit der inneren Rahmenstruktur gegenseitig verbunden sind, und wobei die distalen Enden der äußeren Biegungen mit der äußeren Rahmenstruktur gegenseitig verbunden sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Aufhängen und Isolieren eines Beschleunigungsmessers bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
im Wesentlichen Umgeben eines inneren Rahmenelements mit einem äußeren Rahmenelement beabstandet durch einen Schlitz, der zwischen einer inneren peripheren Kante des äußeren Rahmenelements und einer äußeren peripheren Kante des inneren Rahmenelements ausgebildet ist,
Bereitstellen als Teil des inneren Rahmenelements eines Beschleunigungsmessmittels entlang einer Eingangsachse I, und
Ausbilden einer Vielzahl von Isolatoren,
gekennzeichnet durch:
Ausbilden jedes der Isolatoren und gegenseitiges Verbinden proximaler Enden jeder der inneren Biegungen und der äußeren Biegungen, wobei die äußeren Biegungen von den inneren Biegungen beabstandet sind,
gegenseitiges Verbinden distaler Enden der inneren Biegungen mit dem inneren Rahmenelement, und
gegenseitiges Verbinden distaler Enden der äußeren Biegungen mit dem äußeren Rahmenelement.
Die oben stehenden Aspekte und viele weitere bestehende Vorteile dieser Erfindung ergeben sich leichter und werden besser verständlich unter Bezugnahme auf die Folgende detaillierte Beschreibung gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen in welchen:
1A eine Draufsicht eines typischen Beschleunigungsmessers mit Doppelsensor-/Einzelmessmasse des früheren Stands der Technik, gewöhnlich Rechteckkonzept genannt, ist,
1B eine Querschnittansicht des in 1 veranschaulichten Beschleunigungsmessers ist,
1C ein Diagramm eines bekannten Oszillatorschaltkreises ist, der zum Treiben der mechanischen Resonatoren mit ihrer Resonanzfrequenz eines Beschleunigungsmessers mit Doppelsensor-/Einzelmessmasse nützlich ist,
2 eine Draufsicht einer Beschleunigungsmesserform ist, die die H-Balken-Isolierstruktur der Erfindung aufweist, die Enddrehmomente minimiert und lokalisiert, die an die Beschleunigungsmessermechanismusform angelegt sind,
3 die Aufhängstruktur der Erfindung als eine H-Balken-Isolationsstruktur und ferner deren Betrieb veranschaulicht, und
4 die Aufhängstruktur der Erfindung als eine X-Balken-Isolationsstruktur veranschaulicht.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufhängen eines Beschleunigungssensors, wobei die Aufhängvorrichtung eine erste längliche Biegung aufweist, die ein erstes und ein zweites Ende hat, die zum Anschließen an eine Tragstruktur ausgebildet sind, und eine zweite längliche Biegung, die ein erstes und ein zweites Ende hat, die zum Anschließen an eine von der Tragstruktur zu isolierende Struktur ausgebildet sind, wobei ein Abschnitt der zweiten Biegung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende zwischen einem Abschnitt der ersten Zwischenbiegung des ersten und des zweiten Endes zwischengeschaltet ist.
2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Aufhängstruktur und des erfindungsgemäßen Verfahrens, das das Isolieren bereitstellt, das die Enddrehmomente minimiert und lokalisiert, die an eine Beschleunigungsmessermechanismusform angelegt sind. Die erfindungsgemäße Struktur hängt den Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus auf, während sie ihn von extern eingeleiteten Belastungen isoliert. Belastungen in dem äußeren Rahmen werden durch die Isolationsstruktur als gleiche und entgegen gesetzte Momente übertragen. Die Enddrehmomente, die an den Beschleunigungsmessermechanismus über die Isolationsstruktur angelegt werden, wirken daher in entgegen gesetzte Richtungen. Die H-Balken-Isolationsgeometrie, die in 2 veranschaulicht ist, stellt derart sicher, dass nur eine resultierende Spann- oder Kompressionslast an den Beschleunigungsmessermechanismus angelegt wird. Ein Nachteil der Isolation mit Auslegertyp des früheren Stands der Technik besteht darin, dass die Isolation mit Auslegertyp Querachsenwirkungen auf eine Doppelbalken-Aufhängisolation hat, die dazu tendiert, aus der Ebene „auszuschlagen" oder herauszustehen. Diese Tendenz zum Herausstehen aus der Ebene wird durch das Merkmal der H-Balken-Isolationsgeometrie der vorliegenden Erfindung vermieden, das sicherstellt, dass nur Spann- oder Kompressionslasten an den Beschleuni gungsmessermechanismus angelegt werden. Die H-Balken-Isolationsgeometrie der vorliegenden Erfindung stellt daher einen deutlichen Vorteil gegenüber der Isolation mit Ausleger des früheren Stands der Technik dar.
In 2 umfasst der Beschleunigungsmesser 100 mit Mikromaterialbearbeitung gemäß der Erfindung einen Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus 102, der im Wesentlichen der gleiche wie der des in den Referenzen, die hier eingegliedert wurden, beschriebene Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus ist. Der Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus 102 umfasst zum Beispiel eine oder mehrere Biegungen 104, die biegsam eine Messmasse 106 von einem inneren Sensorrahmen oder eine Platte 108 aufhängen, so dass sich die Messmasse 106 entlang einer Eingangsachse I im rechten Winkel zu der Messmasse 106 bewegt. Die beispielhafte Messmasse 106, die in 2 veranschaulicht ist, entspricht dem Typ, der in dem US Patent 6 282 959 mit dem Titel Compensation of Second-Order Non-Linearity in Sensors Employing Double-Ended Tuning Forks beschrieben ist, das dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung erteilt wurde. Die Messmasse 106, die in 2 veranschaulicht ist, umfasst daher zum Beispiel einen ersten Plattenabschnitt 106a und einen zweiten Endabschnitt 106b, die an entgegen gesetzten Seiten der Biegungen 104 angeordnet sind. Wie der Fachmann versteht, kann die Aufhäng-/Isolationsgeometrie der vorliegenden Erfindung auch mit anderen Beschleunigungsmesserkonzepten verwendet werden, darunter aber nicht ausschließlich die anderen Beschleunigungsmesserkonzepte, die in dem US Patent 6 282 959 beschrieben ist.
Die Biegungen 104 werden vorzugsweise in einer Position geätzt, die im Wesentlichen zwischen der entgegen gesetzten oberen und unteren Fläche des darunter liegenden Substrats 110 zentriert ist, das gemäß den Lehren des früheren Stands der Technik mit im Wesentlichen ebenen und parallelen einander entgegen ge setzten beabstandeten oberen und unteren Flächen ausgebildet ist und eine obere Silikon- oder aktive Schicht aufweisen, die elektrisch von dem darunter liegenden Substrat durch eine Isolierschicht isoliert sind. Die Biegungen 104 werden optional durch anistropes Ätzen in einem geeigneten Ätzmittel, wie zum Beispiel Kaliumhydroxid (KOH) ausgebildet. Die Biegungen 104 definieren eine Anlenkachse H, um welche sich die Messmasse 106 als Reaktion auf eine angelegte Kraft bewegt, wie zum Beispiel das Beschleunigen des beschleunigten Körpers, zum Beispiel ein Fahrzeug, Luftfahrzeug oder ein anderer sich bewegender Körper, auf den der Beschleunigungsmesser 100 montiert ist. Der Sensormechanismus 102 umfasst ein Paar Kraft-/Verschiebungssensoren 112, die zwischen der Messmasse 106 und dem Sensorrahmen 108 gekoppelt sind, für Messkräfte, die an die Messmasse 106 angelegt werden. Die Kraft-/Verschiebungssensoren 112 sind zum Beispiel mechanische Resonatoren, die aus der aktiven Silikonschicht als Doppelenden-Stimmgabel (DETF) Kraftsensoren 28 ausgebildet sind, die in den Lehren des früheren Stands der Technik beschrieben und hier eingegliedert sind, oder andere geeignete Kraft-/Verschiebungssensoren.
Ein Oszillatorschaltkreis, zum Beispiel der Oszillatorschaltkreis 50, der in 1C gezeigt und in dem oben eingegliederten US Patent 5 948 981 beschrieben ist, wird gekoppelt, um die mechanischen Resonatoren 112 mit ihrer Resonanzfrequenz zu treiben. Die Kraft-/Verschiebungssensoren 112 funktionieren in einem Schub-Zug-Modus, wie hier beschrieben, um die angelegte Beschleunigungskraft als eine Funktion der Verschiebung der Messmasse 106 als Reaktion auf die entlang der Eingangsachse I angelegten Kräfte zu messen.
Eine Anzahl von Trennschlitzen 114 und 116 ist durch das Substrat 110 ausgebildet und trennt den inneren Sensorrahmen 108 nahe von einem äußeren oder externen Rahmenabschnitt 118. Die Schlitze 114, 116 sind entlang der Peripherie des inneren Sensorrahmens 108 ausgebildet und treffen in einer Reihe von Aufhängstrukturen 120a, b, c und d der Erfindung zusammen, die zwischen dem inneren und dem äußeren Rahmen 108 und 118 gegenseitig verbunden sind. Die Reihe von Aufhängstrukturen 120a, b, c, d der Erfindung ist die einzige mechanische Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Sensorrahmen 108, 118. Der innere Sensorrahmen 108 des Sensormechanismus 102 ist daher umgeben von und hängt von dem äußeren Rahmen 118 an einer Reihe von Aufhängstrukturen 120a, b, c, d, die gleichzeitig den Sensormechanismus 102 vor Belastungen in dem äußeren Rahmen 118 isolieren.
3 veranschaulicht die Aufhängstruktur der Erfindung als eine der H-Balken-Isolationsstrukturen 120a. Die anderen H-Balken-Isolationsstrukturen 120b, c, d sind ähnlich konfiguriert. In 2 ist die H-Balken-Isolationsgeometrie 120a aus einem Paar innerer und äußerer Schlitze 122 und 124 ausgebildet, die durch das Substrat 110 ausgebildet sind und einen Abschnitt von Schlitzen 114 und 116 zwischen dem inneren und dem äußeren Sensorrahmen 108, 118 überlappen.
Die inneren und äußeren Schlitze 122, 124 der H-Balken-Isolationsbiegung 120a sind auf entgegen gesetzten Seiten der Trennschlitze 114 und 116 ausgebildet. Mit anderen Worten ist der innere Schlitz 122 durch den inneren Sensorrahmen 108 ausgebildet, während der äußere Schlitz 124 durch den äußeren Rahmen 118 ausgebildet ist. Schlüssellöcher 128 können an den Enden der Schlitze 122, 124 ausgebildet werden, um Entspannung bereitzustellen. Der innere Schlitz 122 und der äußere Schlitz 124 sind zum Beispiel lange enge Schlitze, die leicht von den Trennschlitzen 114 und 116 beabstandet und im Wesentlichen zu diesen parallel sind. Eine längliche innere Biegung 130 ist da ausgebildet, wo der innere Schlitz 122 Abschnitte der Trennschlitze 114 und 116 überlappt, und eine längliche äußere Biegung 132 ist da ausgebildet, wo der äußere Schlitz 124 Abschnitte der Trennschlitze 114 und 116 überlappt. Wenn die inneren und äußeren Schlitze 122, 124 gegenseitig ausgerichtet sind und im Wesentlichen die gleiche Länge haben, sind die inneren und äußeren Biegungen 130, 132 ebenfalls gegenseitig ausgerichtet und im Wesentlichen in der Länge identisch.
Die H-Balken-Isolationsstruktur 120a umfasst einen schmalen Balken 126, der orthogonal zu der Ebene des Sensorsubstrats 110 ausgebildet und zwischen dem inneren und dem äußeren Sensorrahmen 108 und 118 über die innere und die äußere Biegung 130, 132 verbunden ist. Der Balken 126 ist auf den zwei Biegungen 130, 132 zentriert, so dass der Balken 126 mit jeder der inneren und äußeren Biegungen 130, 132 zwischen zwei jeweiligen Endpunkten der Schlüssellochabschnitte 128 der jeweiligen inneren und äußeren Schlitze 122, 124 verbunden ist. Die innere und die äußere Biegung 130, 132 können im Wesentlichen aufgrund der inneren und äußeren Schlitze 122, 124 gerade sein, und die Abschnitte der Trennschlitze 114 und 116, die von dem inneren und äußeren Schlitzen 122, 124 überlappt werden, sind jeweils im Wesentlichen gerade und zueinander parallel ausgebildet. In dem Fall, in dem die innere und die äußere Biegung 130, 132 im Wesentlichen gerade ist, verbinden die dazwischen verbundenen Balken 126 die zwei Biegungspaare 130, 132 in einer H-Konfiguration.
Wie oben beschrieben, sind die H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d aus einer äußeren länglichen Biegung 132, die ein erstes und ein zweites Ende hat, das zum Anschießen an die äußere Rahmenstruktur 118 strukturiert ist, und einer inneren länglichen Biegung 130 ausgebildet, die ein erstes und ein zweites Ende hat, die zum Verbinden mit der inneren Sensorrahmenstruktur 108, die von der äußeren Rahmenstruktur 118 zu isolieren ist, strukturiert sind. Ein Abschnitt der inneren Biegung 130 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende ist mit dem Balken 126 an einem Abschnitt der äußeren Biegung 132 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende dieser verbunden.
Die H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d können auch als aus einem Paar innerer Biegungen 130a, 130b und einem Paar äußerer Biegungen 132a, 132b, die davon beabstandet sind, ausgebildet beschrieben werden, wobei die proximalen Enden jeder der Biegungen 130a, 130b und die äußeren Biegungen 132a, 132b mit dem Balken 126 verbunden sind. Die Enden der inneren Biegungen 130a, 130b distal von dem Verbindungsbalken 126 sind mit der inneren Sensorrahmenstruktur 108 verbunden, und die Enden der äußeren Biegungen 132a, 132b distal von dem Verbindungsbalken 126 sind mit der äußeren Rahmenstruktur 118 verbunden.
Die Federung der H-Balken-Biegungen 130, 132 wird als eine Funktion der Länge der H-Balken-Schlitze 122, 124 kombiniert mit der Breite des Balkens 126, der sie verbindet, und der Rückbildung von den Seiten der Trennschlitze 114 und 116 bestimmt. Die Länge der inneren und äußeren H-Balken-Schlitze 122, 124 und die Breite des Verbindungsbalkens 126 werden daher kombiniert mit der Rückbildung von den Schlitzen 114 und 116 ausgewählt, um eine vorbestimmte dynamische Charakteristik für den Beschleunigungsmechanismus 100 bereitzustellen. Die H-Balken-Biegungen 130, 132 erstrecken sich über die komplette Stärke des Substrats 110, so dass sie in der Eingangsachse I der Beschleunigungsvorrichtung 100 sehr steif sind, während ihre relative Dünnheit sie in der Ebene des Substrats 110 relativ biegsam macht. Der Fachmann erkennt, dass längere, dünnere Biegungen 130, 132 federnder sind und eine niedrigere Systemfrequenz ergeben, während kürzere, dickere Biegungen 130, 132 steifer sind und ein System mit einer höheren Frequenzresonanz ergeben. In der Praxis werden die Länge und die Breite der inneren und der äußeren Biegung 130, 132 kombiniert mit anderen Merkmalen des Beschleunigungsmessermechanismus 100 ausgewählt, zum Beispiel unter Einsatz eines Computerprogramms mit finiten Elementen, um eine Systemcharakteristik zu erzielen, die für eine spezifische Anwendung geeignet ist.
Die H-Balken-Isolatoren 120 werden um den Sensormechanismus 102 zwischen dem äußeren und dem inneren Rahmen 108, 118 wiederholt. Die H-Balken-Isolatoren 120 werden zum Beispiel an allen vier Ecken eines quadratischen oder rechteckigen (gezeigten) inneren Sensorrahmens 108 wiederholt. Die H-Balken-Isolatoren 120 werden optional an allen vier Kardinalpunkten wiederholt, das heißt Oberseite, Unterseite und beide Seiten eines quadratischen oder rechteckigen inneren Sensorrahmens 108. Hat der Innensensorrahmen eine andere Form, wie zum Beispiel einen Kreis oder eine Ellipse, werden die H-Balken-Isolatoren 120 wieder an den Kardinalpunkten wiederholt oder um einen vorbestimmten Winkel, zum Beispiel 45 Grad wie gezeigt gedreht. Die Vierpunktsymmetrie der H-Balken-Isolatoren 120, die in 2 gezeigt ist, stellt einen breiten stabilen Träger für den Sensormechanismus 102 dar. Die Dreipunktsymmetrie zum Beispiel drei H-Balken-Isolatoren 120, die symmetrisch um einen kreisförmigen inneren Sensorrahmen 108 beabstandet sind, sind ebenfalls eine Option.
Die Abschnitte der Trennschlitze 114, 116 zwischen den H-Balken-Biegungen 130, 132 werden breit genug ausgebildet, um das Biegen der inneren und äußeren Biegungen 130, 132 zu erlauben. Die Trennschlitze 114, 116 stellen daher Raum für relative Bewegung zwischen dem Innensensorrahmen 108 und dem äußeren Rahmen 118 senkrecht zu den H-Balken-Biegungen 130, 132 bereit. Die H-Balken-Isolatoren 120 erlauben daher eine maximale Menge an linearer Verschiebung in der Ebene des inneren Sensorrahmens 108 innerhalb minimalen Raums. Ausge wählte Abschnitte der Trennschlitze 114, 116 können jedoch schmal genug ausgebildet werden, um die relative Bewegung des inneren Sensorrahmens 108 einzuschränken oder wie ein Käfig zu umgeben, so dass die H-Balken-Biegungen 130, 132 nicht durch Überbiegen beschädigt werden.
Alternativ werden Abschnitte von Schlitzen 114, 116 um die Peripherie des inneren Sensorrahmens 108 außerhalb der H-Balken-Isolatoren 120 optional ausgewählt, um die Bewegung des inneren Sensorrahmens 108 zu dem äußeren Rahmen 118 einzuschränken, so dass die H-Balken-Biegungen 130, 132 vor Überbiegen geschützt werden. Das Einschließen wie in einem Käfig, das durch die schmalen Abschnitte der Schlitze 114, 116 bereitgestellt wird, schützt den Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus 102 auch vor Schäden aufgrund externer Stoßbelastungen, die in Querachsenrichtung angelegt werden.
Wie in 2 veranschaulicht, sind die H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d symmetrisch zu der Anlenkachse H des Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus 102 ausgerichtet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind die verschiedenen H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d jedoch mit verschiedenen Winkeln ausgerichtet, so dass das Muster der verschiedenen H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d an einem einzigen Punkt auf dem Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus 102 zusammentrifft. Das Ausrichten der Muster der H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d zum Zusammentreffen an einem einzigen Punkt wird verwendet, um exzentrische Wirkungen zu minimieren. Das Muster der H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d wird zum Beispiel optional ausgerichtet, um an der Mitte des Aufschlagens der Messmasse 106 in einer Hochschwingungsanwendung zusammenzutreffen, um die exzentrischen Effekte einzuschränken. Bei anderen Anwendungen wird das Muster der H-Balken-Isolatoren 120a, b, c, d optional ausgerichtet, um in der Mitte der Masse oder im Schwerpunkt der Messmasse 106 zusammenzutreffen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform hat jede der Biegungen 130, 132 in der H-Balken-Isolatorstruktur 120 eine unterschiedliche Länge. Während Biegungen 130, 132 mit im Wesentlichen gleicher Länge die Symmetrie unterstützen, können erstrebenswerte resultierende Resonanzfrequenzen unterschiedliche Biegungslängen auferlegen.
Die H-Balken-Schlitze 122, 124 und die Trennschlitze 114, 116, die die H-Balken-Biegungen 130, 132 bilden, werden optional unter Einsatz von Deep Reaction Ion Etching (DRIE) hergestellt, was das Ätzen sehr schmaler Schlitze zwischen nahezu senkrechten Wänden erlaubt. DRIE erlaubt es der Breite, Länge und Stärke der H-Balken-Isolationsbiegungen 130, 132 knapp kontrolliert zu werden, so dass ein ausgewähltes Belastungsisolationsniveau und entsprechende Resonanz in der Struktur des Beschleunigungsmessers 100 hergestellt werden können.
3 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren beim Betrieb des H-Balken-Isolators 120a kombiniert mit einer Beschleunigungsmessermechanismusform. In 3 und wie von den Pfeilen angezeigt, wird eine spreizende Bewegung des H-Balken-Isolators 120a kombiniert mit dem Beschleunigungsmessermechanismus 100 veranschaulicht. Eine gleiche und entgegen gesetzte Kompressionsbewegung wird von einem anderen der H-Balken-Isolatoren 120c erfahren. Wenn die Belastungen in das äußere Rahmenelement 118 eingeleitet werden, erlaubt es ihnen die Federung in der Ebene der H-Balken-Biegungen 130, 132, sich in der Ebene des Substrats 110 zu biegen, während sie entlang der Eingangsachse I des Beschleunigungsmessermechanismus 100 relativ steif und unbeugsam bleiben. Die H-Balken-Isolatoren 120 absorbieren daher die Belastungen, die in dem äußeren Rahmenelement 118 auftreten, während sie die Koplanarität des inneren Sensorrahmens 108 und Sensormechanismus 102 mit dem äußeren Rahmenelement 118 aufrechterhalten.
Ferner minimiert das Biegen der H-Balken-Biegungen 130, 132 und lokalisiert es die Enddrehmomente, die an die Beschleunigungsmessermechanismusform 100 angelegt werden. Die Belastungen in dem äußeren Rahmenelement 118 werden in die äußeren Biegungen 132 übertragen, die in dem äußeren Rahmen 118 ausgebildet sind, über die Verbindungsbalken 126 und in die inneren Biegungen 130, die auf den inneren Sensorrahmen 108 ausgebildet sind. Die äußere Biegung 132 und der Verbindungsbalken 126 arbeiten daher zusammen, um zu bewirken, dass die Belastungen in dem äußeren Rahmenelement 118 an die inneren Enden der zwei Auslegerbiegungen 130a und 130b angelegt werden, das heißt an die Mitte der inneren Biegung 130. Die Belastungen werden in ein Moment umgewandelt, das über die zwei Momentarme der Auslegerbiegungen 130a, 130b übertragen wird und die Momente T1 und T2 in dem inneren Sensorrahmen 108 an den Enden der jeweiligen Biegungen 130a, 130b erzeugt, wo sie mit dem inneren Sensorrahmen 108 verbunden sind.
Da jedoch externe Belastungen über den Balken 126 zwischen den zwei symmetrisch geformten Biegungen 130a, 130b angelegt werden, werden gleiche und entgegen gesetzte ausgerichtete Momente von jeder der zwei Biegungen 130a, 130b angelegt. Diese gleichen und entgegen gesetzten Momente ergeben gleiche und entgegen gesetzte Drehmomente T1 und T2, die in dem inneren Sensorrahmen 108 an den Enden der Biegungen 130a, 130b erzeugt werden, so dass die resultierende komprimierende oder spannende Last (gezeigt) an den Beschleunigungsmessersensormechanismus 102 angelegt wird.
In ähnlicher aber entgegen gesetzter Art wird der H-Balken-Isolator 120c komprimiert, wenn der H-Balken-Isolator 120a an der entgegen gesetzten Ecke des inneren Sensorrahmens 108 gedehnt wird. Der H-Balken- Isolator 120c biegt sich, um die Enddrehmomente, die an die Beschleunigungsmessermechanismusform 100 angelegt werden, zu minimieren und lokalisieren. Der H-Balken-Isolator 120c funktioniert in Kompression ähnlich wie der H-Balken-Isolator 120a in Spannung, um die extern erzeugten Belastungen in gleiche und entgegen gesetzt wirkende Drehmomente an den Enden der Biegungen umzuwandeln, die in dem Körper des inneren Sensorrahmens 108 ausgebildet sind. Diese gleichen und entgegen gesetzten Drehmomente, die in dem inneren Sensorrahmen 108 erzeugt werden, führen zum Anlegen einer Kompressionsbelastung an den Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus 102.
4 veranschaulicht die erfindungsgemäße Aufhängstruktur ausgeführt als X-Balken-Isolator 150, der im Bau und im Betrieb dem H-Balken-Isolator 120, der oben beschrieben wurde, ähnlich ist. Der X-Balken-Isolator 150 erfordert jedoch physisch mehr Raum im Aufbau und Funktionieren als die H-Balken-Ausführungsform, die oben besprochen wurde. Gemäß dem X-Balken-Isolator 150 werden getrennte Schlitze 152, 154 entlang der Peripherie des inneren Sensorrahmens 108 ausgebildet und treffen in einem schmalen Balken 156 zusammen, der zwischen dem inneren und dem äußeren Sensorrahmen 108 und 118 angeschlossen ist. Der Balken 156 ist orthogonal zu der Ebene des Sensorsubstrats 110 für die volle Stärke des Substrats 110 ausgebildet. Eine Anzahl von Balken 156 ist die einzige mechanische Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Sensorrahmen 108, 118. Innere und äußere Schlitze 158, 160 der X-Balken-Isolationsbiegung 150 sind auf entgegen gesetzten Seiten von und teilweise die Trennschlitze 152 und 154 überlappend ausgebildet, während der Verbindungsbalken 156 zwischen dem inneren und dem äußeren Schlitz 158, 160 ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der innere Schlitz 158 durch die äußere periphere Kante des inneren Sensorrahmens 108 ausgebildet, während der andere äußere Schlitz 160 durch die innere periphere Kante des äußeren Sensorrahmens 118 ausgebildet ist. Schlüssellöcher 162 sind an den Enden der Schlitze 158, 160 ausgebildet, um Entspannung zu bieten. Der innere Schlitz 158 und der äußere Schlitz 160 sind zum Beispiel lange schmale Schlitze, die leicht von den überlappenden Schlitzen 152 und 154 weg beabstandet sind, so dass die zwei länglichen Biegungen 164 und 166 dazwischen ausgebildet werden. Die Schlitze 152, 154 sind so positioniert, dass der Balken 156 zwei Paare von Biegungen 164, 166 in einer X-Konfiguration verbindet.
Die X-Balken-Isolatoren 150 können auch als aus einem Paar von inneren Biegungen 164a, 164b und einem Paar von äußeren Biegungen 166a, 166b ausgebildet beschrieben werden, die von den proximalen Enden jeder der Biegungen 164a, 164b beabstandet sind, und den äußeren Biegungen 166a, 166b, die mit dem Balken 156 verbunden sind. Die Enden der inneren Biegungen 164a, 164b distal von dem Verbindungsbalken 156, der mit dem inneren Sensorrahmenaufbau 108 verbunden ist, und die Enden der äußeren Biegungen 166a, 166b distal von dem Verbindungsbalken 156 sind mit der äußeren Rahmenstruktur 118 verbunden.
Ähnlich wie die H-Balken-Ausführungsform der Erfindung hängt die Federung der X-Balken-Isolationsbiegungen 150 von der Länge der X-Balken-Schlitze 158, 160 kombiniert mit der Breite des Balkens 156 ab, der diese verbindet und der Rückbildung von den Seiten der Trennschlitze 152 und 154. Die Länge der X-Balken-Schlitze 158, 160 und die Breite des Balkens 156, der sie verbindet, wird daher kombiniert mit der Rückbildung von den Seiten der überlappenden Schlitze 152 und 154 ausgewählt, um eine vorbestimmte dynamische Charakteristik des Beschleunigungsmechanismus 100 bereitzustellen.
Die Isolationsgeometrie der Aufhängerfindung in der Ausführungsform als X-Balken-Isolatoren 150 funktioniert in einer Spreizbewegung, während eine gleiche und entgegen gesetzte Kompressionsbewegung von dem anderen der X-Balken-Isolatoren 150 auf der entgegen gesetzten Seite oder Ecke des inneren Sensorrahmens 108 erfahren wird. Wenn Belastungen in das äußere Rahmenelement 118 eingeleitet werden, erlaubt es ihm das Federn der X-Balken-Biegungen 164, 166 in der Ebene, sich in der Ebene des Substrats 110 zu biegen und gleichzeitig relativ steif und unbeugsam entlang der Eingangsachse I des Beschleunigungsmessermechanismus 100 zu bleiben. Die X-Balken-Isolatoren 150 absorbieren dadurch die Belastungen, die in dem äußeren Rahmenelement 118 auftreten und erhalten gleichzeitig die Koplanarität des inneren Sensorrahmens 108 und des Sensormechanismus 102 mit dem äußeren Rahmenelement 118 aufrecht.
Das Biegen der X-Balken-Biegungen 164, 166 minimiert und lokalisiert Enddrehmomente, die an die Beschleunigungsmessermechanismusform 100 angelegt werden. Die Belastungen in dem äußeren Rahmenelement 118 werden in die Biegungen 166a, 166b, die in dem äußeren Rahmen 118 ausgebildet sind, durch den Verbindungsbalken 156 übertragen und in die Biegungen 164a, 164b, die auf dem inneren Sensorrahmen 108 ausgebildet sind. Die zwei Biegungen 166a, 166b und der Verbindungsbalken 156 wirken daher, um zu veranlassen, dass die Belastungen in dem äußeren Rahmenelement 118 an die inneren Enden der zwei Auslegerbiegungen 164a, 164b angelegt werden. Die Belastungen werden in ein Moment umgewandelt, das über die zwei Momentarme der Auslegerbiegungen 164a, 164b übertragen wird und gleiche und entgegen gesetzte Drehmomente in dem inneren Sensorrahmen 108 an den Enden der Biegungen 164a, 164b, wo sie mit dem inneren Sensorrahmen 108 verbunden sind, erzeugt. Diese gleichen und entgegen gesetzten Elemente ergeben gleiche und entgegen gesetzte Drehmomente, die in dem inneren Sensorrahmen 108 an den Enden der Biegungen 164a, 164b erzeugt werden, so dass nur eine resultierende Kompressions- oder Spannungsbelastung an den Beschleunigungsmesser-Sensormechanismus angelegt wird.
Der Fachmann erkennt ferner, dass die erfindungsgemäße Isolationsstruktur gleich für das Isolieren eines Sensormechanismus 102, der in oder auf dem äußeren Rahmen 118 ausgebildet ist, gegenüber externen Belastungen anwendbar ist, die an dem inneren Rahmen 108 angelegt werden, wenn der innere Rahmen 108 mit den Deckplatten 32 gekoppelt wird, um den Beschleunigungsmesser 100 zu montieren.

Claims

Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung, umfassend: ein Siliciumsubstrat (110), das mit im Wesentlichen ebener und paralleler entgegengesetzter oberer und unterer Fläche ausgebildet ist, eine äußere Rahmenstruktur (118), die in dem Substrat ausgebildet ist, eine innere Rahmenstruktur (108), die in dem Substrat ausgebildet ist, wobei die innere Rahmenstruktur eingerichtet ist, um mit einem Beschleunigungsmessmittel (102) ausgestattet zu werden, das entlang einer Eingangsachse (I) angelegt ist und zumindest teilweise von der äußeren Rahmenstruktur umgeben und von dieser durch einen Raum (114, 116; 152, 154) getrennt ist, und eine Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d; 150a, b, c, d), die in dem Substrat ausgebildet sind und sich zwischen dessen oberer und unterer Fläche erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Isolatoren ein Paar innerer Biegungen (130a, 130b; 166a, 166b) und ein Paar äußerer Biegungen (132a, 132b; 164a, 164b) aufweist, die davon beabstandet sind, wobei die proximalen Enden der inneren und der äußeren Biegungen gegenseitig verbunden sind, wobei die distalen Enden der inneren Biegungen mit der inneren Rahmenstruktur gegenseitig verbunden sind, und wobei die distalen Enden der äußeren Biegungen mit der äußeren Rahmenstruktur gegenseitig verbunden sind.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die inneren Biegungen (130a, 130b; 166a, 166b) von den äußeren Biegungen (132a, 132b; 164a, 164b) durch den Raum (114, 116; 152, 154), der die innere Rahmenstruktur (108) von der äußeren Rahmenstruktur (118) trennt, beabstandet sind.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die inneren Biegungen (130a, 130b; 166a, 166b) und die äußeren Biegungen (132a, 132b; 164a, 164b) zwischen dem jeweiligen proximalen und distalen Ende gestreckt sind.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d; 150a, b, c, d) ferner einen Balken (126; 156) aufweist, der in dem Substrat (110) ausgebildet ist und sich zwischen dessen oberer und unterer Fläche erstreckt, wobei der Balken gegenseitig mit den proximalen Enden jeder der inneren Biegungen (130a, 130b; 166a, 166b) und äußeren Biegungen (132a, 132b; 164a, 164b) verbunden ist.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Paare innerer Biegungen (130a, 130b; 166a, 166b) und äußerer Biegungen (132a, 132b; 164a, 164b) jedes der Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d; 150a, b, c, d) von dem Balken (126; 156) der dazwischen verbunden ist, beabstandet sind.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Paare innerer Biegungen (130a, 130b) und äußerer Biegungen (132a, 132b) jedes der Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d) im Wesentlichen parallel sind.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwei der Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d; 150a, b, c, d) auf entgegengesetzten Seiten der inneren Rahmenstruktur (108) angeordnet sind.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die äußere Rahmenstruktur (118) ferner ein Paar äußerer Biegungen (132a, 132b; 164a, 164b) jedes der Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d; 150a, b, c, d) aufweist.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Rahmenstruktur (108) ferner ein Paar innerer Biegungen (130a, 130b; 166a, 166b) jedes der Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d; 150a, b, c, d) aufweist.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Rahmenstruktur (108) Beschleunigungsmessmittel (102) aufweist, wobei das Beschleunigungsmessmittel Folgendes aufweist: eine Messmasse (106), die an einer oder mehreren Biegungen (104) von der inneren Rahmenstruktur (108) aufgehängt ist, und ein Paar Kraft-/Verschiebungssensoren (112), die zwischen der Messmasse und der inneren Rahmenstruktur zum Messen der Kräfte, die an die Messmasse angelegt werden, gekoppelt sind.
Beschleunigungsmesser-Aufhängvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Kraft-/Verschiebungssensoren (112) ferner mechanische Resonatoren aufweisen, die als Kraftsensoren mit Doppelenden-Stimmgabel (DETF) ausgebildet sind.
Verfahren zum Aufhängen und Isolieren eines Beschleunigungsmessers (100), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: im Wesentlichen Umgeben eines inneren Rahmenelements (108) mit einem äußeren Rahmenelement (118) beabstandet durch einen Schlitz (114, 116; 152, 154), der zwischen einer inneren peripheren Kante des äußeren Rahmenelements und einer äußeren peripheren Kante des inneren Rahmenelements ausgebildet ist, Bereitstellen als Teil des inneren Rahmenelements eines Beschleunigungsmessmittels (102) entlang einer Eingangsachse (I), und Ausbilden einer Vielzahl von Isolatoren (120a, b, c, d; 150a, b, c, d), gekennzeichnet durch: Ausbilden jedes der Isolatoren durch gegenseitiges Verbinden proximaler Enden jeder der inneren Biegungen (130a, 130b; 166a, 166b) und der äußeren Biegungen (132a, 132b; 164a, 164b), wobei die äußeren Biegungen von den inneren Biegungen beabstandet sind, gegenseitiges Verbinden distaler Enden der inneren Biegungen mit dem inneren Rahmenelement, und gegenseitiges Verbinden distaler Enden der äußeren Biegungen mit dem äußeren Rahmenelement.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes aufweist: Positionieren eines ersten Paars der äußeren (132a, 132b; 164a, 164b) und der inneren (130a, 130b; 166a, 166b) gegenseitig verbundenen Biegungen auf einer ersten Seite des inneren Rahmenelements (108), und Positionieren eines zweiten Paars der äußeren und der inneren gegenseitig verbundenen Biegungen auf einer zweiten Seite des inneren Rahmenelements entgegengesetzt zu dem ersten Paar der äußeren und inneren gegenseitig verbundenen Biegungen.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Ausbilden jedes inneren Rahmenelements (108), äußeren Rahmenelements (118) und jeder äußeren (132a, 132b; 164a, 164b) und inneren (130a, 130b; 166a, 166b) Biegung in einem Substrat (110) und Erstrecken zwischen im Wesentlichen parallelen beabstandeten Flächen des Substrats aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Ausbilden jeder äußeren (132a, 132b; 164a, 164b) und inneren (130a, 130b; 166a, 166b) Biegung zum Erstrecken durch im Wesentlichen die ganze Stärke zwischen den beabstandeten Flächen des Substrats (110) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Umwandeln einer Belastung, die von jeder der äußeren (132a, 132b; 164a, 164b) und der inneren (130a, 130b; 166a, 166b) Biegungen übertragen wird, in ein Drehmoment aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Umwandeln einer Belastung, die von jeder der äußeren (132a, 132b; 164a, 164b) und der inneren (130a, 130b; 166a, 166b) Biegungen übertragen wird, in ein Drehmoment ferner das Umwandeln der Belastung in gleiche und entgegengesetzte Drehmomente an entgegengesetzten Enden der zweiten Biegungen aufweist.