CN103376337A - 微机械传感元件和具有此类传感元件的传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于感测侧面加速度的微机械传感元件，具有至少两个基本上相互正交的边界，还具有至少一个弹簧元件，其特征在于，弹簧元件相对于所述边界中的至少一个倾斜地定向。

Description

微机械传感元件和具有此类传感元件的传感装置

技术领域

本发明涉及一种微机械传感元件。本发明还涉及一种具有微机械传感元件的微机械传感装置。

背景技术

在现有技术中已知传感模块，在一个壳体中有两个加速度通道a_y，a_z和一个转速通道Ω_x，具有一个共同使用的SPI接口（英语：Serial PeripheralInterface，串行外设接口），用于识别车辆的翻滚过程。这里的加速度通道设计用于相对较小的加速度，其数据借助所谓“低g（low-g）”加速度传感器提供。这种用于识别翻滚过程的传感装置安装在车辆的气囊控制器中，使得一个加速度传感器感测横向于行驶方向的加速度a_y，一个加速度传感器感测垂直于行驶平面的加速度a_z，而旋转率传感器感测绕车辆纵轴的旋转Ω_x。

还已知用于车辆气囊传感装置的两通道加速度传感器。这种传感器设计用于高加速度并作构造为所谓“高-g（high-g）”加速度传感器。气囊加速度传感器通常这样安装在气囊控制器内，使得一个通道测量平行于行驶方向测量，一个通道与之垂直。最近，加速度传感器扭转大约45度安装，以便在车辆发生正面或侧面碰撞时两个侧面传感通道响应并根据矢量分解来对传感器信号进行可信性检验。这样定向气囊加速度传感器的缺点是，应当始终测量绕车辆纵轴的旋转的旋转率传感器不再能承担其任务。

发明内容

本发明的任务是，提供一种具有扩展的应用范围的微机械传感元件。

该任务通过一种用于感测侧面（lateral）加速度的微机械传感元件解决，该传感元件有至少两个基本上相互正交地布置的边界和至少一个弹性元件。该传感元件的特征在于，弹性元件相对于所述边界中的至少一个倾斜地定向。

用这种方式可以使本发明的传感元件以经常使用的x/y或0度/90度定向集成到传感装置中，该传感装置又以所述定向使用在车辆内。本发明的传感元件有利地能够非常适合用于为所谓ROSE传感器（英语：roll-over-sensor，用于识别车辆翻滚过程的传感器）以及为气囊传感组件提供加速度信号。

该传感元件的一种有利扩展结构的特征在于，弹性元件相对与所述至少一个边界具有约45度的定向。用这种方式有利地可以实现，在车辆碰撞过程中借助第二传感元件对侧面的纵向和横向加速度值进行特别简单的可信性检验。

该传感元件的一优选实施方式的特征是，该传感元件的边界基本上成一正方形。通过这种造型支持传感元件的保护资源的构造，该构造例如支持有效地利用现有的硅面积。

本发明的微机械传感装置的特点在于，它有至少两个微机械传感元件，位置，该传感装置还具有一个微机械的Z加速度传感元件。由此有利地提供了一种可被多方面使用的传感装置。

该传感装置的一有利的扩展构造的特点是，两个用于感测侧面加速度的传感元件相互扭转约90度地布置。以此方式可以特别简单地实施侧面加速度值的可信性检验。由此可以简单且成本有利地提供侧面加速度信号的冗余并从而提供对传感装置所要求的安全标准。

该微机械传感装置的一扩展构造的特点是，该传感装置具有至少两个相互正交地布置的边界，所述中边界的至少一个平行于用于感测侧面加速度的所述传感元件中的至少一个的所述边界中的至少一个。通过这种结构措施可以支持本发明传感元件在传感装置中的节约面积的布置，由此可以借助一个唯一的传感器模块实现最大的功能。

下面根据多个附图通过进一步的特征和优点来详细描述本发明。所有描写或描述的特征单独或任意组合地形成本发明的主题，与它们在权利要求中的总结或权利要求的引用无关，并且与权利要求的撰写或在说明书中以及附图中的描述无关。附图主要用于使本发明的原理更清晰，绝不能从它们中得出大小关系或几何尺寸。下面不详细解释微机械加速度传感器的功能原理，因为这是已知的。

附图说明

附图中示出：

图1本发明微机械传感元件的实施方式，

图2具有多个微机械传感元件的微机械传感装置，

图3具有一个传感装置和一个旋转率传感器的微机械传感系统，

图4微机械传感器的数据的信号路径的举例，和

图5微机械传感器的数据的信号路径的另一例子。

具体实施方式

图1示出本发明微机械传感元件10的一个实施方式的原理俯视图。该传感元件10具有由硅制成的第一框架8和由硅制成的可运动的第二框架6。第一框架8基本限定了为给传感元件10提供基本密封的封装所需的面积。传感元件10具有例如正方形的周边形状，有四个相互正交地布置的边界7。由硅制成的第一弹簧元件1和由硅制成的第二弹簧元件2在x-y平面内可运动或可偏移，并且与第一对应电极3和第二对应电极4共同作用，使得弹簧元件1，2由于力作用下而发生的几何偏移可通过微机械原理来感测。借助锚接装置5，弹簧元件1，2锚接在第二框架6上。两个示例性描述的对应电极3，4设计成不运动的电极并且为此目的具有向下相对于衬底的锚接装置和各一个电接触装置。

优选弹簧元件1，2相对于传感元件10的每个边界7的几何定向为约45度，其中当然可考虑弹簧元件1，2和边界7之间的任何可能的角度。由于传感元件1，2的倾斜布置，在传感元件10的所示定向情况下，不仅在x方向（行驶方向）上、而且在y方向（横向于行驶方向）上作用在车辆上的侧面加速度都可以通过矢量分解来感测。

图2示出一三通道微机械传感装置30的原理俯视图，其中两个通道用于感测侧面加速度以及一个通道用于感测z方向的加速度。该传感装置30具有至少两个微机械传感元件10，这两个微机械传感元件相互扭转约90度地布置在传感装置30上。该传感装置30还具有一微机械的z加速度传感元件20，该传感元件基于其等臂杆式结构感测z方向（垂直于车辆行驶平面）的加速度。通过两个传感元件10的所示布置可以简单地实现对侧面的加速度通道的信号的可信性检验，由此也支持传感装置30的很高的功能多样性。由此可以将传感装置30按所描述的x/y定向布置在车辆内，其中，传感装置30借助z加速度传感元件20也可用于提供ROSE传感器所用的信号。

参考符号32标记传感装置30到集成的电分析计算装置50（图2中没有示出）的电连接部位，例如用于键合线的钎焊丝的电接头。传感装置30基本上矩形地构造，其中，在传感装置30内部，传感元件10的边界7基本上按照传感装置30的边界31定向。由此有利地省去了扭转整个传感装置30的必要性并且使得传感装置30和ROSE传感器的组合更容易，ROSE传感器通常在车辆内部需要这种x/y定向。

图3示出一个传感器系统100的原理俯视图，具有一个传感装置30和一个旋转率传感器40。旋转率传感器装置40设置用于感测车辆的转速并与z加速度传感元件20的信号相结合由此感测沿车辆纵轴的可能的翻转过程。借助在传感器系统100内布置的共用的电子分析计算装置50（例如集成的估算IC），传感装置30和旋转率传感器40的信号被分析计算或继续处理。

可以看出，在传感器系统100上以保护资源的方式将一个三通道加速度传感器与两个本发明传感元件10和一个旋转率传感器相互组合。这优选通过旋转率传感器40和传感装置30在传感器系统100内部的节约位置或优化面积的几何定向来实现。借助传感装置30有利地不仅可以感测用于气囊（没有示出）的加速度信号，而且可以感测用于ROSE传感器（包括z加速度传感元件20和旋转率传感器40）的加速度信号。

由此，有利地借助呈唯一的加壳的集成电路形式的传感器系统100，提供最大可能规模的功能，使得能够最大程度地提供用于车辆的微机械加速度传感组件。参考数字51，52，53和54表示用于电接触的连接部位，其中，51表示用于从分析计算装置50到传感装置30的电接触的连接部位，参考数字52表示用于分析计算装置50与传感系统100的壳体之间的电接触的连接部位，参考数字41和53标记用于分析计算装置50与旋转率传感器40之间的电接触的连接部位。参考数字54标记用于传感器系统100的壳体上的电接触的连接部位。

图4示出传感装置30和旋转率传感器40的数据的原理信号路径K1到K6。K1和K4标记传感装置30的数据的信号路径，具有10位的位级，有一A/D转换器、一16位抽取元件（dezimationselement）、一低通滤波器61（优选400Hz低通滤波器）以及一偏移调节器或调整器62。偏移调节器62设置用于，持久地以限定的调节速度将数字数据的LSB（英语：leastsignificant bit，最低有效位）调节或校准到零。K2，K3和K5标记传感装置30和旋转率传感器40的数据的信号路径，具有10位的位级，有一A/D转换器、一低通滤波器61（优选50Hz低通滤波器）以及一偏移调节器或62。K6标记旋转率传感器40的数据的信号路径。全部信号路径K1到K6的数据输出给数据总线60，该数据总线优选构造为SPI接口。

图5原理性示出，通过提高数字数据的位级或信号宽度，能够有利地实现信号路径的数量的减少。K1和K3在原理上表示传感装置30和旋转率传感器40的数据的信号路径，具有14位的位级，有一个A/D转换器、一个16位位抽取元件、一低通滤波器61（优选200Hz低通滤波器）以及一偏移调节器62。K2在原理上标记传感装置30的数据和旋转率传感器40的数据（行驶平面中的和垂直于行驶平面的加速度数据）的信号路径，具有10位的位级，有一A/D转换器、一低通滤波器61（优选50Hz低通滤波器）以及一偏移调节器62。K4在原理上标记旋转率传感器40的数据的信号路径。

如图4的情况一样，全部信号路径k1到k4的数据输出给优选构造为SPI接口的数据总线60。可以看出，通过提高加速度数据的位级（14位相对于10位），信号路径的数量有利地可以从6个减少到4个。

总之，通过本发明推荐了一种用于微机械传感元件的改进设计，它非常好地适于用在组合模块中，用于具有偏置调节的ROSE探测和用于行驶方向上的或横向于行驶方向上的侧面加速度数据的感测。通过传感装置30的两个传感元件10的弹簧元件1，2的特定的+45度或-45度定向，可以简单地借助两个用于加速度的侧面通道实施碰撞过程的感测，取代相对于行驶方向45度定向的传感模块壳体的加速度数据的传统的可信性自检验。

此外，通过传感装置30内的两个本发明传感元件10和Z加速度传感元件20，可以实现借助两个加速度侧面通道平行和横向于行驶方向以及垂直于行驶方向在一个共同的模块壳体中的使用。以此方式可以使本发明特别有利地用在一个组合传感器中，该组合传感器在一个唯一的壳体中提供具有气囊加速度传感器功能的ROSE传感器功能。因此，该传感装置30有利地可以通用，而不必改变在气囊控制器中的安装定向规定。有利地可以借助本发明通过体积效应显著地降低车辆传感器的成本。

专业人员可以以适当的方式改变本发明的特征和将它们相互组合，但不偏离本发明的核心。

Claims (9)

1.微机械传感元件（10），用于感测侧面加速度，具有至少两个基本相互正交地布置的边界（7），还具有至少一个弹簧元件（1，2），其特征在于，所述弹簧元件（1，2）相对于所述边界（7）中的至少一个倾斜地定向。

2.按权利要求1的微机械传感元件（10），其特征在于，所述弹簧元件（1，2）相对于所述至少一个边界（7）具有约45度的定向。

3.按权利要求1的微机械传感元件（10），其特征在于，所述边界（7）基本上形成一正方形。

4.微机械传感装置（30），其特征在于，具有至少两个按权利要求1到3之一的微机械传感元件（10），其中，该微机械传感装置（30）还具有一微机械Z加速度传感元件（20）。

5.按权利要求4的微机械传感装置（30），其特征在于，用于感测侧面加速度的两个传感元件（10）相互扭转约90度地布置。

6.按权利要求5的微机械传感装置（30），其特征在于，所述传感装置（30）具有至少两个相互正交地布置的边界（31），其中，所述边界（31）中的至少一个基本上平行于用于感测侧面加速度的传感元件（10）中的至少一个传感元件的边界（7）中的至少一个边界。

7.传感器系统（100），其特征在于，具有按权利要求4到6之一的传感装置（30），其中，该传感器系统（100）还具有一旋转率传感器（40）和一个共用的、用于传感装置（30）的和旋转率传感器（40）的数据的分析计算装置（50）。

8.按权利要求7的传感器系统（100），其特征在于，传感装置（30）的和旋转率传感器（40）的数据通过一个串行数字数据总线（60）传送。

9.按权利要求8的传感器系统（100），其特征在于，传感装置（30）的和旋转率传感器（40）的数据分别至少具有14位的位级。

Images