CN102095894B - 用于校准加速度传感器的方法和加速度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出用于校准加速度传感器的方法和加速度传感器，该加速度传感器具有衬底和振动质量，其中，该加速度传感器在第一侧面上具有固定在衬底上的第一和另外的第一电极，在第一和另外的第一电极之间设有振动质量的反电极，其中，该加速度传感器在第二侧面上具有另外的第二电极并且在与第二侧面相对置的第四侧面具有另外的第四电极，其中，在第一步骤中将基本上相同的第一激励电压施加到第一和另外的第一电极上以激励出振动质量沿着第一方向的第一偏移，其中，在第二步骤中通过将第一补偿电压施加到另外的第二和另外的第四电极上来补偿该第一偏移。

Description

用于校准加速度传感器的方法和加速度传感器
技术领域
本发明涉及一种用于校准加速度传感器的方法和一种加速度传感器。
背景技术
这样的方法是普遍公知的。例如由文献US 5 618 989A公开了一种具有至少一个可运动的振动质量的电容式加速度传感器，其中，该振动质量可由于加速度而偏移并且具有至少一个可运动的电极，该可运动的电极与至少一个固定的电极相对地设置并且与该固定的电极构成至少一个测量电容，其中设有至少一个固定的另外的电极，在该另外的电极上被可这样地施加电压，使得一个力作用被施加到振动质量上。该另外的电极用于执行加速度传感器的自我测试，其中，在自我测试期间，振动质量相对于衬底的偏移不是通过加速力实现，而是通过另外的电极与振动质量之间的静电的相互作用来模拟振动质量相对于衬底的偏移。以这种方式允许加速度传感器的测试或者校正，而不必存在真实的加速力。
发明内容
与之相比，根据本发明的用于校准加速度传感器的方法和根据本发明的加速度传感器具有以下优点：能够实现加速度传感器的明显更简单且成本更有利的校准。尤其地，与现有技术相比，不需要任何用于校准加速度传感器的附加结构和用于与该附加结构接触的附加连接垫，从而能以有利的方式节省晶面并且由此节省成本。有利的是，在根据本发明的方法中，仅使用在双轴和/或多轴加速度传感器中总归要实现的电极来校准加速度传感器。这些优点通过以下方式实现：借助第一和另外的第一电极产生振动质量的第一偏移。其间设有振动质量的反电极的该第一和另外的第一电极是第一差分电容装置的一部分，该第一差分电容装置在加速度传感器的工作模式中被设置用于差分地分析处理振动质量垂直于第一方向相对于衬底的加速度。为了产生第一偏移，第一和另外的第一电极被共同地转换到基本上相同的电位上。这导致反电极由于与该第一和另外的第一电极的静电相互作用而受到沿着第一方向的偏移力。这些反电极在此尤其“被吸引到”第一与另外的第一电极之间的中间空间中，使得振动质量在第一和另外的第一电极的方向上相对于衬底运动。该运动通过施加到另外的第二和另外的第四电极上的第一补偿电压被补偿。这些另外的第二电极在此尤其是在加速度传感器的第二侧面上的第二差分电容装置的一部分，该第二差分电容装置具有另外的第二电极和第二电极，其中，在另外的第二电极与第二电极之间又设有振动质量的反电极并且第二差分电容装置在加速度传感器的工作模式中被设置用于差分地分析处理振动质量的与第一方向平行或逆平行的加速度。类似地，这些另外的第四电极尤其是第四差分电容装置的一部分，该第四差分电容装置设置在相对的侧面上并且同样被设置用于差分地分析处理振动质量的与第一方向平行或逆平行的加速度。第二和第四方向在此优选垂直于第一方向定向。现在，第一偏移导致另外的第二电极与相应的反电极之间或者导致另外的第四电极与相应的反电极之间的间距变大(或者变换地间距变小)，这些间距变大或变小通过施加到另外的第二和另外的第四电极上的第一补偿电压被补偿。第一补偿电压的大小因此可用作加速度传感器的校准的尺度。这样的校准优选地在加速度传感器的工作期间、在使用位置中和/或在安装位置中进行。变换地，根据本发明的方法在加速度传感器的制造期间或者直接在加速度传感器的制造之后进行。优选地，该加速度传感器被设置用于在机动车的安全和/或舒适系统中工作，其中，该加速度传感器特别优选地包括具有仅一个振动质量的双轴式加速度传感器，以检测两个正交的加速度(例如用于“坡度驻车(hill-hold)”功能的机动车纵轴和用于ESP系统的横轴)。该加速度传感器尤其包括微机械的加速度传感器。衬底优选包括半导体衬底并且特别优选地包括硅衬底。
本发明的有利构型和扩展方案可由从属权利要求以及参照附图的说明中得出。
根据一种优选扩展方案提出，加速度传感器在与第一侧面相对置的第三侧面上具有固定在衬底上的第三和另外的第三电极，其中，在第三和另外的第三电极之间设有振动质量的反电极，其中，加速度传感器在第二侧面上还具有第二电极并且在第四侧面上还具有第四电极，其中，在第三步骤中将基本上相同的第二激励电压施加到第三和另外的第三电极上以激励出振动质量沿着第三方向的第二偏移，其中，在第四步骤中通过将第二补偿电压施加到第二和第四电极上来补偿第二偏移。第三方向尤其与第一方向逆平行，使得以有利的方式允许在与第一方向平行和逆平行的两个方向上校准加速度传感器。加速度传感器以有利的方式优选这样对称地构造，使得沿着第一方向的校准取代沿着第三方向的校准。
根据另一种优选的扩展方案提出，在第二和另外的第二电极之间设有振动质量的反电极，其中，在第五步骤中将基本上相同的第三激励电压施加到第二和另外的第二电极上以激励出振动质量沿着第二方向的第三偏移，其中，在第六步骤中通过将第三补偿电压施加到另外的第一和另外的第三电极上来补偿第三偏移。第二方向尤其与第一方向垂直，使得以有利的方式不但允许沿着第一方向校准加速度传感器，而且允许垂直于第一方向校准加速度传感器。
根据另一种优选的扩展方案提出，在第四和另外的第四电极之间设有振动质量的反电极，其中，在第七步骤中将基本上相同的第四激励电压施加到第四和另外的第四电极上以激励出振动质量沿着第四方向的第四偏移，其中，在第八步骤中通过将第四补偿电压施加到第一和第三电极上来补偿该第四偏移。第四方向尤其与第二方向逆平行，使得以有利的方式允许垂直于于第一方向以及与第二方向平行和逆平行地校准加速度传感器。
本发明的另一个主题是用于校准加速度传感器的方法，其中，加速度传感器在与第一侧面相对置的第三侧面上具有固定在衬底上的第三和另外的第三电极，其中，加速度传感器在第二侧面上还具有第二电极并且在第四侧面上还具有第四电极，其中，在第二和另外的第二电极之间、在第三和另外的第三电极之间以及在第三四和另外的第四电极之间设有振动质量的反电极，其中，加速度传感器具有固定在衬底上的面电极，面电极基本上平行于衬底的主延伸平面延伸并且垂直于主延伸平面至少部分地与振动质量重叠，其中，在第九步骤中将基本上相同的第五激励电压施加到第一、另外的第一、第三和另外的第三电极上以激励出振动质量沿着第五方向的第五偏移，其中，在第十步骤中通过将第五补偿电压施加到面电极上来补偿第五偏移。因此，以有利方式实现相对于与主延伸平面垂直的第五方向的加速度传感器的校准，其中，与现有技术相比，不需要任何附加结构。因此，根据本发明的方法以有利的方式不仅可用于“平面内(in-plane)”传感器，也可用于“平面外(out-of-plane)”传感器。加速度传感器在此尤其这样地构造，使得第五偏移通过第一、另外的第一、第三和另外的第三电极的相应的上侧和下侧之间的不对称性导致，从而在施加第五激励电压时静电的差分力向着衬底的方向或者从衬底指离地作用在振动质量上。面电极优选垂直于主延伸平面设置在衬底与振动质量之间。变换地，面电极具有面状的覆盖电极和/或加速度传感器包括一个形式为面状的覆盖电极的另外的面电极，使得振动质量垂直于主延伸平面地设置在覆盖电极与衬底之间。
根据另一种优选的扩展方案提出，在第九步骤中还将第五补偿电压施加到另外的第二、另外的第二、第四和另外的第四电极上，使得以有利的方式实现比较均匀的第五偏移。例如，由此有效地避免了转矩的出现。
根据另一种优选的扩展方案提出，在第十一步骤中，将第一激励电压与第一补偿电压比较，将第二激励电压与第二补偿电压比较，将第三激励电压与第三补偿电压比较，将第四激励电压与第四补偿电压比较，和/或将第五激励电压与第五补偿电压比较。因此，以有利的方式实现了加速度传感器相对于第一、第二、第三、第四和/或第五方向的灵敏度的用于校准加速度传感器的量化，以相对于第一、第二、第三、第四和/或第五方向校准加速度传感器。
本发明的另一个主题是一种加速度传感器，其被配置用于执行根据本发明的方法。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下说明书中详细地阐述。附图示出：
图1示出根据本发明的第一实施方式的加速度传感器；和
图2示出根据本发明的第二实施方式的加速度传感器。
具体实施方式
在不同的图中，相同的部件始终以相同的附图标记表示并且因此通常也分别仅命名或者说提及一次。
在图1中示出根据本发明的第一实施方式的加速度传感器11，其中，该加速度传感器11具有一个具有主延伸平面100的衬底12和一个振动质量13。该振动质量13平行于主延伸平面100地具有基本上矩形的结构，该结构具有四个侧面，即第一侧面10、第二侧面20、第三侧面30和第四侧面40。从第一、第二、第三和第四侧面10、20、30、40中的每一个侧面，从振动质量13伸出与振动质量13固定地连接的反电极14。在第一侧面10上，反电极14与第一和另外的第一电极1、1’结合构成第一差分电容装置，其中，在一个第一电极1和一个另外的第一电极1’之间总是设有一个反电极14。因此，振动质量13相对于衬底12沿着一个平行于主延伸平面100的第二方向120的运动导致反电极14与第一电极1之间的间距变小并且导致反电极14与另外的第一电极1’之间的间距变大。这些间距变化被差分地分析处理并且用于检测加速度传感器11相对于第二方向120的加速度。与第一差分电容装置类似地，加速度传感器11在第二侧面20上具有第二差分电容装置，在第三侧面30上具有第三差分电容装置并且在第四侧面40上具有第四差分电容装置。第三差分电容装置同样用于检测加速度传感器11相对于第二方向120(即与第二方向120平行或者逆平行)的加速度，而第二和第四差分电容装置用于测量加速度传感器11相对于一个与第二方向120垂直且与主延伸平面100平行的第一方向110(即与第一方向110平行或逆平行)的加速度。下面根据图1描述根据本发明的第一实施方式的根据本发明的方法，其中，在第一步骤中首先将相同的第一激励电压施加到第一和另外的第一电极1、1’上以激励出振动质量13沿着第一方向110的第一偏移。因此，相应的反电极14由于静电的相互作用分别被吸引到第一与另外的第一电极1、1’之间的中间空间中。同时，在第二步骤中通过将第一补偿电压施加到另外的第二和另外的第四电极2’、4’上来正好补偿该第一偏移。因此，由第一激励电压与所需的第一补偿电压之间的比较得出用于加速度传感器11相对于在第一方向110上的偏移的灵敏度的尺度。类似地，在第三步骤中将基本上相同的第二激励电压施加到第三差分电容装置的第三和另外的第三电极3、3’上以激励出振动质量13沿着第三方向130的第二偏移，其中，在第四步骤中通过将第二补偿电压施加到第二和第四电极2、4上来补偿该第二偏移，并且，由第二激励电压与所需的第二补偿电压之间的比较得出用于加速度传感器11相对于在第三方向130上的偏移的灵敏度的尺度。此外，在第五步骤中将基本上相同的第三激励电压施加到第二差分电容装置的第二和另外的第二电极2、2’上以激励出振动质量13沿着第二方向120的第三偏移，其中，在第六步骤中通过将第三补偿电压施加到另外的第一和另外的第三电极1’、3’上来补偿该第三偏移。此外，在第七步骤中将基本上相同的第四激励电压施加到第四差分电容装置的第四和另外的第四电极4、4’上以激励出所述振动质量13沿着第四方向140的第四偏移，其中，在第八步骤中通过将第四补偿电压施加到第一和第三电极1、3上来补偿该第四偏移。由第三或者第四激励电压与所需的第三或者第四补偿电压之间的比较得出用于加速度传感器11相对于在第三或第四方向130、140上的偏移的灵敏度的尺度。因此，根据本发明第一实施方式的本发明方法允许相对于第一、第二、第三和第四方向110、120、130、140的校准。
在图2中示出根据本发明的第二实施方式的加速度传感器11，该加速度传感器基本上与在图1中所示的加速度传感器11相同，其中，该加速度传感器11具有一个与衬底12固定地连接的面电极15，该面电极垂直于衬底12、即沿着第五方向150设置在衬底12与振动质量13之间。在尤其在根据图1描述的第八步骤之后执行的第九步骤中，将基本上相同的第五激励电压施加到第一、另外的第一、第二、另外的第二、第三、另外的第三、第四和另外的第四电极1、1’、2、2’、3、3’、4、4’上以激励出振动质量沿着第五方向150的第五偏移，其中，在第十步骤中通过将第五补偿电压施加到面电极15上来补偿该第五偏移，从而相对于第五方向150实现加速度传感器11的校准。变换地，该加速度传感器11包括一个面状的检测电极形式的另外的面电极15’，使得振动质量13沿着第五方向150设置在衬底12与另外的面电极15’之间并且由此可执行与第五方向150逆平行的校准。

Claims (7)

1.用于校准加速度传感器(11)的方法，所述加速度传感器(11)具有衬底(12)和振动质量(13)，其中，所述加速度传感器(11)在第一侧面(10)上具有固定在所述衬底(12)上的第一和另外的第一电极(1，1’)，其中，在所述第一和另外的第一电极(1，1’)之间设有所述振动质量(13)的反电极(14)，其中，所述加速度传感器(11)在第二侧面(20)上具有另外的第二电极(2’)并且在与所述第二侧面(20)相对置的第四侧面(40)上具有另外的第四电极(4’)，其特征在于，在第一步骤中将相同的第一激励电压施加到所述第一和另外的第一电极(1，1’)上以激励出所述振动质量(13)沿着一第一方向(110)的第一偏移，其中，在第二步骤中通过将第一补偿电压施加到所述另外的第二和另外的第四电极(2’，4’)上来补偿所述第一偏移。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述加速度传感器(11)在与所述第一侧面(10)相对置的第三侧面(30)上具有固定在所述衬底(12)上的第三和另外的第三电极(3，3’)，其中，在所述第三和另外的第三电极(3，3’)之间设有所述振动质量(13)的反电极(14)，其中，所述加速度传感器(11)在所述第二侧面(20)上还具有第二电极(2)并且在所述第四侧面(40)上还具有第四电极(4)，其中，在第三步骤中将相同的第二激励电压施加到所述第三和另外的第三电极(3，3’)上以激励出所述振动质量(13)沿着一第三方向(130)的第二偏移，其中，在第四步骤中通过将第二补偿电压施加到所述第二和第四电极(2，4)上来补偿所述第二偏移。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在所述第二和另外的第二电极(2，2’)之间设有所述振动质量(13)的反电极(14)，其中，在第五步骤中将相同的第三激励电压施加到所述第二和另外的第二电极(2，2’)上以激励出所述振动质量(13)沿着一第二方向(120)的第三偏移，其中，在第六步骤中通过将第三补偿电压施加到所述另外的第一和另外的第三电极(1’，3’)上来补偿所述第三偏移。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在所述第四和另外的第四电极(4，4’)之间设有所述振动质量(13)的反电极(14)，其中，在第七步骤中将相同的第四激励电压施加到所述第四和另外的第四电极(4，4’)上以激励出所述振动质量(13)沿着一第四方向(140)的第四偏移，其中，在第八步骤中通过将第四补偿电压施加到所述第一和第三电极(1，3)上来补偿所述第四偏移。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述加速度传感器(11)在与所述第一侧面(10)相对置的第三侧面(30)上具有固定在所述衬底(12)上的第三和另外的第三电极(3，3’)，其中，所述加速度传感器(11)在所述第二侧面(20)上还具有第二电极(2)并且在所述第四侧面(40)上还具有第四电极(4)，其中，在所述第二和另外的第二电极(2，2’)之间、在所述第三和另外的第三电极(3，3’)之间以及在所述第四和另外的第四电极(4，4’)之间设有所述振动质量(13)的反电极(14)，其中，所述加速度传感器(11)具有固定在衬底上的面电极(15)，所述面电极(15)平行于所述衬底(12)的主延伸平面(100)延伸并且垂直于所述主延伸平面(100)地至少部分地与所述振动质量(13)重叠，其中，在第九步骤中将相同的第五激励电压施加到所述第一、另外的第一、第三和另外的第三电极(1，1’，3，3’)上以激励出所述振动质量沿着一第五方向(150)的第五偏移，其中，在第十步骤中通过将第五补偿电压施加到所述面电极(15)上来补偿所述第五偏移。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，在第九步骤中还将所述第五激励电压施加到所述第二、另外的第二、第四和另外的第四电极(2，2’，4，4’)上。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于，在第十一步骤中，将所述第一激励电压与所述第一补偿电压比较，将所述第二激励电压与所述第二补偿电压比较，将所述第三激励电压与所述第三补偿电压比较，将所述第四激励电压与所述第四补偿电压比较，和/或将所述第五激励电压与所述第五补偿电压比较。
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