DE102004030380B4

DE102004030380B4 - Mikromechanischer Drucksensor und Verfahren zum Selbsttest eines solchen

Info

Publication number: DE102004030380B4
Application number: DE102004030380A
Authority: DE
Inventors: Alois Dr. Friedberger
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: EP1612531A3; EP1612531A2; DE102004030380A1

Abstract

Mikromechanischer Drucksensor mit einer an einem Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) angeordneten mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und einem zwischen der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und dem Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) ausgebildeten geschlossenen Hohlraum (17; 27; 37; 47; 57), welcher durch eine Seite der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) begrenzt ist, und mit einer Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 53, 54; 65; 75, 76) zum Erfassen einer mechanischen Verformung der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51), wobei eine an der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) vorgesehene Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 33, 43; 53, 54) zur Erzeugung einer mechanischen Verformung der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Signal vorgegebener Art und Große, und eine Einrichtung zur Erfassung der durch die Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 33, 43; 53, 54) erzeugten mechanischen Verformung...

Description

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Drucksensor und ein Verfahren zum Selbsttest eines solchen.
Mikromechanische Membran- oder Brückenstrukturen finden häufig Verwendung bei hochentwickelten technischen Produkten. Beispielsweise werden sie als mikromechanische Drucksensoren oder als Aktoren in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Dort sind hohe Zuverlässigkeit und niedrige Ausfallraten von großer Wichtigkeit. Kommt es trotzdem zu einem Ausfall, wäre eine sofortige Fehlermeldung durch eingebaute Selbsttestfähigkeit von großem Vorteil. Ebenso ist in vielen Anwendungsfällen eine automatische Kalibrierung vorteilhaft.
Die DE 198 12 773 A1 beschreibt einen zur Beschleunigungsmessung vorgesehenen Mikrosensor mit einer Resonatorstruktur, bei welchem eine seismische Masse in einem Chip-Rahmen angeordnet ist und über ein Hebelwerk auf einen Resonatorsteg einwirkt. Mittels eines durch gepulsten Strom periodisch angeregten Heizelements erfolgt eine thermische Deformation des Resonatorstegs, wodurch die seismische Masse und der Resonatorsteg zum Schwingen angeregt werden. Bei Einwirken einer Beschleunigung auf die seismische Masse verändert sich aufgrund der Änderung der mechanischen Verspannung des Resonatorstegs auch dessen Resonanzfrequenz, so dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches in der zur Beschleunigung proportionalen Resonanzfrequenz besteht. Möglichkeiten zum Selbsttest sind bei diesem bekannten Mikrosensor nicht vorgesehen.
Aus der DE 101 48 858 A1 ist ein ebenfalls zur Beschleunigungsmessung dienender mikromechanischer Sensor bekannt. Bei diesem sind eine bezüglich einem Substrat beweglich gelagerte seismische Masse mit einer Messkondensatorelektrodenanordnung zum Erfassen der Verlagerung der seismischen Masse in einer Messrichtung und weiterhin einer Antriebskondensatorelektrodenanordnung zum Auslenken der seismischen Masse in einer Selbsttestrichtung, wobei die Messrichtung senkrecht zur Selbsttestrichtung ausgerichtet ist, vorgesehen. Die Messkondensatorelektrodenanordnung umfasst bewegliche Messkondensatorelektroden, die sich von der seismischen Masse in zwei entgegengesetzte Richtungen erstrecken und mit zwei Sätzen von ortsfesten Messkondensatorelektroden zusammenwirken, die an zwei gegenüberliegenden Rändern einer Struktur des Substrats angeordnet sind. Die für den Selbsttest dienende Antriebskondensatorelektrodenanordnung umfasst in ähnlicher Weise an der beweglichen seismischen Masse ausgebildete Antriebskondensatorelektroden sowie ortsfeste Antriebskondensatorelektroden, wobei die Oberflächen der Antriebskondensatorelektroden jeweils senkrecht zu denen der Messkondensatorelektroden verlaufen. Durch diese Art von Anordnung der jeweiligen Elektroden in Richtungen senkrecht zueinander soll eine kleinere Toleranz der gewonnenen Selbsttestantwort erhalten werden.
Aus der DE 102 47 467 A1 ist ein kapazitiver Sensor zur Erfassung von Beschleunigungen entlang verschiedener Achsen, beispielsweise einer X-Achse entsprechend der Längsrichtung und einer Y-Achse entsprechend der Querrichtung eines Fahrzeugs bekannt. Dazu umfasst der Beschleunigungssensor jeweilige erste und zweite Erfassungsabschnitte, die getrennte Beschleunigungserfassungsschaltungen mit jeweiligen Sensorelementen aufweisen. Mittels eines Steuersignalgenerators werden sowohl zum Zwecke einer normalen Beschleunigungserfassung als auch zum Zwecke einer Selbstdiagnose unterschiedliche Signale abgegeben und mittels Signalverarbeitungsschaltungen ausgewertet. Beschleunigungsmessung und Selbstdiagnose erfolgen jeweils zu verschiedenen Zeiten. Die Selbstdiagnose des einen Erfassungsabschnitts wird immer dann durchgeführt, wenn der andere Erfassungsabschnitt zur Messung verwendet wird.
Aus der DE 689 10 641 T2 ist ein weiterer Beschleunigungssensor bekannt, weicher mit einer elektrischen Steuerschaltung versehen ist, die in der Lage ist, Abweichungen im Sensorausgangssignal aufgrund von Temperaturänderungen oder durch Änderungen im Herstellungsprozess automatisch auszugleichen. Auch dieser bekannte Beschleunigungssensor umfasst eine seismische Masse, die in einer Öffnung eines Substrats elastisch aufgehängt ist. Zwischen der Fühlermasse und dem Substrat vorgesehene Elektroden gestatten eine Verlagerung der Fühlermasse relativ zum Substrat mittels elektrostatischer Kräfte, die Verlagerung der Fühlermasse wird mittels eines oder mehrerer Widerstände erfasst, die an der Aufhängung der Fühlermasse vorgesehen sind.
Die Entgegenhaltung DE 198 45 185 A1 beschreibt einen Sensor mit Resonanzstruktur und ein Verfahren zum Selbsttest eines solchen Sensors. Der Sensor, bei dem es sich insbesondere um einen Drehratensensor handeln soll, umfasst eine schwingfähige Struktur ähnlich einer Stimmgabel und eine Aktoreinheit zur Anregung der Struktur zu einer ersten periodischen Schwingung. Zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das in seiner Frequenz von der Messgröße, also der bei der zu messenden Drehung erzeugten Beschleunigung, abhängig ist, dient ein piezoresistives Element. Als Testsignal kann eine zweite periodische Schwingung erzeugt werden, welche mittels einer elektronischen Schaltung aus dem Testsignal abgetrennt und ausgewertet werden kann. Das Selbsttestsignal wird dem für die Messung dienenden Anregungssignal dauernd überlagert und kontinuierlich ausgewertet.
Aus der DE 199 24 369 A1 schließlich sind Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Dichtheit von Sensoren von außen mittels unterschiedlicher Frequenzen bekannt.
Aus Dirk De Bruyker et al.: ”A combined piezoresistive/capacitive pressure sensor with self-test function based an thermal actuation”, Sensors and Actuators A 66 (1998), pp. 70–75, ist ein mikromechanischer Drucksensor bekannt, welcher über eine auf einem thermopneumatischen Prinzip beruhende Selbsttestfunktionalität verfügt, bei der durch einen elektrischen Heizer ein Druckanstieg in einem geschlossenen Hohlraum des Drucksensors erzeugt und dieser mit dem Sensor erfasst und für den Selbststest ausgewertet wird.
Schließlich ist aus S. Büttgenbach: ”Spotlights an Recent Developments in Microsystem Technology”, EURO-DAC '96 with EURO-VHDL '96, 1996 IEEE, ein nach dem Resonatorprinzip arbeitender piezoelektrischer Mikro-Drucksensor bekannt, bei dem eine aus AIN gebildete piezoelektrische Dünnfilmmembran dazu verwendet wird, an der Sensormembran Schwingungen zu erregen, welche zum Zwecke eines Selbsttests durch die Sensorwiderstände erfasst werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten selbsttestfähigen Drucksensor mit einer an einem Trägerteil angeordneten mikromechanischen Membranstruktur und einem zwischen der Membranstruktur und dem Trägerteil ausgebildeten geschlossenen Hohlraum zu schaffen. Weiterhin soll durch die Erfindung ein Verfahren angegeben werden, mit welchem der Drucksensor einem Selbsttest unterzogen werden kann.
Die Aufgabe wird durch einen mikromechanischen Drucksensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird die Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Selbsttest eines mikromechanischen Drucksensors mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine automatische Kalibrierung des mikromechanischen Drucksensors unter Verwendung eines zum Zwecke der Verformung von außen zugeführten Erregungssignals und der erfassten Verformung vorgesehen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt:
1 eine etwas schematisierte vergrößerte Querschnittsansicht einer mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines mikromechanischen Drucksensors;
2a) und b) eine etwas schematisierte vergrößerte Querschnittsansicht bzw. Draufsicht einer mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines mikromechanischen Drucksensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3a) und b) eine etwas schematisierte vergrößerte Querschnittsansicht bzw. Draufsicht einer weiteren mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines mikromechanischen Drucksensors;
4 eine etwas schematisierte vergrößerte Querschnittsansicht einer weiteren mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines mikromechanischen Drucksensors;
5 eine etwas schematisierte vergrößerte Querschnittsansicht einer weiteren mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines mikromechanischen Drucksensors;
6 eine etwas schematisierte Darstellung einer mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines mikromechanischen Drucksensors und einer Wandlereinrichtung zum Erfassen der Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine etwas schematisierte vergrößerte Querschnittsansicht einer mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines mikromechanischen Drucksensors mit einer Wandlereinrichtung zum Erfassen der Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
8 ein vereinfachtes schematisiertes Blockschaltbild einer mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur in Form eines Drucksensors zur Erläuterung von Selbsttest- und Kalibrierungsfunktionen derselben.
In den 1 bis 8 sind verschiedene Beispiele von mikromechanischen Sensoren 10; 20; 30; 40; 50 dargestellt, welche der Druckmessung etwa im Bereich der Luft- und Raumfahrt dienen. Der mikromechanische Sensor 10; 20; 30; 40; 50 umfaßt eine mikromechanische Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51, welche auf einem Trägerteil 12; 22; 32; 42; 52 angeordnet ist. Zwischen der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 und dem Trägerteil 12; 22; 32; 42; 52 ist ein geschlossener Hohlraum 17; 27; 37; 47; 57 gebildet, welcher durch eine Seite der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 begrenzt ist. Die Druckmessung erfolgt durch Erfassen der Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 zwischen einerseits einem in dem Hohlraum 17; 27; 37; 47; 57 vorhandenen Medium und andererseits einem Medium, welches sich an der dem Hohlraum 17; 27; 37; 47; 57 gegenüberliegenden Seite der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 befindet. Auf diese Weise kann der mikromechanische Sensor 10; 20; 30; 40; 50 sowohl für Absolut- wie auch für Relativ-Druckmessungen verwendet werden.
Die mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur auf Grund des Druckunterschieds zwischen deren beiden Seiten kann auf verschiedene Weise erfasst werden, beispielsweise kapazitiv, piezoelektrisch, optisch oder auf eine andere Weise, wie es an sich im Stande der Technik bekannt ist.
Zum Zwecke des Selbsttests und/oder einer automatischen Kalibrierung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur ist bei den in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen eine Wandlerstruktur 13, 14; 23, 24; 33; 43; 53, 54 vorgesehen, welche zur Erzeugung einer mechanischen Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Erregungssignal vorgegebener Art und Größe dient.
Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist diese Wandlerstruktur durch Elektroden 13, 14 gebildet, von denen eine Elektrode 13 an der dem Trägerteil 12 zugewandten Seite der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11 angebracht ist und eine andere Elektrode 14 gegenüberliegend an dem Trägerteil 12 selbst angebracht ist. Durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung vorgegebener Art und Größe als Erregungssignal erfolgt eine mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11 auf Grund elektrostatischer Anziehung bzw. Abstoßung zwischen den Elektroden 13, 14.
Bei dem in 2a) und b) gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die die mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 21 bewirkende Wandlereinrichtung durch eine Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung gebildet, welche zwei an der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 21 angeordnete Interdigital-Kondensatoren 23 bzw. 24 umfaßt. Der erste Interdigital-Kondensator 23 dient zum Erzeugen von Oberflächenwellen in Ansprache auf ein diesem von außen zugeführtes elektrisches Erregungssignal vorgegebener Art und Größe, der zweite Interdigital-Kondensator 24 dient zum Empfangen der von dem ersten Interdigital-Kondensator 23 erzeugten, sich an der Membran 21 fortpflanzenden Oberflächenwellen. Die Oberflächenwellen bedeuten eine sich zeitlich verändernde mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 21, welche vom Zustand und vom Maß der Verspannung der Membran 21 abhängig ist.
Bei dem in 3a) und b) dargestellten Beispiel und bei dem in 4 dargestellten Beispiel ist die die mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 31 bzw. 41 bewirkende Wandlereinrichtung durch eine Heizeinrichtung 33 bzw. 43 gebildet, welche mit der Membran 31 bzw. 41 im Sinne einer temperaturabhängigen mechanischen Verformung zusammenwirkt.
Bei dem in 3a) und b) dargestellten Beispiel bewirkt die Heizeinrichtung 33 eine Temperaturerhöhung der Membran 31, wodurch diese sich ausdehnt und verformt. Das Maß der Ausdehnung und Verformung der Membran 31 kann verstärkt werden, wenn diese ein Bimetall-Element enthält oder durch ein solches gebildet ist.
Bei dem in 4 dargestellten Beispiel ist die Membran 41 durch eine Formgedächtnislegierung gebildet, welche eine der jeweiligen vorliegenden Temperatur entsprechende Form annimmt.
Bei dem in 5 gezeigten Beispiel erfolgt die Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 51 durch eine Wandlereinrichtung, welche Piezo-Wandler 53, 54 enthält. Entsprechend einer von außen als Erregungssignal an die Piezo-Wandler 53, 54 angelegten Gleich- oder Wechselspannung vorgegebener Art und Größe erfolgt eine Verformung der Membran 51.
Bei den in den 1 bis 5 dargestellten mikromechanischen Sensoren 10; 20; 30; 40; 50 werden die durch die Wandlerstrukturen 13, 14; 23, 24; 33; 43; 53, 54 in Ansprache auf das von außen zugeführte Erregungssignal erzeugten mechanischen Verformungen der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 erfasst und mit einem für das jeweilige Erregungssignal erwarteten Wert der mechanischen Verformung verglichen, um daraus ein Selbsttest-Ergebnissignal abzuleiten und/oder eine automatische Kalibrierung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 durchzuführen.
Die mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 kann entweder mit derselben Wandlereinrichtung erfasst werden, mit der sie erzeugt wird, oder sie kann mit einer anderen Wandlereinrichtung erfasst werden, als mit der sie erzeugt wird.
Bei den in den 1 und 2 dargestellten Beispielen wird die mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21 mit derselben Wandlereinrichtung 13, 14; 23, 24 erfasst, mit der sie erzeugt wird.
So wird bei dem in 1 gezeigten Beispiel die mechanische Verformung der Membran 11 durch eine elektrostatische Anziehung bzw. Abstoßung zwischen den Elektroden 13, 14 herbeigeführt und die Erfassung der mechanischen Verformung erfolgt durch Kapazitätsmessung zwischen denselben Elektroden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 werden durch den einen Interdigital-Kondensator 23 die Oberflächenwellen erzeugt und durch den anderen Interdigital-Kondensator 24 empfangen. Die Erfassung der Verformung der Membran 21 kann durch Korrelation des dem einen Interdigital-Kondensator 23 zugeführten Erregungssignals mit dem von dem anderen Interdigital-Kondensator 24 erhaltenen Signal nach Dämpfung und Phasenlage erfolgen, oder durch Korrelation des der Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung 23, 24 zugeführten Erregungssignals mit einem anderen die Verformung der Membran 21 anzeigenden Signal, beispielsweise einem Piezo-Signal, oder einem optischen oder kapazitiven Signal.
Bei den in den 3 und 4 dargestellten Beispielen wird die mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 31; 41 durch das Zusammenwirken der Heizeinrichtung 33; 43 mit der Membran 31; 41 herbeigeführt, die Erfassung der Verformung erfolgt mittels einer weiteren Wandlereinrichtung, beispielsweise wieder durch ein Piezo-Signal, ein optisches oder ein kapazitives Signal.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Auslenkung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 51 durch Piezo-Wandler 53, 54, die Erfassung der mechanischen Verformung kann wiederum auf piezoelektrischem Wege, elektrostatisch oder optisch erfolgen.
6 zeigt eine Anordnung, bei der eine auf beliebige Weise herbeigeführte mechanische Verformung einer mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51, die durch eine elektrostatische Wandlereinrichtung, eine Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung, eine thermisch arbeitende Wandlereinrichtung oder durch eine piezoelektrische Wandlereinrichtung bewirkt werden kann, wie bei den Beispielen der 1 bis 5 der Fall, durch eine optische Wandlereinrichtung 65 ausgelesen wird. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Auswertung von optischen Interferenzen zwischen der verformten Membran 11; 21; 31; 41; 51 und dem diese tragenden Trägerteil 12; 22; 32; 42; 52, was einer Messung der Auslenkung der Membran 11; 21; 31; 41; 51 gegenüber dem Trägerteil 12; 22; 32; 42; 52 entspricht.
Die Durchführung des Selbsttests und/oder der automatischen Kalibrierung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 erfolgt in einer Verarbeitungsschaltung 86, welche die erfasste mechanische Verformung der mikromechanischen Membran- oder Brückenstruktur 11; 21; 31; 41; 51 mit dem derselben von einer Erregungssignalerzeugungseinrichtung 85 zugeführten, diese mechanische Verformung bewirkenden Erregungssignal vergleicht, wie in 8 schematisiert und sehr stark vereinfacht dargestellt ist.
Durch die Selbsttestfähigkeit kann eine sofortige Fehlermeldung bei Ausfall oder Degradation des die mikromechanische Membran- oder Brückenstruktur enthaltenden Bauteils erfolgen. Die Möglichkeit der automatischen Kalibrierung gestattet es eine Kalibrierung jederzeit durchzuführen und eine Veränderung des Bauteils auszugleichen.
Die vorstehend im Zusammenhang mit mikromechanischen Drucksensoren beschriebenen Möglichkeiten sind anwendbar auf jedwede Art von Sensoren oder Aktoren oder sonstigen Bauteilen oder Einrichtungen, die mit mikromechanischen Membran- oder Brückenstrukturen arbeiten.

10; 20; 30; 40; 50: mikromechanischer Sensor
11; 21; 31; 41; 51: mikromechanische Membran- oder Brückenstruktur
12; 22; 32; 42; 52: Trägerteil
13: Elektrode
14: Elektrode
17; 27; 37; 47; 57: Hohlraum
23: Interdigital-Kondensator
24: Interdigital-Kondensator
33: Heizeinrichtung
43: Heizeinrichtung
53: Piezo-Wandler
54: Piezo-Wandler
65: optische Wandlereinrichtung
75: Piezo-Widerstand
76: Piezo-Widerstand
85: Erregungssignalerzeugungseinrichtung
86: Verarbeitungsschaltung

Claims

Mikromechanischer Drucksensor mit einer an einem Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) angeordneten mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und einem zwischen der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und dem Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) ausgebildeten geschlossenen Hohlraum (17; 27; 37; 47; 57), welcher durch eine Seite der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) begrenzt ist, und mit einer Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 53, 54; 65; 75, 76) zum Erfassen einer mechanischen Verformung der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51), wobei eine an der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) vorgesehene Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 33, 43; 53, 54) zur Erzeugung einer mechanischen Verformung der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Signal vorgegebener Art und Große, und eine Einrichtung zur Erfassung der durch die Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 33, 43; 53, 54) erzeugten mechanischen Verformung der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51), und eine Verarbeitungsschaltung (86) zum Vergleich der erfassten mechanischen Verformung mit einem für das von außen zugeführte Signal erwarteten Wert der mechanischen Verformung und zur Erzeugung eines das Ergebnis des Vergleichs anzeigenden Selbsttest-Ergebnissignals vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung zur Erzeugung der mechanischen Verformung eine Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung (23, 24) ist, wobei die Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung mindestens einen an der mikromechanischen Membranstruktur (21) angeordneten Interdigital-Kondensator (23, 24) enthält.
Mikromechanischer Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung (23, 24) einen ersten, an der mikromechanischen Membranstruktur (21) angeordneten Interdigital-Kondensator (23) zum Erzeugen der Oberflächenwellen und einen zweiten, an der mikromechanischen Membranstruktur (21) angeordneten Interdigital-Kondensator (24) zum Empfangen der Oberflächenwellen enthält.
Mikromechanischer Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Wandlereinrichtung (65) zur Erfassung der mechanischen Verformung vorgesehen ist.
Mikromechanischer Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wandlereinrichtung (65) zur Erfassung von optischen Interferenzen zwischen der verformten mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und dem diese tragenden Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) vorgesehen ist.
Mikromechanischer Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung zur Erfassung der mechanischen Verformung durch Kapazitätsmessung zwischen an der mikromechanischen Membranstruktur (11) und an dem diese tragenden Trägerteil (12) angeordneten Elektroden (13, 14) vorgesehen ist.
Mikromechanischer Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der mechanischen Verformung eine piezoelektrische Wandlereinrichtung (53, 54; 75, 76) vorgesehen ist.
Mikromechanischer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsschaltung (86) zur Erzeugung des Selbsttest-Ergebnissignals unter Korrelierung der erfassten mechanischen Verformung und eines der Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung (23; 24) zugeführten Erregungssignals nach Dämpfung und Phasenlage vorgesehen ist.
Mikromechanischer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsschaltung (86) für eine automatische Kalibrierung der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) unter Verwendung des von außen zugeführten Erregungssignals und der erfassten Verformung vorgesehen ist.
Verfahren zum Selbsttest eines mikromechanischen Drucksensors mit einer an einem Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) angeordneten mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und einem zwischen der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und dem Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) ausgebildeten geschlossenen Hohlraum (17; 27; 37; 47; 57), welcher durch eine Seite der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) begrenzt ist, und mit einer Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 53, 54; 65; 75, 76) zum Erfassen einer mechanischen Verformung der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51), wobei mittels einer an der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) vorgesehenen Wandlerstruktur (13, 14; 23, 24; 33; 43; 53, 54) in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Signal vorgegebener Art und Größe eine mechanische Verformung der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) erzeugt wird, dass die durch die Wandlereinrichtung (13, 14; 23, 24; 33, 43; 53, 54) erzeugte mechanische Verformung der Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) erfasst wird, und dass die erfasste mechanische Verformung mit einem für das von außen zugeführte Signal bestimmter Art und Größe erwarteten Wert der mechanischen Verformung verglichen und ein das Ergebnis des Vergleichs anzeigendes Selbsttest-Ergebnissignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung der mikromechanischen Membranstruktur (21) durch eine Oberflächenwellen-Wandlereinrichtung (23, 24) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) auf optischem Wege erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung durch Auswertung von optischen Interferenzen zwischen der verformten mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) und dem diese tragenden Trägerteil (12; 22; 32; 42; 52) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung durch Kapazitätsmessung zwischen an der mikromechanischen Membranstruktur (11) und an dem diese tragenden Trägerteil (12) angeordneten Elektroden (13, 14) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung der mikromechanischen Membranstruktur mittels einer piezoelektrischen Wandlereinrichtung (53, 54; 75, 76) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung der mikromechanischen Membranstruktur (21) erfasst und nach Dämpfung und Phasenlage mit einem der OberflächenwellenWandlereinrichtung (23, 24) zugeführten Erregungssignal korreliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des von außen zugeführten Erregungssignals und der erfassten mechanischen Verformung eine automatische Kalibrierung der mikromechanischen Membranstruktur (11; 21; 31; 41; 51) durchgeführt wird.