CN106662471B - 在利用发射场工作的传感器上的固体声退耦 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测依赖于待测量的物理量(16)的物理发射场(32，38)的传感器(14)，包括：传感器电路(46)，用于检测发射场(32，38)和用于输出依赖于发射场(32，38)的传感器信号(26，28)；电路载体(48)，具有：第一区域(68)，在该第一区域中支承有传感器电路(46)的至少一部分(34)，和第二区域(70)，在该第二区域中至少布置有第一机械接口(52)和第二机械接口(52)，用于将电路载体(48)连接到保持架(56)上；该传感器还包括布置在第一区域(68)与第二区域(70)之间的声阻元件(66)，该声阻元件被设置用于，将通过第一机械接口(52)进入的固体声(64)传导到第二机械接口(52)。

Description

在利用发射场工作的传感器上的固体声退耦
技术领域
本发明涉及一种用于检测依赖于待测量的物理量的物理发射场的传感器。
背景技术
由WO 2010/037 810 A1已知了具有传感器电路的传感器，该传感器电路被设置用于，通过依赖于待测量的物理量的物理发射场输出依赖于待测量的物理量的传感器信号。
发明内容
本发明的目的是，改进这种传感器。
该目的通过以下特征实现。
根据本发明的一个方面，用于检测依赖于待测量的物理量的物理发射场的传感器包括：传感器电路，用于检测发射场和用于输出依赖于发射场的传感器信号；电路载体，具有：第一区域，在该第一区域中承载有传感器电路的至少一部分，和第二区域，在该第二区域中至少布置有第一机械接口和第二机械接口，用于将电路载体连接到保持架上；该传感器还包括布置在第一区域与第二区域之间的声阻元件，该声阻元件被设置用于，将通过第一机械接口进入的固体声/结构噪音传导到第二机械接口。
所提出的传感器基于以下考虑，即传感器、如所提出的传感器通常被应用在周围环境中，在该周围环境中由于其它电气部件、例如电容器或其它机械部件、例如执行器而出现固体声振动。该固体声振动可以移动传感器电路，并因此除了影响真正的物理发射场之外同样影响传感器信号，并因此使待测量的物理量的测量失真。这特别可以在惯性传感器中观察到，在该惯性传感器中，物理发射场在空间轴中显示了真正待测量的物理量、例如车辆加速度。
在此，对所提出的传感器作出以下建议：不将固体声传播到传感器电路，而是尽可能引导其绕过传感器电路。这由此实现，即将传感器分为两个区域，其中，第一区域至少部分地承载传感器电路，而第二区域被连接到周围环境、例如车辆，在该周围环境中应检测待测量的物理量。在这两个区域之间的声阻元件像墙一样对进入第二区域中的固体声起作用，使得固体声可靠地遵循以下原理，即始终沿着具有最小电阻的路径，运动绕过墙并重新从第二区域中离开。
因此，固体声并不在声阻元件中出现并且因此不能影响待测量的物理量的测量。结果是，待测量的物理量的测量明显更精确。
在提出的传感器的一改进方案中，电路载体被设计为引线框架，声阻元件被设计为引线框架中的狭槽。引线框架是一种电路载体，其印刷导线由板形的基础材料通过如冲压的分离方法形成。在此也可以在分离方法、如冲压的范围中形成为狭槽的声阻元件，使得能利用相同的工具制造声阻元件，如电路载体本身以及因此不会出现用于实现声阻元件的较大的制造成本。
在提出的传感器的一特别的改进方案中，狭槽被设计为围绕第一区域，第二区域与第一区域通过至少一个接腿连接。通过围绕的狭槽使在其中布置有传感器电路的第一区域相对于第二区域具体来说浮动支承，其中，根据原理保留了小得可以忽略的声桥、即至少一个接腿，通过该接腿还能使固体声从第二区域进入第一区域中。这种浮动支承在此进一步消除进入第一区域中的固体声，这是因为进入的固体声可以使第一区域由于其机械惯性和浮动的支承方式以较弱的程度振动。
优选地为了辅助固体声的浮动的支承方式，提出的传感器可以在另一改进方案中包括机械退耦元件，该机械退耦元件包围电路载体的第一区域、传感器电路并至少部分地包围优选被设计为前述的狭槽的声阻元件。通过机械退耦元件可以进一步辅助前面说明的浮动的支承方式，其中，机械退耦元件也可以衰减其它不是由于固体声引起的声波。
为此，机械退耦元件应该是一种尽可能软的材料。在提出的传感器的一适宜的改进方案的范围中，机械退耦元件可能包括硅树脂质量体，该硅树脂质量体成本特别低廉，然而满足了所有对于提出的传感器的第二区域与第一区域的声退耦的必需的要求。
在一特别的改进方案中，为了进一步改进声退耦，提出的传感器的机械退耦元件可以包括声退耦薄膜，在该声退耦薄膜上承载有电路载体的第一区域。随后例如可以将硅树脂质量体喷涂到电路载体的与声退耦薄膜对置的一侧上，这可以在高精确性的条件下以简单的方式在大批量生产中实现。随后可以将电路载体的第一区域如三明治结构的形式接纳在硅树脂质量体与声退耦薄膜之间。
在提出的传感器的一附加的改进方案中，在两个机械接口中的至少一个上施加基准电位。以这种方式可以将机械接口——该机械接口例如通过上述接腿与电路载体的第一区域连接并进而与传感器电路连接——也用于实现电气功能。
此外，传感器可以在另一改进方案中包括退耦构件、例如声退耦薄膜，该声退耦薄膜可以相同于或不同于前述的声退耦薄膜。也就是说，例如传感器电路的一部分、例如传感器电路的一个或多个测量传感器可以被直接地承载在前述的声退耦薄膜上。在电路载体中随后可以例如设计有空隙，在其中随后插入传感器电路的这个部分。以这种方式可以进一步提高声退耦。
提出的传感器可以被包围在例如由热固性塑料制成的保护质量体中，通过这种方式可以尽可能地保护提出的传感器以防止风化现象。
提出的传感器可以是用于车辆的车轮转速传感器或惯性传感器。
根据本发明的另一个方面，车辆包括提出的传感器。
附图说明
本发明的上述的性质、特征和优点以及如何实现这些性质、特征和优点的方式和方法以更清楚和更容易理解的方式与下面对结合附图的实施例的说明相结合详细说明，其中：
图1示出具有行驶动力学调节系统的车辆的示意图，
图2示出图1的车辆中的惯性传感器的示意图，
图3示出图2的惯性传感器的一个实施方式的示意性截面图，
图4示出印刷电路板上的图3的惯性传感器的示意性侧面图，
图5示出图2的惯性传感器的一个另选的实施方式的示意性截面图，
图6示出图2的惯性传感器的另一个另选的实施方式的示意性截面图，和
图7示出图2的惯性传感器的另一个另选的实施方式的示意性俯视图。
在附图中相同的技术元件用相同的附图标记表示并且仅描述一次。
具体实施方式
参考图1，该附图显示具有自身已知的行驶动力学调节系统的车辆2的示意图。关于该行驶动力学调节系统的细节可以例如由文献DE 10 2011 080 789 A1中获得。
车辆2包括底盘4和四个车轮6。每个车轮6都可以通过位置固定地紧固在底盘4上的制动器8相对于底盘4减速，以便使车辆2在未进一步示出的街道上的运动减速。
在此以对于本领域技术人员已知的方式可能发生以下情况：车辆2的车轮6失去其路面附着力，并且车辆2由于转向不足或过度转向运动甚至远离例如通过未进一步示出的方向盘预先规定的轨道。这通过自身已知的调节回路、如ABS(防抱死制动系统)和ESP(电子稳定程序)避免。
在当前的实施方式中，车辆2为此具有车轮6上的转速传感器10，该转速传感器检测车轮6的转速12。此外，车辆2具有惯性传感器14，该惯性传感器检测车辆2的在下面被称为行驶动力学数据16的惯性数据，该数据例如可以包括车辆2的俯仰率、横摇率、横摆率、横向加速度、纵向加速度和/或竖直加速度。
基于检测到的转速12和行驶动力学数据16，调节器18可以以对于本领域技术人员已知的方式确定出，车辆2是否在行车道上打滑或甚至偏离于上述预先规定的轨道，并且相应地以已知的调节器输出信号20对此作出反应。随后可以由执行装置22使用调节器输出信号20，以便借助于调整信号24操控调整构件、如制动器8，其对打滑和偏离于预先规定的轨道以自身已知的方式作出反应。
调节器18可以例如被集成/内置在车辆2的自身已知的发动机控制器中。调节器18和调整装置22也可以设计为共同的调节装置并且可选地集成在前述的发动机控制器中。
为了简化下面的说明，应该以不局限于此的方式从以下情况出发：惯性传感器14检测在图2中表明的、车辆上的横向加速度26以及横摆率28作为行驶动力学数据16，车辆2以该横摆率围绕车辆竖直轴转动，这是因为通常在前述的稳定性程序的范围中使用该横摆率。
虽然根据惯性传感器14详细说明本发明，然而可以将本发明用于任意的传感器、例如所述的转速传感器10。
在下面根据图2详细说明用于惯性传感器14的可能的原理。
为了检测横向加速度26，在惯性传感器14中布置有横向加速度测量传感器30。该横向加速度测量传感器30经受到离心力场32形式的物理发射场，其作用于横向加速度测量传感器30并随着车辆2上的待检测的横向加速度26加速。检测到的横向加速度26随后被输出给信号编辑电路34。
为了检测横摆率28，在惯性传感器14中布置有科里奥利加速度测量传感器36。该科里奥利加速度测量传感器36经受到科里奥利力场38形式的物理发射场。作为对于科里奥利力场38的响应，科里奥利加速度测量传感器36输出了传感器信号40，该传感器信号随后可以在可能情况下附属于科里奥利加速度测量传感器36的另外的运算装置42中被换算为横摆率28。如何能基于科里奥利力场38检测到横摆率28的一个例子在出版文献DE 10 2010002 796 A1中描述，因此在这里出于简洁的原因不进行描述。检测到的横摆率28被输出到信号编辑电路34。
在信号编辑电路34中，这样检测到的横向加速度26和横摆率28可以被再加工，以便例如减小噪声频带距离并提高信号强度。被这样编辑的横向加速度26和横摆率28随后可以被输出到接口44，该接口随后将检测到的两个信号作为行驶动力学数据16发送到调节器18。该接口44例如可能基于PSI5-标准或CAN-标准构建。
在下面根据图3详细说明惯性传感器14的一实施方式。
在当前实施方式的范围中，两个测量传感器30，36和信号编辑电路34形成传感器电路46，该传感器电路被承载和连接在设计为引线框架48的电路载体上。可能情况下不能在引线框架48上实现的电路连接可以在此通过压接引线50形式的电导线实现。接口44可以被集成到信号编辑电路34中并设计为专用集成电路，其在下面称ASIC 34(英文：application-specific integrated circuit(专用集成电路))。
传感器电路46还可以被硅树脂材料形式的机械退耦材料51——也称为球顶状-质量体51——包围，该硅树脂材料又可以被共同地封装到注塑材料52中，例如环氧树脂52形式的热固性塑料。
最后，相应的接触部件——如图2中示出的小型腿件54——为了实现与电路、例如调节器18的电接触而从惯性传感器14上凸出。
参考图4，根据该附图详细说明行驶动力学数据16的可能的失真。
将横向加速度26和/或横摆率28作为行驶动力学数据16检测的惯性传感器14可能在自身已知的回流焊接过程中被直接焊接到印刷电路板56上，在该印刷电路板上例如也能实现调节器18。在该印刷电路板56上可以额外地设有陶瓷电容器58。额外地，印刷电路板56可以通过螺栓紧固件60与车辆2中的其它技术元件、例如电气阀和/或图4中显示的壳体62连接。
已经证明了，通过连接的电容器、如陶瓷电容器58和/或其它技术元件、如前述的例如可以设计为电磁阀的电气阀和/或底盘4的车身振动产生的固体声64可以通过电路板56和小型腿件52传导到引线框架48并从那里传导到测量传感器26，28。
固体声64激励两个测量传感器26，28产生振动，该振动叠加于离心力场32和科里奥利力场38并因此可以影响待检测的横向加速度26和/或待检测的横摆率28。这种与发射场32，38的叠加可以因此导致行驶动力学数据16形式的错误的传感器信号，这又会导致调节器18的错误的反应。
因此应尽可能避免由固体声64激励的振动。
这在下面根据图5详细说明，该附图以一另选的实施方式示出惯性传感器14。仅出于简洁和清楚的原因在图5中略去了科里奥利加速度测量传感器36。
在图5中所示的惯性传感器14的范围中，通过固体声64激励的振动利用声阻元件66被消除。该声阻元件66被设计为引线框架48中围绕传感器电路46的狭槽66，从而引线框架48被分成第一区域68和第二区域70。两个区域68，70可以在此通过薄的接腿72——例如在图7中可以看到该接腿——相互连接。
印刷电路板48被安置在声退耦薄膜74上的传感器电路46下方，其中，声退耦薄膜74和球顶状-材料51可以在环绕的狭槽66中接触。引线框架48的第二区域70通过图5中未示出的小型腿件54固定地与印刷电路板56连接，这通过固定支承件76表明。相应地，引线框架48的第一区域68通过环绕的狭槽66浮动支承，从而其由固体声64不能对该第二区域激励起振动。因此测量传感器30，36也不能被激励起振动，进而不能使行驶动力学数据16失真。
为了能进一步提高声退耦，如在图6中根据横向加速度测量传感器30所示，测量传感器30，36被直接布置在声退耦薄膜74上。为此可以在引线框架48的第一区域68中设计相应的空隙78，在该空隙中随后可以接纳相应的测量传感器30，36。
如在图7中所示，各个测量传感器30，36可以被安置在唯一的测量传感器电路中，其中，信号编辑电路34将各个这样检测到的行驶动力学数据16通过压接引线50输出到电气接口80。此外，引线框架48可以例如在固定支承件76之一上与基准电位82连接。

Claims (10)

1.一种用于检测依赖于待测量的物理量(16)的物理发射场(32，38)的传感器(14)，包括：
-传感器电路(46)，用于检测发射场(32，38)和用于输出依赖于发射场(32，38)的传感器信号(26，28)，
-电路载体(48)，具有：第一区域(68)，在该第一区域中承载传感器电路(46)的至少一部分(34)；和第二区域(70)，在该第二区域中至少布置有第一机械接口(52)和第二机械接口(52)，用于将电路载体(48)连接到保持架(56)上，和
-布置在第一区域(68)与第二区域(70)之间的声阻元件(66)，该声阻元件被设置用于，将通过第一机械接口(52)进入的固体声(64)传导到第二机械接口(52)，
其特征在于，传感器(14)包括机械退耦元件(51，74)，该机械退耦元件包围电路载体(48)的第一区域(68)、传感器电路(48)并至少部分地包围声阻元件(66)。
2.根据权利要求1所述的传感器(14)，其特征在于，电路载体(48)被设计为引线框架(48)，声阻元件(66)被设计为引线框架(48)中的狭槽(66)。
3.根据权利要求2所述的传感器(14)，其特征在于，狭槽(66)被设计为围绕第一区域(68)，第二区域(70)与第一区域(68)通过至少一个接腿(72)连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器(14)，其特征在于，所述机械退耦元件(51，74)包括球顶状-质量体(51)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器(14)，其特征在于，所述机械退耦元件(51，74)包括声退耦薄膜(74)，在该声退耦薄膜上承载电路载体(48)的第一区域(68)。
6.根据权利要求5所述的传感器(14)，其特征在于，电路载体(48)的第一区域(68)被接纳在球顶状-质量体(51)与声退耦薄膜(74)之间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器(14)，其特征在于，在两个机械接口(52)中的至少一个上施加基准电位(82)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器(14)，包括退耦构件(74)，在该退耦构件上承载传感器电路(46)的至少一部分(30，36)。
9.根据权利要求8所述的传感器(14)，其特征在于，退耦构件(74)是声退耦薄膜(74)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器(14)，包括保护质量体(52)，该保护质量体包围传感器电路(46)、电路载体(48)的第一区域(68)和电路载体(68)的第二区域(70)的至少一部分。
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