CN102016529A - 用于碰撞识别的气压传感器 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于碰撞识别的具有腔室(R)的气压传感器(100)，其中在该腔室(R)中存在用于根据气压来产生信号的传感器元件(S)。腔室(R)是通过压力平衡元件(M，MV)来密封的，其中该压力平衡元件具有的特性是，防止杂质侵入腔室(R)。然而，允许从外部到腔室(R)中的压力传递。

Description

用于碰撞识别的气压传感器

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求所述分类的用于碰撞识别的气压传感器。

背景技术

申请人已经公开了一种作为PPSl进行销售的气压传感器。这种气压传感器在车门的所谓潮湿空间(Nassraum)中测量车辆侧部中的压力。车门还具有干燥空间(Trockenraum)。气压传感器被装配到潮湿空间与干燥空间之间的隔板上。这是通过传感器体位于干燥空间中而压力进口通道伸入到潮湿空间中实现的或者是通过整个气压传感器被装配在潮湿空间中实现的。在大多数情形中，隔板中对于装配所需的孔必须通过传感器的装配由位于传感器上的密封单元进行密封。然而，不需要如此的其他固定原理也是已知的，例如夹钳解决方案。此外，围绕压力进口通道的密封单元在大多数应用中是必需的，在这些应用中压力传感器装配在干燥空间中并且压力进口穿过隔板伸入到潮湿空间中。这种密封单元在现有的气压传感器中是通过密封泡沫粘上的或者是通过喷射的、例如由硅制成的密封单元实现的。

气压传感器被设计成相对于水和介质是密封的，与安装地点无关。这具有各种原因并且在这种气压传感器的生产过程中例如在制造、材料要求方面以及在对处理器和检验的要求方面意味着很高的耗费。气压传感器根据现有技术具有高耗费的密封方案，因为传感器中的气压被引导到感压的传感器单元上，但同时气压传感器中所有在介质作用和腐蚀方面易受影响的区域必须受到保护。在此，内部的密封单元例如是集成在封装中的硅衬垫，传感器模块被压紧在所述硅衬垫上，以便实现密封连接。为了保护传感器芯片和键合线，通常进行压力传感器膜片的凝胶化。所述措施耗费较大并且还可能影响传感器的特性。膜片的凝胶化例如意味着膜片的质量覆盖(Massebelegung)并且由此导致加速度敏感性以及因此导致气压传感器的干扰因素。

发明内容

与之相比，具有独立权利要求的特征的用于碰撞识别的气压传感器具有以下优点：所述气压传感器相对外部介质和影响是严密密封的。尤其是通过对具有传感器元件的腔室进行密封的压力平衡元件实现了用于制造气压传感器的成本有利的可行方案。这种实施方式尤其实现了气压传感器的简单的并且有利的最终装配。其原因在于，因为传感器元件所在的腔室被设计成是严密密封的，所以可以省去内部密封，即膜片的凝胶化等等。此外，实现了气压传感器的不复杂的并且简单的应用。其原因在于，可以实现气压传感器功能相对污染物的低敏感性。

对于本发明而言重要的是，压力平衡元件可靠地阻止杂质例如通过扩散侵入到传感器元件所在的腔室中。压力能够从外部——即气压如其在潮湿空间中例如由于碰撞而发生变化那样——通过压力平衡元件传递到腔室中。

这意味着：进一步确保了气压传感器的实际功能。

所述气压传感器在此是适于检测由于侧面碰撞和在此出现的车门体积压缩而引起的气压升高的气压传感器。原则上，气压传感器还适于正面碰撞或尾部碰撞的检测。

用于根据气压产生信号的传感器元件所在的腔室是传感器中的一个空隙，传感器元件可被置于所述间隙中。在此，传感器元件通常是微机械地制造的并且具有膜片结构，所述膜片结构由于压阻效应能够实现压力测量。其他的电参数——如电容也可被用于测量。传感器元件将气压变化转换成电信号，所述电信号随后可被进一步处理。

例如由塑料制成的气压平衡元件在此是按照功能进行定义的并且应当阻止杂质侵入到腔室中，但允许压力传递到腔室中。以下根据从属权利要求说明一些实施方式。在此，杂质是水、灰尘颗粒以及其他的污染物和液体。气体也可以属于杂质。气压传递意味着气压从外部向内部传送。以下阐述所述气压传递如何发生的问题，尤其是关于线性传递或者非线性传递。

通过在从属权利要求中列举的措施和进一步构型，可以实现在从属权利要求中进行说明的用于碰撞识别的气压传感器的有利改进。

有利地，压力平衡元件是至少一个膜片。这意味着，多个膜片也可以构成压力平衡元件。作为膜片理解为在此具有根据权利要求1定义的特性的层。为此，膜片可以例如由塑料构成。可以使用这种塑料膜片或者塑料薄膜，以便成本有利地封闭传感器壳体。在此，可以省去单独的盖。可以如同标签那样在带状材料上提供塑料薄膜，并且可以在制造过程中通过例如粘接或焊接将塑料薄膜固定到传感器壳体上。在另一实施方式中，塑料膜片可以集成在传感器盖中或者传感器壳体中。随后，以不变的方式进行盖装配。

此外，压力平衡元件的一部分可以是半渗透的。这同样适用于压力平衡元件被实施为膜片的情形，其中，半渗透性解决了如下任务：将杂质--如水和灰尘阻挡在腔室之外，但是同时允许气体——如空气扩散到腔室中。由此也可以在传感器内部空间中产生平均环境压力。由此确保了气压传感器对压差的响应现在是外部施加的压力的函数并且与在生产过程中一次性包含在气压传感器本身中的压力无关。此外，与不具有所述半渗透性的严密密封的传感器相比，所述措施可以改善快速变化的压差的传递函数的斜率，并且由于经改善的特征曲线斜率或者由于减小的用于差压的工作区域也可以优化气压传感器中所需的分辨率。在严密密封的气压传感器中——其中膜片仅仅密封腔室，压力传递函数仅仅在非常小的窗内是线性的，但是在其余区域内是非线性的，随着斜率减小内部压力与外部压力之间的压差变大。

有利地，气压传感器被如此设计，使得例如通过气压传感器中的查找表(Tabelle)或者例如控制设备中的分析处理系统中的查找表来补偿气压传递的特征曲线并且因此可以由在内部测量到的压力上升推断出在外部空间中实际施加的压力上升。由此能够通过所述查找表来补偿非线性。所述非线性涉及压力传递函数。气压传感器本身具有对由传感器元件提供的信号进行放大滤波、数字化和预处理以及将所述信号传输给控制设备的电子装置。控制设备本身可以一起集成在传感器上。

此外，还可以通过将传感器体积设计得尽可能扁平的方式优化压力传递函数，这通过以下条件实现：腔室的宽度比高度大得多。由此可以实现传感器特征曲线的更高的斜度。定义的、从外部施加的压力总是引起膜片的定义的偏移。由此导致定义的、绝对的体积变化，其方式是，传感器内部体积被设计成扁平的——即在膜片大小相同的情况下使传感器内部体积保持得尽可能小，由此实现定义的压力变化和由此体积变化在传感器内部空间中引起更高的压力变化。

有利地，在气压传感器的根据本发明的结构中，可以无需通过凝胶来保护键合线以及通过气压进行测量的膜片。此外，不必在气压传感器中设置高耗费地密封的压力进口通道，从而可以在很大程度上省去特殊过程。

此外有利的是，在应用中，即在气压传感器在确定的车辆类型上的应用中，在安装气压传感器时不必注意或者不必再如根据现有技术所需的那样严格地注意一些方面，如污染物、水和介质的流出。

示例性地构造为膜片的用于密封气压传感器的盖就其而言与省去的膜片凝胶覆盖类似地导致传感器的加速度敏感性。然而，目前可制造的塑料厚度例如在几百微米的范围内，使得这种影响是存在的但是对于很多应用而言可认为是合理的。

附图说明

在附图中示出并且在随后的描述中详细解释本发明的实施例。

附图示出：

图1：根据本发明的气压传感器的第一横截面图，

图2：根据本发明的气压传感器的第二横截面图，

图3：压力传递函数的第一示例，

图4：压力传递函数的第二示例，

图5：根据本发明的气压传感器的第三横截面图，

图6：根据本发明的气压传感器的电子装置的框图，以及

图7：车辆中的人员保护系统的结构。

具体实施方式

图1在横截面中示意性地示出根据本发明的气压传感器100。气压传感器100具有微机械地制造的传感器元件S，所述传感器元件S在腔室R中安装在例如印刷电路板上。所述腔室R由传感器100的壳体和膜片M定义，所述膜片M严密地密封腔室R以防外部影响。在所列举的示例中，盖被放置在传感器壳体上并且随后被焊接或粘接。结构101用于在体壳上可靠地调整所述盖。

在腔室R的内部充满压力P_内部，并且在外部充满压力P_外部。由压力传递函数描述：内部压力如何根据外部压力变化，所述压力传递函数由膜片M确定。气压传感器的电信号通过导线L(金属触点)向外引导并且随后传送给控制设备。结构H1和H2是插头壁。它们用于可靠地接触和保持特定于用户的插头。在紧固垫板的设计适当时在此简略绘出的传感器100可被直接安装在潮湿空间中。

传感器元件S在腔室R中的气压下如此变化，使得可被电检测的参数——如电阻或电容以相应的方式变化。传感器元件S本身可以具有膜片结构或者指形结构。

图2示出根据本发明的气压传感器的另一示例。气压传感器100同样具有设置在腔室R中的传感器元件S。同样存在导线L和特定于用户的插头(结构H1和H2)。但膜片MV现在具有DAE，即压力平衡元件。所述压力平衡元件是半渗透的并且使气体——如空气能够穿过所述膜片流入到腔室R中，使得压力可以内外平衡。

图3示出根据图1的气压传感器的压力传递函数。通过曲线300描述压力关系，也就是说，内部压力如何根据外部压力变化。曲线301说明膜片M的压力传递函数的特征曲线。区域302是具有平均环境压力303的工作区域。在此示例中，外部压力根据内部压力的传递特征曲线表明在工作区域中进行近似线性的压力上升。然而，工作区域不在具有最大特征曲线斜率并且因此具有最大分辨率的区域中。

图4示出描述压力传递函数的另一示图。同样存在曲线400，所述曲线400表示内部压力与外部压力的关系。通过曲线401描绘线性化的特征曲线。使用压力平衡元件DAE导致外部壳体的膜片是无应力的，因为内部压力和外部压力是均衡的。如果现在出现外部的压差，则这些压差导致膜片的最大偏移并且因此导致内部压力的最大变化。尤其在压力传感器应当测量足够快的动态压力变化的情形中，可以如此优化传感器分辨率和传感器精度，使得膜片的半渗透性可以仅仅导致针对外部压力变化的传感器响应的不重要的失真。相应于图3，借助附图标记402表示工作区域并且借助403来表示环境压力。

图5借助根据本发明的气压传感器100的示意图示出另一横截面。与图1不同，现在膜片不是集成在盖中的，而是膜片是完整的盖。膜片可以如同薄膜那样通过粘接过程或焊接过程施加到敞开的壳体上。可以在遮盖过程之前或者也可以在遮盖过程之后将所述薄膜裁剪成所需的大小。与图1不同，结构500被替代地设计用于调整所述盖。

图6示出根据本发明的传感器的电子装置的框图。传感器元件S根据测量到的压力向放大器V提供信号，所述放大器V放大所述信号并且将所述信号传送给低通滤波器TP。经低通滤波的信号进入到信号处理装置SV中，所述信号处理装置SV进行数字化并且根据从查找表LT中加载的值改变值。信号处理装置SV将经校正的、经数字化的测量值传输给发送器单元SE，所述发送器单元将所述值以预给定的协议传输给控制设备。

图7示出车辆FZ中的人员保护系统。两个气压传感器PPSR和PPSL分别安装在左侧车门和右侧车门中，更确切地说，安装在潮湿空间中，即背向车辆的侧面。这些气压传感器PPSR和PPSL与用于控制人员保护装置的控制设备SG的接口IF连接。控制设备SG在考虑所加载的算法和预给定的参数的情况下借助微处理器μC处理气压信号。在此，例如由其他传感器的信号来进行合理性判断。然而，出于简明的目的，没有示出其他的组件，因为它们对本发明的理解没有贡献。

根据对气压信号的分析处理，微控制器μC将信号传输给控制电路FLIC，所述控制电路FLIC具有例如电功率开关，所述功率开关例如向点火元件输送电能，以便控制相应的人员保护装置。这些人员保护装置随后由控制电路FLIC相应地供电。这些人员保护装置在本此以附图标记PS表示。作为人员保护装置的可以是安全气囊、安全带拉紧器等等。

Claims (6)

1.用于碰撞识别的气压传感器(100)，具有一腔室(R)，在所述腔室(R)中具有一传感器元件(S)，所述传感器元件(S)用于根据气压产生一信号，其特征在于，所述腔室(R)通过一压力平衡元件(M，MV)密封，其中，所述压力平衡元件(M，MV)具有的特性是，阻止杂质侵入到所述腔室(R)中，但允许从外部到所述腔室(R)中的压力传递。

2.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，所述压力平衡元件(M，MV)是至少一个膜片。

3.根据权利要求1或2所述的气压传感器，其特征在于，所述压力平衡元件(M，MV)的至少一部分是半渗透的。

4.根据以上权利要求中任一项所述的气压传感器，其特征在于，所述气压传感器(100)具有用于所述压力传递的特征曲线的补偿装置。

5.根据权利要求4所述的气压传感器，其特征在于，所述补偿装置具有至少一个查找表。

6.根据以上权利要求中任一项所述的气压传感器，其特征在于，所述腔室(R)的宽度比高度大得多。

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