CN102095893A - 确定一种加速度或磁场传感器灵敏度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定传感器灵敏度的方法，这传感器包括有基底，地震质量，第一电极装置用于使质量相对于基底沿着测量轴线偏离，和第二电极装置用于使质量相对于基底偏离。方法包括了方法步骤a)，在这步骤中将第一偏离电压加在第一电极装置上，第二偏离电压加在第一电极装置上，在质量上，通过第一电极装置作用第一静电力，通过第二电极装置作用第二静电力，并通过质量的弹簧装置施加复位力，其中在第一静电力，第二静电力和复位力之间实现了力的平衡，而且质量占有一个表示了力平衡特征的偏离位置，测量表示了力平衡和偏离位置特征的输出信号，方法步骤b)，基于第一和第二偏离电压来计算传感器的灵敏度。本发明还涉及用于该方法的传感器。

Description

确定一种加速度或磁场传感器灵敏度的方法

技术领域

本发明涉及一种确定传感器的，例如一种加速度或磁场传感器的灵敏度的方法，以及为这样的方法而设计的传感器。

背景技术

磁场传感器(磁强计)用作为检测用于罗盘应用的地磁场的传感器。已知有微电机械(MEMS)传感器，它们，借助于洛伦兹力，将一个所加的磁场变成一种机械的偏离，并且容性地读取它。为此这些传感器具有一个至少在部件里垂直于所要测量的磁场布置的导电体。文献DE19827 056 A1说明了一种这样的磁场传感器。

除此之外还已知有加速度传感器，它们基于一种容性可读取的微电机械系统(MEMS)。

微电机械传感器的灵敏度由不同的参数组成，它们可以在制造过程和运行时被不同地良好控制。

另外微电机械传感器的灵敏度还受到边缘损失的影响，这边缘损失是在设计规定的，一个功能层里的一种结构宽度和在处理后实际上达到的在功能层里的结构宽度之间的差。边缘损失例如可以引起弹簧刚度，地震质量和用于电容性分析的有效电容的减小。

在微电机械磁场传感器中灵敏度尤其是受到以下参数的影响：

--产生洛伦兹力所必需的电流，它的精度决定性地通过分析线路来规定，

--传感器的机械灵敏度，它主要由弹簧装置的机械刚度来确定，这刚度又取决于：

--由过程所决定的在边缘损失中的变化(→弹簧的宽度和/或总质量)，和

--所应用的功能层的厚度(→弹簧的厚度和/或总质量)，和

--传感器的静电灵敏度，它主要通过电极间距的波动而变化。

对于测量垂直于传感器的基底平面的磁场分量(B_Z-元件)的磁场传感器，边缘损失的波动大致导致了电极间距的变化，并因此导致了基本电容的变化。根据所用的分析原理(ΔC或者ΔC/C)，功能层的厚度也可能有影响。在ΔC分析时静电灵敏度取决于功能层的厚度。因为在弹簧装置和电容里的关系被补偿，总的灵敏度就与之无关。在ΔC/C分析时，静电灵敏度则相反，与功能层的厚度无关。总的灵敏度然而根据弹簧常数而取决于功能层的厚度。

对于测量平行于传感器基底平面的磁场分量(B_X/B_Y-元件)，的传感器，静电灵敏度基本上根据规定了分析电极的间距的消耗层厚度的波动而变化。

微电机械磁场传感器和加速度传感器的灵敏度变化的主要原因因此尤其是边缘损失，功能层厚度和消耗层厚度的取决于过程的波动。

这些波动可以通过传感器的外部机械刺激作用来确定，并接着进行调整平衡。

磁场传感器的平衡通常在带端进行。磁场传感器受到一个已知大小的很好规定的均质外磁场作用，求出灵敏度和零点误差(偏移)，并且最后通过修正传感器内部的参数，例如偏置位而达到所希望的值。其它的特性曲线参数，如偏置(TKO)和灵敏度(TKE)的温度系数以及非线性等可以被平衡。然而过程是相应地比较复杂费事。

为了能够取消机械的灵敏度平衡，还需要尽可能准确地了解边缘损失。

文献DE10148585A1，US 5,618,989和US6,840,106B1建议了一种用于校验加速度传感器功能的方法。

发明内容

本发明的主旨是一种用于确定一种传感器，尤其是一种微机械传感器的灵敏度的方法，例如一种用于电容性地检测机械偏离的传感器，它包括有一个基底，一个可以相对于基底运动的，弹动地支承的地震质量，至少一个第一电极装置用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离和至少一个第二电极装置用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离。该方法包括了以下方法步骤：

a)将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置上，而将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置上，其中在质量上，通过第一电极装置作用第一静电力(F₁)，通过第二电极装置作用第二静电力(F₂)，并通过质量的弹簧装置施加一个复位力(F_R)，其中在第一静电力(F₁)，第二静电力(F₂)和复位力(F_R)之间实现了力的平衡，而且质量占有一个表示了力平衡特征的偏离位置，并且测量一个表示了力平衡和偏离位置特征的输出信号(U_A)，并且

b)基于第一(U₁)和第二(U₂)偏离电压来计算传感器的灵敏度。

在本发明中“基于…的计算”或者说“在…基础上的计算”的表述尤其是理解为：除了在此明确提到的值外还可以在这计算中加入另外的值。

在本发明中“偏离电压”既可以是一种直流电压，也可以是一种调制的电压，例如一种正弦形，脉冲的和/或脉宽调制的(PWM)电压。在本发明中所谓“偏离电压”尤其是指这样一种电压，它的直流电压值或者说有效值不等于零。

按照本发明的方法具有以下优点：它可以使传感器的灵敏度很准确，尤其是比采用大多数目前已知的方法更准确地确定和平衡，而无需为此从外面机械地和/或用磁场刺激传感器。因此可以有利地取消费事的并因此费用很贵的，基于外部的机械或磁场刺激的平衡，并简化平衡过程。除此之外还可以在最大程度上与外部干扰场无关地实施平衡过程。此外按照本发明的方法还可以有利地确定和监测不仅是传感器直接在制造之后的，而且也在传感器随后的运行期间(在磁场里)的灵敏度，尤其是没有附加的装置。按此方式可以探测到灵敏度的变化(灵敏度漂移)，并在一定条件下防止传感器的失效。此外还可以在测试电流断开时进行平衡过程，因而可以减小或者甚至避免影响到平衡过程的磁场。

如前所述，按照本发明的方法可以设计用来平衡传感器的灵敏度。为此该方法还包括有方法步骤c)：基于在方法步骤b)里计算出的灵敏度来平衡传感器。

在方法的一种实施形式中在方法步骤b)中基于边缘损失(δ)和/或预偏离(x0)的计算来计算出传感器的灵敏度。

尤其是在一种结构的设计规定的宽度和制成结构的实际宽度之间的差称之为边缘损失。

在两种结构彼此的设计规定的非偏离位置(中间位置/零位)和在两种制成结构彼此的实际静止位置之间的差称之为预偏离，它也还称之为原偏置。实际的弹簧装置例如可以取决于制造而与设计规定的弹簧装置有偏差，并因此在静止位置上质量相对于基底偏离一个预偏离，尤其是从中间位置/零位上。尤其是在电极装置时，在这些电极装置中有一个或几个梳形基底电极和一个或几个梳形质量电极，特别是交替地相互嵌入，在质量电极相对于基底电极的实际静止位置和质量电极相对于基底电极的中间位置之间的差可以被称为预偏离，就基底电极而言，质量电极的一个梳齿布置在中间在一个或几个基底电极的梳齿之间，其尤其是在ΔC/C和ΔC分析时相应于零位，这是因为在这个位置上电极装置的输出信号或者说输出电压相应于零电压。

基本上可以多重实施方法步骤a)，例如用不同的第一和/或第二偏离电压和由此得出的不同的偏离位置和输出信号。由按此方式得到的值可以求出灵敏度和/或预偏离的边缘损失，通过外推法，尤其是用于达到中间位置/零位或者说静止位置的电压的。

在方法的另一种实施形式中这方法在步骤a)之前包括有步骤：

a₀)测量一个表示了初始位置，尤其是静止位置特征的输出信号(U_A，xO)，尤其是通过第二电极装置或者通过探测元件，其中在电极装置上没有加偏离电压，换句话说，加的偏离电压为零(U₁＝U₂＝U₃＝U₄＝0V)。

在方法的另一种实施形式中在步骤b)中，基于第一(U₁)和第二(U₂)个偏离电压和输出信号(U_A)，例如表示了初始位置，尤其是静止位置(x₀)的特征的输出信号(U_A，xO)，来计算传感器的灵敏度，或者说计算边缘损失(δ)和/或预偏离(x₀)。

在方法的另一种实施形式中方法包括有以下步骤：

a₀)测量一个表示了初始位置(x₀)，尤其是静止位置特征的输出信号(U_A，xO)，尤其是通过第二电极装置或者通过探测元件，其中在电极装置上没有加偏离电压(U1，U2，U3，U4)。

a)将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置上，其中质量从初始位置(x₀)在第一方向上沿着测量轴线偏离到第一偏离位置(X₁)上，

将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置上，其中这样调整第二偏离电压(U₂)，从而使质量从第一偏离位置(X₁)返回至初始位置(x₀)上，尤其是静止位置上，其中达到初始位置(x₀)，尤其是静止位置，则通过测量表示了重新达到初始位置(x₀)特征的输出信号(U_A，xOref)，尤其是通过第二电极装置或者通过探测元件来确定，并且

b)基于表示了初始位置(x₀)特征的输出信号(U_A，xO)或者说表示了重新达到初始位置(x₀)特征的输出信号(U_A，xOref)，第一偏离电压(U₁)和第二偏离电压(U₂)计算传感器的灵敏度。

换言之，第二偏离电压(U₂)尤其是这样来调整，使得在步骤b)中所测量的输出信号(U_A)对应于表示了重新达到初始位置(x₀)特征的输出信号(U_A，xO)。

通过将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置上，可以在质量上，附加于质量的弹簧装置的复位力(F_R)，施加第一静电力(F₁)。通过将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置上，可以在质量上，附加于质量的弹簧装置的复位力(F_R)和第一电极装置的第一静电力(F₁)，施加第二静电力(F₂)。第一静电力(F₁)优先反向于第二静电力(F₂)。如果使质量从第一偏离位置(X₁)返回至初始位置(x₀)上，尤其是静止位置上，那么在初始位置(x₀)上，在第一静电力(F₁)，第二静电力(F₂)和复位力(F_R)之间实现了力的平衡。

在方法的另一种实施形式中，传感器还包括有第三电极装置，用于用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离，还有第四电极装置用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离。在第三电极装置上加第三偏离电压(U₃)，在第四电极装置上架第四偏离电压(U₄)。在方法步骤b)中，则可以计算传感器的灵敏度或者说基于第一(U₁)、第二(U₂)、第三(U₃)和第四(U₄)偏离电压来计算边缘损失(δ)和/或预偏离(x₀)。

方法优选包括有以下的方法步骤：

a)将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置上，其中质量从初始位置(x₀)在第一方向上沿着测量轴线(M)偏离到第一偏离位置(X₁)上；将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置上，其中这样调整第二偏离电压(U₂)，从而使质量从第一偏离位置(X₁)移动到中间位置/零位(这样的位置，在此例如有一个质量电极的梳齿中间布置在一个或几个基底电极的梳齿之间，而且在此输出信号U_A相应于零)，其中达到中间位置/零位则通过测量表示了中间位置/零位特征的输出信号(U_A＝0)，尤其是通过第二和/或第四电极装置和/或者通过一种探测元件来确定，

a1)将第三偏离电压(U₃)加在第三电极装置上，其中使质量从初始位置(x₀)在第二，与第一相反的方向上沿着测量轴线(M)偏离到第二偏离位置(X₂)上；将第四偏离电压(U₄)加在第四电极装置上，其中这样调整第四偏离电压(U₄)，从而使质量从第二偏离位置(X₂)移动到中间位置/零位上，其中达到中间位置/零位则通过测量表示了达到中间位置/零位特征的输出信号(U_A＝0)，尤其是通过第二和/或第四电极装置和/或者通过一种探测元件来确定；

b)基于第一(U₁)、第二(U₂)、第三(U₃)和第四(U₄)偏离电压计算传感器的灵敏度。

类似于以前所述的方法实施可以在质量上(附加于质量的弹簧装置的复位力(F_R))，通过将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置上而施加第一静电力(F₁)并通过将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置上，施加第二静电力(F₂)。第一静电力(F₁)同样也优选反向于第二静电力(F₂)。如果使质量从第一偏离位置(X₁)返回至中间位置/零位上，那么在中间位置/零位上，同样也在第一静电力(F₁)，第二静电力(F₂)和复位力(F_R)之间可以实现力的平衡。

在方法步骤a1)结束之后使第一(U₁)和第二(U₂)偏离电压优选从第一和第二电极装置撤离。

接着在方法步骤a1)中，可以在质量上，(附加于质量的弹簧装置的复位力(F_R))，通过将第三偏离电压(U₃)加在第三电极装置上而施加第三静电力(F₃)；并通过将第四偏离电压(U₄)加在第四电极装置上，施加第四静电力(F₄)。第三静电力(F₃)优选反向于第四静电力(F₄)。第一静电力(F₁)在此例如与第四静电力(F₄)同向，而第二静电力(F₂)与第三静电力(F₃)同向。如果使质量从第二偏离位置(X₂)返回至中间位置/零位上，那么在中间位置/零位上，同样也在第三静电力(F₃)，第四静电力(F₄)和复位力(F_R)之间可以实现力的平衡。

为了改善灵敏度平衡可以在一种，尤其是弱缓冲弹簧装置系统时，在按照本发明的方法的范围里确定弹簧装置系统的品质。品质的确定例如可以通过传感器的衰减特性，尤其是作为对电测试信号的阶跃响应，来进行。附加或者备选地，如果在质量部位里的压力(压力封入)是已知的话，也就可以在用电测试信号估计的过程参数的基础上计算地来求出品质。

在方法的另一种实施形式的范围里，灵敏度或者说边缘损失(δ)和/或预偏离(x₀)的计算在方法步骤b)里在此还基于一种为弹簧装置系统所规定的品质值。

在本方法的另一种实施形式的范围里，第二和/或第四电极装置除了设计用于使质量相对于基底偏离之外，还用于测量质量相对于基底的偏离，例如用于使机械的偏离转变成一个输出信号，尤其是用于测量一个表示了测量位置特征的输出信号。第二和/或第四电极装置例如可以是电容性的距离-电压变换器。

然而同样也可以使传感器包括有一个附加的探测元件，用于测量质量相对于基底的偏离，例如用于使机械的偏离转变成一个输出信号，尤其是用于测量一个表示了测量位置特征的输出信号。例如探测元件可以是一种电容性的距离-电压变换器。探测元件例如可以是一种电容电极装置，其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极之间的距离就变化(电容性的板式促动器)。探测元件然而同样也可以是一种电容电极装置，其电极在质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(梳状促动器)。此外探测元件可以是一种压电换能器或者一种场效应晶体管上的电极装置(移动-栅-电极装置)。

第一和第二或者说第三和第四电极装置优选设计成不同的，尤其是第一电极装置具有第一种力-距离-特性曲线，而第二电极装置具有第二与第一个不同的力-距离-特性曲线，或者说第三电极装置具有第三力-距离-特性曲线，而第四电极装置具有第四与第三不同的力-距离-特性曲线。

原则上，第一，第二，第三和第四电极装置可以相互独立地既设计成电容性的板式促动器，也设计成电容性的梳状促动器。

在该方法的另一种实施形式中，第一和/或第三电极装置是一种电容电极装置，其电极在质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(电容性梳状促动器)，而第二和/或第四电极装置是一种电容电极装置，其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极之间的距离就变化(电容性的板式促动器)。

然而例如同样也可以：第一和第二和/或第三和第四电极装置是电容电极装置，其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极之间的距离就变化(电容性的板式促动器)。在此在第一和第二和/或第三和第四电极装置的电极之间的距离可以不同。

第一和第二和/或第三和第四电极装置的电极优选设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。电极装置的电极的梳齿在此可以分别相互平行以及有间距和交替地布置。

第一和/或第三电极装置在此可以具有至少一个设计于基底上的基底电极和至少一个设于质量上的质量电极。基底电极和质量电极这里也可以设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。电极装置的质量电极的梳齿在此可以分别布置在电极装置的基底电极的梳齿之间，或者反过来。

第二和/或第四电极装置在此同样也可以具有至少一个设计于基底上的基底电极和至少一个设于质量上的质量电极。尤其是第二和/或第四电极装置可以具有至少一个第一和第二设计于基底上的基底电极和一个设于质量上的质量电极。基底电极和质量电极可以设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。一个电极装置的质量电极的梳齿在此可以分别布置在电极装置的第一基底电极的梳齿和第二基底电极的梳齿之间。按此方式一个电极装置的第一和第二基底电极和质量电极可以形成一种差动电容器。

第一和第三电极装置可以布置在质量的相对边上。同样第二和第四电极装置也可以布置在质量的相对边上。第一和/或第三电极装置优选布置在质量如下边，所述边垂直于质量的那些布置有第二和/或第四电极装置的边。这里例如第一电极装置的梳齿可以平行于第三电极装置的梳齿，和/或第二电极装置的梳齿可以平行于第四电极装置的梳齿，和/或第一和/或第三电极装置的梳齿垂直于第二和/或第四电极装置的梳齿。

如果传感器包括有第一和第二电极装置，而且对于第一电极装置来说是指一种电容电极装置，其电极设计成具有梳背和梳齿的梳形电极，其中电极的梳齿相互平行以及有间距和交替地布置，而且当质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(电容性梳状促动器)，而对于第二电极装置是指一种电容电极装置，其电极设计成具有梳背和梳齿的梳形电极，其中电极的梳齿相互平行以及有间距和交替地布置，而且当质量沿着测量轴线移动时，在电极梳齿之间的距离就变化(电容性的板式促动器)，当质量只是在一边有偏离时，假定寄生电容CP＝0，就可以适用以下的方程：

$\frac{n_1{U}_1^2}{d_C+\mathrm{\δ}}=\frac{n_2{l}_C{U}_2^2}{{(d_C+x_0+\mathrm{\δ})}^2}$

$U_{A,0}=\frac{x_0}{d_C+\mathrm{\δ}},$

它们按照边缘损失(δ)：

$\mathrm{\δ}=\frac{n_2{l}_C{U}_2^2}{{2n}_1{U}_1^2{(1+U_{A,0})}^2}-d_C$

和/或预偏离(x₀)：

$x0=\frac{U_A}{U_{\mathrm{ref}}}\frac{n_2{l}_C{U}_2^2}{{2n}_1{U}_1^2{(1+U_{A,0})}^2}$

可以求解。其中：

n1第一电极装置的梳齿数，

n2第二电极装置的梳齿数，

lc第二电极装置的梳齿的作为板式电容器作用的长度，

dc没有边缘损失的情况下在中间位置/零位中的第一和第二电极装置的梳齿之间的距离，

U₁第一偏离电压，

U₂第二偏离电压，

U_A，0表示了静止位置(x₀)特征的输出信号。

如果传感器包括有一个通过U-弹簧弹动支撑的质量和第一，第二，第三和第四电极装置，而且对于第一和第三电极装置来说是指布置在质量对面边上的电容电极装置，其电极设计成具有梳背和梳齿的梳形电极，其中电极的梳齿相互平行以及有间距和交替地布置，而且当质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(电容性梳状促动器)，而对于第二和第四电极装置是指布置在质量对面边上的电容电极装置，其电极设计成具有梳背和梳齿的梳形电极，其中电极的梳齿相互平行以及有间距和交替地布置，而且其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极梳齿之间的距离就变化(电容性的板式促动器)，那么对于起始位置当质量在两边有偏离时，就可以适用以下的方程：

$\frac{2Y{(b_f-\mathrm{\δ})}^3(x-x_0)}{l_f^3}+\frac{{2n}_1{\mathrm{\ϵ}}_0{U}_1^2}{d_C+\mathrm{\δ}}-\frac{n_2{l}_C{\mathrm{\ϵ}}_0{U}_2^2}{{(d_C+x+\mathrm{\δ})}^2}=0$

$\frac{2Y{(b_f-\mathrm{\δ})}^3(x-x_0)}{l_f^3}-\frac{{2n}_1{\mathrm{\ϵ}}_0{U}_3^2}{d_C+\mathrm{\δ}}+\frac{n_2{l}_C{\mathrm{\ϵ}}_0{U}_4^2}{{(d_C-x+\mathrm{\δ})}^2}=0,$

它们对于x＝0同样也可以分析地，按照边缘损失(δ)和/或预偏离(x0)来求解，而且除了偏离电压之外还包括完全已知的参量，如梳齿数量和梳齿长度，弹簧长度和弹簧宽度，缝隙宽度和弹性模量。

这里可以借助以下公式求出边缘损失(δ)：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{2}\frac{n_2}{n_1}{l}_C\frac{U_2^2+U_4^2}{U_1^2+U_3^2}-d_C$

和/或预偏离(x0)借助以下公式求出：

$x0=\frac{-16{(U_1^2+U_3^2)}^4{n}_1^5{\mathrm{\ϵ}}_0{l}_f^3(U_1^2{U}_4^2-U_2^2{U}_3^2)}{n_2{l}_{C}Y{(U_2^2+U_4^2)}^2{({-2b}_f{n}_1{U}_3^2-{2b}_f{n}_1{U}_1^2-{2d}_C{n}_1{U}_3^2-{2d}_C{n}_1{U}_1^2+l_C{n}_2{U}_2^2+l_C{n}_2{U}_4^2)}^3}$

其中：

n₁第一和第三电极装置的梳齿数，

n₂第二和第四电极装置的梳齿数，

l_c第二和第四电极装置的梳齿的，作为板式电容器作用的长度，

d_c在中间位置/零位上，在没有边缘损失时，在第一，第二，第三和第四电极装置的电极的梳齿之间的距离，

U₁第一偏离电压，

U₂第二偏离电压，

U₃第三偏离电压，

U₄第四偏离电压，

b_fU-弹簧的弹簧宽度，

l_fU-弹簧的边脚长度，

ε₀介电常数

Y弹簧材料的弹性模量。

在本方法的另一种实施形式中传感器是一种加速度传感器或者一种磁场传感器(磁强计)。传感器尤其可以是罗盘的，例如一种电子罗盘(E-罗盘)的一个部分。

按照本发明的方法既可以使用在一种磁场传感器中(这种传感器测量一个垂直于基底平面的磁场分量(Bz-磁场传感器))，也可以使用在尤其是在两个空间方向上测量平行于基底平面的磁场分量的传感器中(Bx/By-磁场传感器)。

例如可以使按照本发明的方法使用于一种磁场传感器中，这种传感器包括有一个基底，一个可以相对于基底运动的，弹动地支撑的地震质量，至少一个第一和第二，例如一个第一，第二，第三和第四电极装置，用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离，和/或用于测量质量相对于基底的偏离，其中质量在垂直于所要测量的磁场分量的方向上可以相对于基底运动，而且其中质量具有一个至少在垂直于所要测量的磁场分量的部分里延伸的导电体。在Bz-磁场传感器中质量可以优选平行于基底的平面运动。在Bx/By-磁场传感器中质量优选通过一种等臂杆形式的结构布置成可以相对于基底的平面运动。

通过在导电体上加电流，可以借助洛伦兹力F_L＝IyLyBz借助于一种ΔC/C分析和公式S＝(IyLy)/(dckx)求出静态灵敏度S，其中Iy是加在导电体上的电流；Ly是导电体长度，尤其是对于所要测量的磁场分量起作用的长度；Kx是弹簧的刚度；dc是在在中间位置/零位上，在没有边缘损失时在第一和第二或者说第一，第二，第三和第四电极装置的电极的梳齿之间的距离。最后两个参量可能对边缘损失有特别强的影响。

在本方法的另一种实施形式中，灵敏度或者说边缘损失(δ)和/或预偏离(x0)的计算在方法步骤b)里还基于通过导电体所加的洛仑兹力F_L

在本发明的另一种实施形式中，灵敏度或者说边缘损失(δ)和/或预偏离(x0)的计算在方法步骤b)里尤其是基于加在导电体上的电流I_Y，导电体的长度，尤其是对于所要测量的磁场分量来说有效的导电体长度L_Y，和弹簧装置的刚度R_X。例如方法步骤b)可以附加地基于加在导电体上的电流I_Y，导电体的长度，尤其是对于所要测量的磁场分量来说有效的导电体长度L_Y，和弹簧装置的刚度，以及基于在中间位置/零位上而没有边缘损失dc时在第一和第二或第一，第二，第三和第四电极装置的电极的梳齿之间的距离。

本发明的另外的主旨是一种传感器，尤其是一种微型机械传感器，例如一种用于电容性检测机械偏离的传感器，优选适用于实施按照本发明的方法，这传感器包括有：

-一个基底，

-一个可以相对于基底运动的，弹动地支承的地震质量，和

-至少一个第一在质量的第一边上布置的电极装置，用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离，和

-至少一个第二在质量的第二边上布置的电极装置，用于使质量相对于基底沿着测量轴线偏离，

而且其特征在于，在质量的，对峙于第一边的那个边上没有布置电极装置。

一种这样的传感器有利地需要比一种在对峙边具有电极装置的传感器更少的面积，而且因此可以认为成本更有利。

在质量的对峙于第二边的那边，在一定情况下可以布置一个电极装置，用于用于使质量相对于基底沿着测量轴线偏离。

至少其中一个电极装置在此可以设计成除了用于使质量相对于基底偏离之外，还用于测量质量相对于基底的偏离，例如用于将机械的偏离转换成一个输出信号，尤其是用于测量一种表示了偏离位置特征的输出信号。例如第二和/或另外的电极装置可以是电容性的距离-电压-转换器。

然而同样也可以的是，这传感器包括有一个附加的探测元件，用于测量质量相对于基底的偏离，例如用于将机械的偏离转换成一个输出信号，尤其是用于测量一种表示了偏离位置特征的输出信号。例如探测元件可以是一种电容性的距离-电压-转换器。探测元件例如可以是一种电容电极装置，在这装置里，当质量沿着测量轴线移动时，电极之间的距离就变化(电容性的板式促动器)。探测元件然而同样也可以是一种电容电极装置，其电极在质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(电容性梳状促动器)。此外探测元件可以是一种压电转换器或者一种基于场效应晶体管的电极装置(移动-栅-电极装置)。

第一和第二电极装置或者说另外的电极装置优选设计成不同的。第一电极装置尤其是可以具有第一力-距离-特性曲线，而第二电极装置具有第二与第一不同的力-距离-特性曲线。

原则上，第一，第二，和另外的电极装置相互独立地既可设计成电容性的板式促动器，也设可计成电容性的梳状促动器。

第一电极装置优选是一种电容电极装置，其电极在质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(电容性梳状促动器)，第二和/或另外的电极装置是一种电容电极装置，其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极之间的距离就变化(电容性的板式促动器)。

然而例如同样也可以：第一和第二和/或另外的电极装置是电容电极装置，其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极之间的距离变化(电容性的板式促动器)。在第一和第二和/或另外的电极装置的电极之间的距离在此可以是不同的。

第一和第二和/或另外的电极装置的电极优选设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。电极装置的电极的梳齿在此可以分别相互平行以及有间距和交替地布置。

第一电极装置在此可以具有至少一个设计在基底上的基底电极和至少一个设计在质量上的质量电极。基底电极和质量电极这里也可以设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。一个电极装置的质量电极的梳齿在此可以分别布置在电极装置的基底电极的梳齿之间，或者反过来。

第二和/或另外的电极装置在此同样也可以具有至少一个设计在基底上的基底电极和至少一个设计在质量上的质量电极。尤其是第二和/或另外的电极装置可以具有至少一个第一和第二设计在基底上的基底电极和一个设计在质量上的质量电极。基底电极和质量电极可以设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。一个电极装置的质量电极的梳齿在此可以分别布置在电极装置的第一基底电极的梳齿和第二基底电极的梳齿之间。按此方式，一个电极装置的第一和第二基底电极和质量电极可以形成一种差动电容。

第二和另外的电极装置可以布置在质量的对置边上。第一电极装置优选布置在质量的一边，这个边垂直于质量的那些布置有第二和/或另外的电极装置的边。这里例如第二电极装置的梳齿可以平行于另外的电极装置的梳齿，和/或第一电极装置的梳齿可以垂直于第二和/或另外的电极装置的梳齿。

传感器尤其可以是一种加速度传感器或者一种磁场传感器(磁强计)。传感器尤其可以是罗盘的，例如一种电子罗盘(E-罗盘)的一个部分。传感器例如可以是一种磁场传感器，它包括有一个基底，一个可以相对于基底运动的，弹动地支承的地震质量，至少一个第一和第二，例如一个第一，第二，和第三电极装置，用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离，其中质量在垂直于所要测量的磁场分量的方向上，可以相对于基底运动，而且其中质量具有一个至少在垂直于所要测量的磁场分量的部分里延伸的导电体。在此这既可是指一种测量垂直于基底平面的磁场分量的磁场传感器(B_Z-磁场传感器)，也可是指一种尤其是在两个方向上，平行于基底平面，测量磁场分量(Bx/By-磁场传感器)的磁场传感器。若是一种B_Z-磁场传感器，质量优选可以平行于基底平面运动。相反，若是一种Bx/By-磁场传感器，质量优选通过一种等臂杆形式的结构布置成可以相对于基底平面运动。

本发明的另外的主旨是一种磁场传感器，尤其是一种微型机械磁场传感器，优选适用于实施按照本发明的方法，这传感器包括有：

-一个基底，

-一个可以相对于基底运动的，弹动地支承的地震质量，

-至少一个第一和第二，例如一个第一，第二，第三和第四电极装置，用于使质量相对于基底沿着一个测量轴线偏离，

其中质量在垂直于所要测量的磁场分量的方向上，可以相对于基底运动，而且其中质量具有一个至少在垂直于所要测量的磁场分量的部分里延伸的导电体，其特征在于，传感器具有一个分析装置，尤其是一个分析转换电路，这个电路设计用于确定没有加外磁场时的，传感器的灵敏度。

分析装置在此尤其可以设计用于在没有加外磁场时，确定和平衡传感器的灵敏度。在此既可涉及一种磁场传感器，这传感器测量一个垂直于基底平面的磁场分量(Bz-磁场传感器)，也可以涉及一种尤其是测量在两个空间方向上平行于基底平面的磁场分量的磁场传感器(Bx/By-磁场传感器)。若是一种B_Z-磁场传感器，质量优选可以平行于基底平面运动。相反，若是一种Bx/By-磁场传感器，质量优选通过一种等臂杆形式的结构布置成可以相对于基底平面运动。

其中至少一个电极装置这里也可以设计成除了用于使质量相对于基底偏离之外，还用于测量质量相对于基底的偏离，例如用于将机械的偏离转换成一个输出信号，尤其是用于测量一种表示了偏离位置特征的输出信号。例如第二和/或第四电极装置可以是电容性的距离-电压-转换器。

然而这里同样也可以的是：这传感器包括有一个附加的探测元件，用于测量质量相对于基底的偏离，例如用于将机械的偏离转换成一个输出信号，尤其是用于测量一种表示了偏离位置特征的输出信号。例如探测元件这里也可以是一种电容性的距离-电压-转换器。探测元件例如可以是一种电容电极装置，在这装置里，当质量沿着测量轴线移动时，电极之间的距离就变化(电容性的板式促动器)。探测元件然而同样也可以是一种电容电极装置，其电极在质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(电容性梳状促动器)。此外探测元件可以是一种压电转换器或者一种基于场效应晶体管的电极装置(移动-栅-电极装置)。

第一和第二电极装置或者说第三和第四电极装置这里也优选设计成不同的。第一电极装置尤其是可以具有第一力-距离-特性曲线，而第二电极装置具有第二，与第一不同的力-距离-特性曲线。

原则上，第一和第二和/或第三和第四电极装置这里也相互独立地既可设计成电容性的板式促动器，也可设计成电容性的梳状促动器。

第一和/或第三电极装置这里也优选是一种电容电极装置，其电极在质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动(电容性梳状促动器)，而第二和/或第四电极装置是一种电容电极装置，其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极之间的距离就变化(电容性的板式促动器)。

然而这里同样也可以的是：第一和第二和/或第三和第四电极装置是电容电极装置，其中在质量沿着测量轴线移动时，电极之间的距离变化(电容性的板式促动器)。在此在第一和第二和/或另外的电极装置的电极之间的距离可以是不同的。

第一和第二和/或第三和第四电极装置的电极这里也优选设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。一个电极装置的电极的梳齿在此可以分别相互平行以及有间距和交替地布置。

第一和/或第三电极装置在此可以具有至少一个设计在基底上的基底电极和至少一个设计在质量上的质量电极。基底电极和质量电极这里也可以设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。一个电极装置的质量电极的梳齿在此可以分别布置在电极装置的基底电极的梳齿之间，或者反过来。

第二和/或第四电极装置在此同样也可以具有至少一个设计在基底上的基底电极和至少一个设计在质量上的质量电极。第二和/或第四电极装置尤其是可以具有至少一个第一和第二设计在基底上的基底电极和设计在质量上的质量电极。基底电极和质量电极可以设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。一个电极装置的质量电极的梳齿在此可以分别布置在电极装置的第一基底电极的一个梳齿和第二基底电极的一个梳齿之间。按此方式，一个电极装置的第一和第二基底电极和质量电极可以形成一种差动电容。

第一和第三或者说第二和第四电极装置可以布置在质量的对置边上。第一和第三电极装置优选布置在质量的如下边上，该边垂直于质量的那些布置有第二和第四电极装置的边。这里例如第一电极装置的梳齿可以平行于第三电极装置的梳齿，和/或第二电极装置的梳齿可平行于第四电极装置的梳齿，和/或第一和/或第三电极装置的梳齿可以垂直于第二和/或第四电极装置的梳齿。

传感器这里尤其也可以是罗盘的，例如是一种电子罗盘(E-罗盘)的一部分。

附图说明

按照本发明的对象的其他优点和有利的设计方案用附图作了表示，并在以下进行说明。应该注意，附图只具有说明的特征，而不想以任何形式限制本发明。所示为：

图1一种按照本发明的，适合用于实施按照本发明的方法的传感器的实施例的俯视简图，这传感器在质量的一边没有电极装置；

图2一种适合用于实施按照本发明的方法的具有四个电极装置的传感器的俯视简图。

具体实施方式

图1表示了，传感器具有一个基底1，一个可以向着基底运动的，弹动支承的地震质量2，和三个电极装置3，4；5，6，7，5′，6′，7′，用于使质量2相对于基底1沿着测量轴线M偏离。在图1中没有表示出用于使质量2可运动地悬挂的弹簧。图1说明了，第一电极装置3，4，在质量2的第一边上布置，第二电极装置5，6，7在质量2的第二边上布置。图1还表示了，在质量的对峙于第二边的那一边布置了另外的电极装置5′，6′，7′。在质量2的对峙于第一边的那一边上然而按照本发明没有布置电极装置。其优点在于，可以减小传感器的面积。

图1此外还表示了，第二电极装置5，6，7和另外的电极装置5′，6′，7′是电容电极装置，在这些电极装置中，当质量2沿着测量轴线M移动时，电极5，6，7；5′，6′，7′之间的距离发生变化。图1还表示了，第一电极装置3，4是一种电容电极装置，其电极5，6，7；5′，6′，7′在质量2沿着测量轴线M移动时相互平行地移动。

除此之外图1还表示了，第一，第二，和/或另外的电极装置3，4；5，6，7；5′，6′，7′的电极设计成具有梳背和梳齿的梳形电极。图1表示了，一个电极装置3，4；5，6，7；5′，6′，7′的梳齿分别相互平行以及有间距和交替地布置。图1此外还表示出了，第二电极装置5，6，7的梳齿平行于另外的电极装置5′，6′，7′的梳齿，而第一电极装置3，4的梳齿垂直于第二5，6，7和另外的电极装置5′，6′，7′的梳齿。

此外图1还表示了第二5，6，7和另外的电极装置5′，6′，7′的梳齿的，起到板状电容器作用的长度lc和在第一3，4，第二5，6，7，和另外的5′，6′，7′电极装置的电极的梳齿之间的距离dc，这在中间位置/零位上，没有边缘损失。

图1尤其表示了，第一电极装置3，4具有一个梳状的，设计在基底1上的基底电极4和一个梳状的，设计在质量2上的质量电极3，其中基底电极4的梳齿布置在质量电极3的梳齿之间。

图1还表示了，第二5，6，7和另外的电极装置5′，6′，7′分别具有第一6；6′和第二7；7′，梳状的，设计在基底1上的基底电极和一个梳状的，设计在质量上的质量电极5，5′，其中一个电极装置的质量电极5，5′的梳齿分别布置在电极装置的第一基底电极6；6′的梳齿和第二基底电极7；7′的梳齿之间，并且构成差动电容器5，6，7；5′，6′，7′。

图2所示的传感器与图1所示的传感器的差别在于：传感器具有四个电极装置3，4；5，6，7；3′，4′；5′，6′，7′，其中在质量2的，对峙于第一边的那个边上，布置了一个类似于第一电极装置3，4的电极装置3′，4′。

Claims (14)

1.用于确定传感器灵敏度的方法，这传感器包括有

-基底(1)，

-可以相对于基底(1)运动的，弹动地支承的地震质量(2)，

-至少一个第一电极装置(3，4)用于使质量(2)相对于基底(1)沿着测量轴线(M)偏离，和

-至少一个第二电极装置(5，6，7)用于使质量(2)相对于基底(1)沿着测量轴线(M)偏离。

这方法包括了方法步骤：

a)将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置(3，4)上，而将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置(5，6，7)上，其中在质量(2)上，通过第一电极装置(3，4)施加第一静电力(F₁)，通过第二电极装置(5，6，7)施加第二静电力(F₂)，并通过质量(2)的弹簧装置施加复位力(F_R)，其中在第一静电力(F₁)，第二静电力(F₂)和复位力(F_R)之间实现了力的平衡，而且质量(2)占有表示了力平衡特征的偏离位置(x)，并且测量表示了力平衡和偏离位置(x)特征的输出信号(UA)，还有

b)基于第一(U₁)和第二(U₂)偏离电压来计算传感器的灵敏度。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在方法步骤b)中，基于边缘损失(δ)和/或预偏离(x₀)的计算来计算传感器的灵敏度。

3.按照权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，该方法在步骤a)之前具有方法步骤a₀)：测量表示了初始位置(x₀)，尤其是静止位置特征的输出信号(U_A，xO)，其中在电极装置(3，4，5，6，7)上没有加偏离电压(U1，U2)。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在方法步骤b)中基于第一(U₁)和第二(U₂)偏离电压和输出信号(U_A)，来计算传感器的灵敏度或者说计算边缘损失(δ)和/或预偏离(x₀)。

5.按照权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，该方法包括有以下方法步骤：

a₀)测量表示了初始位置(x₀)，尤其是静止位置特征的输出信号(U_A，xO)，其中在电极装置(3，4，5，6，7)上没有加偏离电压(U1，U2，)。

a)将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置上，其中质量(2)从初始位置(x₀)在第一方向上沿着测量轴线(M)偏离到第一偏离位置(X₁)上，

将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置(5，6，7)上，其中调整第二偏离电压(U₂)，从而使质量(2)从第一偏离位置(X₁)返回至初始位置(x₀)上，其中达到初始位置(x₀)则通过测量表示重新达到初始位置(x₀)特征的输出信号(U_A，xOref)来确定，并且

b)基于表示了初始位置(x₀)特征的输出信号(U_A，xO)、第一偏离电压(U₁)和第二偏离电压(U₂)计算传感器的灵敏度。

6.按照权利要求1至2中之一所述的方法，其特征在于，传感器还包括有第三电极装置(3′，4′)，用于使质量(2)相对于基底(1)沿着测量轴线(M)偏离，还有第四电极装置(5′，6′，7′)用于使质量(2)相对于基底(1)沿着测量轴线(M)偏离，其中方法包括有以下方法步骤：

a)将第一偏离电压(U₁)加在第一电极装置(3，4)上，其中质量(2)从初始位置(x₀)在第一方向上沿着测量轴线(M)偏离到第一偏离位置(X₁)上；将第二偏离电压(U₂)加在第二电极装置(5，6，7)上，其中调整第二偏离电压(U₂)，从而使质量(2)从第一偏离位置(X₁)动到中间位置，其中达到中间位置则通过测量表示中间位置特征的输出信号(U_A＝0)来确定，

a1)将第三偏离电压(U₃)加在第三电极装置(3′，4′)上，其中使质量(2)从初始位置(x₀)在第二，与第一相反的方向上沿着测量轴线(M)偏离到第二偏离位置(X₂)上；将第四偏离电压(U₄)加在第四电极装置(5′，6′，7′)上，其中调整第四偏离电压(U₄)，从而使质量(2)从第二偏离位置(X₂)动到中间位置上，其中达到中间位置则通过测量表示达到中间位置特征的输出信号(U_A＝0)来确定；

b)基于第一(U₁)、第二(U₂)、第三(U₃)和第四(U₄)偏离电压计算传感器的灵敏度。

7.按照权利要求1至6中之一所述的方法，其特征在于，第二(5，6，7)和/或第四(5′，6′，7′)电极装置除了设计用于使质量(2)相对于基底(1)偏离之外，还用于测量质量(2)相对于基底(1)的偏离(x)。

8.按照权利要求1至7中之一所述的方法，其特征在于，

-第一(3，4)和/或第三(3′，4′)个电极装置是电容电极装置，其电极在质量沿着测量轴线移动时，相互平行地移动，

--而第二(5，6，7)和/或第四(5′，6′，7′)个电极装置是电容电极装置，其中当质量沿着测量轴线移动时，在电极之间的距离变化。

9.按照权利要求1至8中之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤b)里，还基于对于弹簧装置系统确定的品质系数，计算灵敏度或者说边缘损失(δ)和/或预偏离(x₀)。

10.按照权利要求1至9中之一所述的方法，其特征在于，传感器是加速度传感器或者磁场传感器。

11.按照权利要求1至10中之一所述的方法，其特征在于，传感器是磁场传感器，其质量(2)在垂直于所要测量的磁场分量的方向上，可以相对于基底(1)运动，而且其中质量具有至少在垂直于所要测量的磁场分量的部分里延伸的导电体。

12.按照权利要求11所示的方法，其特征在于，在方法步骤b)里还基于由导电体所施加的洛伦兹力F_L，计算灵敏度或者说边缘损失(δ)和/或预偏离(x₀)。

13.传感器，包括有

-基底(1)，

-可以相对于基底(1)运动的，弹动地支承的地震质量(2)，和

-至少一个第一在质量(2)的第一边上布置的电极装置(3，4)，用于使质量(2)相对于基底(1)沿着测量轴线(M)偏离，和

-至少第二在质量(2)的第二边上布置的电极装置(5，6，7)，用于使质量(2)相对于基底(1)沿着测量轴线(M)偏离，其特征在于，在质量(2)的对峙于第一边的那个边上没有布置电极装置。

14.磁场传感器，包括有

-基底(1)，

-可以相对于基底(1)运动的，弹动地支承的地震质量(2)，

-至少一个第一(3)和第二(4)电极装置，用于使质量(2)相对于基底(1)沿着测量轴线(M)偏离，

其中质量(2)在垂直于所要测量的磁场分量的方向上，可以相对于基底(1)运动，而且其中质量(2)具有至少在垂直于所要测量的磁场分量的部分里延伸的导电体，其特征在于，磁场传感器具有分析装置，它设计用于在没有加外磁场时，确定传感器的灵敏度。

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