CN101443665B - 加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加速度传感器，具有一振动质量(1)及一基底(13)，该振动质量具有一个第一翼及第二翼(2，3)，这些翼可绕至少一个扭转桥接件(4)转动，其中，这些翼(2，3)的构造使得基于这些翼的质量分布在所述至少一个扭转桥接件(4)上施加不同的转矩。所述振动质量(1)及基底(13)的构造使得对于一扭转及对于在相反方向上的一量值上相等的扭转在所述至少一个扭转桥接件(4)上引起量值上相等的阻尼转矩。
Description
技术领域
本发明涉及一种加速度传感器。
背景技术
这种加速度传感器已由EP 0 244 581公知及例如用于触发机动车的乘员保护装置如气囊，安全带拉紧器，警报闪光装置及翻滚防护架。该加速度传感器包括一个振动质量及一个基底，该振动质量具有一个第一翼及一个第二翼，这两翼可绕一个扭转桥接件转动，其中，翼被这样地构成，使得基于其质量分布在扭转桥接件上施加不同的转矩。
振动质量设置在一个壳体中，该壳体内注有一种介质(液体)，如硅油。当振动质量由于加速度而偏转时，基于液体中的摩擦阻力使它受到一个阻尼力。通过这种摩擦可防止振动质量的持续振动。
其缺点在于，由于对于一个方向上的偏转的阻尼力与对于另一方向上的偏转的阻尼力不同，振动质量受到不同的转矩。同样地，视哪个翼碰撞到基底上而定，在扭转桥接件上作用不同的转矩。这将导致，在相反的方向上量值上相等的加速度产生出量值上不同的传感器信号。因此，特别是振动可导致测量结果的系统性误差。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种传感器，对于在相反方向上两个量值上相同的加速度，该传感器的传感器信号在量值上是相等的。
该作为本发明基础的任务将通过一种加速度传感器来解决。该加速度传感器具有一振动质量及一基底，该振动质量具有一个第一翼及一个第二翼，这些翼可绕至少一个扭转桥接件转动，其中，这些翼的构造使得由于这些翼的质量分布在所述至少一个扭转桥接件上施加不同的转矩，其特征在于：所述振动质量及基底的构造使得对于一扭转及对于在相反方向上的一量值上相等的扭转在所述至少一个扭转桥接件上作用量值上相等的阻尼转矩，其中，所述第一翼的构造使得所述至少一个扭转桥接件在一个第一方向上的扭转如下地被限制，即，所述第一翼用第一边缘上的一第一点止挡在所述基底上，所述第二翼的构造使得所述至少一个扭转桥接件在一个与该第一方向相反的第二方向上的扭转如下地被限制，即，所述第二翼用第二边缘上的一第二点止挡在所述基底上，该第一点离所述至少一个扭转桥接件的距离等于该第二点离所述至少一个扭转桥接件的距离。
根据本发明，振动质量及基底这样地构造，使得对于一个扭转及对于在相反方向上的一个量值上相等的扭转，在至少一个扭转桥接件上引起量值上相等的阻尼转矩。
有利地，可排除由于振动引起的时间上的平均值的误差。在本发明方面，在相反方向上量值上相等的扭转是这样的扭转，即，该扭转导致振动质量在相反的方向上偏转相同的角度。
在一个优选的实施形式中，在基底上在第一翼的下面设有一个凸起。
有利地，为了阻尼转矩的对称，在基底上构造凸起是一个结构上简单的解决方案。
在该优选实施形式的一个改进构型中，在凸起上设有一个第一电极，在第二翼下面在基底上设有一个第二电极，该第一电极具有比该第二电极小的面积。
有利地可构造足够大的凸起，其中，在第一电极与第一翼之间的电容及在第二电极与第二翼之间的电容的变化可这样地变得对称，即，在凸起上的电极具有比第二电极小的面积。
在该优选实施形式的一个变换的改进构型中，在基底上在第一翼的下面及在第二翼的下面各设有一个电极。
有利地，通过在基底上在两侧上设置电极，可简单地实现第一电极与第一翼之间的电容及第二电极与第二翼之间的电容的对称的变化。
在该优选实施形式的又一改进构型中，在第一翼及第二翼中设有穿透的孔，第一翼中的这些孔占有比第二翼中的这些孔大的总面积。
有利地，通过设置穿透的孔，可在工艺技术上简单地预给出阻尼转矩及质量分布。
在又一优选实施形式中，在一个翼中，在其与至少一个扭转桥接件背对的端部上设有一个空槽。
有利地，通过设置所述空槽能以结构上有利的方式来实质地影响质量分布。
在所述又一优选实施形式的一个改进构型中，在第一翼及第二翼中设有穿透的孔，第一翼中的穿透的孔占有比第二翼中的穿透的孔小的总面积。
有利地，以结构上简单的方式补偿了所述空槽对阻尼扭转的影响。
在另一优选的实施形式中，第一翼这样地构成，使得至少一个扭转桥接件在第一方向上的扭转如下地被限制，即，第一翼用第一边缘上的一第一点止挡在基底上，第二翼这样地构成，使得至少一个扭转桥接件在与第一方向相反的第二方向上的扭转如下地被限制，即，第二翼用第二边缘上的一第二点止挡在基底上，所述第一点离所述至少一个扭转桥接件的距离等于所述第二点离所述至少一个扭转桥接件的距离。
因此有利地，第一止挡转矩在量值上也等于第二止挡转矩。甚至对于在两个方向上的偏转，也可得到一传感器信号的对称的特性曲线。
在另一优选的实施形式中，所述至少一个扭转桥接件在两个背对的端部与一个包围振动质量的桥接件衬底相连接。
在另一优选的实施形式中，所述至少一个扭转桥接件通过一个支承件与基底相连接。
有利地，这种结构可通过简单的加工工艺来制造。
附图说明
以下将参照附图来详细地描述本发明。附图表示：
图1：一个基底上的振动质量；
图2：图1中的振动质量及基底的一个截面图；
图3：振动质量及具有凸起的基底的一个视图；
图4：图3中的振动质量及具有凸起的基底的一个截面图；
图5：振动质量及具有一个变换的凸起的基底的一个截面图；及
图6：振动质量及具有另一变换的凸起的基底的一个截面图。
具体实施方式
图1表示一个基底上的一个振动质量1。振动质量1为矩形及具有一个第一翼2及一个第二翼3。振动质量通过两个具有相同尺寸的扭转桥接件4可扭转地连接在一个支承件14上，该支承件设置在振动质量1的中心。第一翼2具有由方形穿透的孔5组成的栅格形式的孔型，第二翼3具有由方形穿透的孔6组成的栅格形式的孔型。第一翼2的与扭转桥接件4背对的第一边缘7上的一个点离这些扭转桥接件4中的一个的距离与第二翼3的与扭转桥接件4背对的第二边缘8上的一个点离该扭转桥接件的距离相同(对于具有设置在中心的扭转桥接件4的四边形的振动质量1的本实施例，甚至第一边缘7上的每个任意点离这些扭转桥接件4中的一个具有如在第二翼3的第二边缘8上的与扭转桥接件4背对的每个点离该扭转桥接件相同的距离)。在两个扭转桥接件4与翼2，3之间各构有一个间隙9。翼2，3与扭转桥接件4分别通过至少一个桥部10与这些扭转桥接件4连接。在第一翼2的与扭转桥接件4背对的端部上设有一个大的四边形的空槽11。第二翼3的孔6构造得大于第一翼2的孔5。
孔6的数目与孔5的数目相同。因此孔6占有较大的总面积。代替孔6构造得大于孔5地，对于该实施例及所有其它实施形式也可使用更大数目的孔6。在振动质量1的下面在基底中构有电极12。电极12的信号在一个分析处理电路中被分析处理，该分析处理电路可单片地集成在传感器中(未示出)。电极例如可通过向内扩散或用薄层技术来施加。
图2表示图1中的振动质量1及基底13的一剖面。振动质量1构造成板状。扭转桥接件4通过支承件14与基底13连接。这种结构例如可用这样的方式产生，即，在基底13上沉淀出一个氧化层，在该氧化层中蚀刻出一个空槽，然后沉淀出一个多晶硅层。该多晶硅层这样地确定，使得形成一个振动质量形状的结构。在此情况下，沉淀在氧化物的空槽中的多晶硅构成支承件14。最后将该氧化物去除。
作用在传感器上的、由基底13沿支承件14向着振动质量1的加速度由于振动质量1的惯性引起一个第一扭矩及一个第二扭矩，第一翼2将该第一扭矩施加在扭转桥接件4上，第二翼3将该第二扭矩施加在扭转桥接件4上。在此情况下，第二翼3由于其较大的质量及其质量分布集中在离扭转桥接件4更远处，该第二翼将一个比第一翼2大的扭矩作用在扭转桥接件4上。与此相应地，第二翼3向着基底13扭转，而第一翼2背向基底13地扭转。在相反的方向上的加速度导致扭转桥接件4的相反的扭转以及翼2，3的相反的指向。当振动质量1很强地偏转时，边缘7或8碰撞在基底13上。因为边缘7及8与扭转桥接件4中的一个具有相同的距离，在此情况下在扭转桥接件4上作用了在量值上基本相同的止挡转矩。作用在这些扭转桥接件4上的扭矩可以分解为两个大小相等的扭矩，它们中的每个作用在这些扭转桥接件4中的一个上。因此当这些扭转桥接件仅涉及一个扭转桥接件4时，关于扭矩的这些陈述也是正确的。
振动质量1设置在一个壳体中，该壳体被注入了一种介质如一种气体(氮气)。当振动质量1由于加速度而绕扭转桥接件4转动时，在此情况下，由于在周围介质中的摩擦引起一个阻尼转矩。该阻尼转矩可与扭转方向相关。但孔6构造造得大于孔5，以便补偿由空槽11引起的效应。因此，对于一个任意的扭转，扭转桥接件4在两个扭转方向上都受到在量值上相同的扭矩。
图3表示在具有一个凸起15的基底13上的另一振动质量，该凸起构造在第一翼2的下面。第一翼2与第二翼3的不相同的质量及质量分布通过第一翼2的孔16及第二翼3的孔17的不同大小来实现。孔16的数目等于孔17的数目。孔16较大及因此占据较大的总面积。但孔16及17的不同大小将影响与转动方向相关地作用在扭转桥接件4上的阻尼转矩。为了补偿对阻尼转矩的这种效应，将利用该阻尼转矩与在第一翼2下面构造的一个凸起16的相关性。变换地或者与一个凸起组合地，也可在第二翼3的下面构造一个孔。
因此，两个相反方向上量值上相同的阻尼转矩可通过振动质量上的孔及空槽的专门的构型以及在振动质量1的翼2，3中的一个的下面设置凸起或孔来实现。这两个措施也可相组合。
图4表示图3中的振动质量及具有凸起15的基底13的一个截面图。该凸起15直接地构造在电极12的旁边。
图5表示振动质量及具有一个变换的凸起18的基底13的一个截面图。在凸起18上构造有一个电极12。
图6表示振动质量及具有另一变换的凸起18的基底13的一个截面图。在凸起18上构造的一个矩形的电极19具有比电极12小的宽度，但具有与电极12相同的长度。由于电极12的小面积可补偿对电容的影响，该影响是由于该电极更接近振动质量1而产生的。对于相反的扭转角，振动质量1与每个电极19，12之间的电容也相应地变化。
Claims (9)
1.加速度传感器，具有一振动质量(1)及一基底(13)，该振动质量具有一个第一翼及一个第二翼(2，3)，这些翼可绕至少一个扭转桥接件(4)转动，其中，这些翼(2，3)的构造使得由于这些翼的质量分布在所述至少一个扭转桥接件(4)上施加不同的转矩，其特征在于：所述振动质量(1)及基底(13)的构造使得对于一扭转及对于在相反方向上的一量值上相等的扭转在所述至少一个扭转桥接件(4)上作用量值上相等的阻尼转矩，其中，所述第一翼(2)的构造使得所述至少一个扭转桥接件(4)在一个第一方向上的扭转如下地被限制，即，所述第一翼(2)用第一边缘(7)上的一第一点止挡在所述基底(13)上，所述第二翼(3)的构造使得所述至少一个扭转桥接件(4)在一个与该第一方向相反的第二方向上的扭转如下地被限制，即，所述第二翼(3)用第二边缘(8)上的一第二点止挡在所述基底(13)上，该第一点离所述至少一个扭转桥接件(4)的距离等于该第二点离所述至少一个扭转桥接件(4)的距离。
2.根据权利要求1的加速度传感器，其特征在于：在所述基底(13)上在所述第一翼(2)的下方设有一凸起(15，18)。
3.根据权利要求2的加速度传感器，其特征在于：在所述凸起上设有一个第一电极(19)，在所述第二翼(3)下方在所述基底(13)上设有一个第二电极，该第一电极(19)具有比该第二电极(12)小的面积。
4.根据以上权利要求中任一项的加速度传感器，其特征在于：在所述第一翼(2)的下方及在所述第二翼(3)的下方在所述基底(13)上各设有一电极(12)。
5.根据权利要求1至3中任一项的加速度传感器，其特征在于：在所述第一翼(2)及第二翼(3)中设有穿透的孔(5，6，16，17)，所述第一翼(2)中的这些孔占有比所述第二翼(3)中的这些孔(6)大的总面积。
6.根据权利要求1至3中任一项的加速度传感器，其特征在于：在所述翼(2，3)中的一个中，在与所述至少一个扭转桥接件(4)背对的端部上设有一空槽(11)。
7.根据权利要求6的加速度传感器，其特征在于：在所述第一翼(2)及第二翼(3)中设有穿透的孔(5，6，16，17)，所述第一翼(2)中的这些穿透的孔(5)占有比所述第二翼(3)中的这些孔(6)小的总面积。
8.根据权利要求1的加速度传感器，其特征在于：所述至少一个扭转桥接件(4)在两个背对的端部上与一包围所述振动质量(1)的桥接件衬底相连接。
9.根据权利要求1的加速度传感器，其特征在于：所述至少一个扭转桥接件(4)通过一支承件(14)与所述基底(13)相连接。
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