DE102009058320A1

DE102009058320A1 - Drucksensor und Druckmessverfahren

Info

Publication number: DE102009058320A1
Application number: DE102009058320A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. Smetana; Reinhard Gallei; Ulrich Prof. Dr. Schmid; Alois Dr. Friedberger
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: DE102009058320B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor (1), mit:
einer ersten Elektrode (6), welche einen ortsfest angeordneten Bereich (7) aufweist, um welchen die erste Elektrode (6) schwingbar gelagert ist,
einer der ersten Elektrode (6) gegenüberliegend auf einer biegsamen Membran (4) angeordneten zweiten Elektrode (8),
wobei die erste Elektrode (6) eine von der zweiten Elektrode (8) beabstandete Elektrodenspitze (11) auf einer der zweiten Elektrode (8) zugewandten ersten Seite (9) aufweist, und
einer Antriebseinrichtung (18), welche derart konfiguriert ist, die erste Elektrode (6) für eine Schwingung um den ortsfest angeordneten Bereich (7) anzutreiben.
Die Erfindung betrifft ferner ein Druckmessverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor und ein Druckmessverfahren zum Messen von statischen und dynamischen Drücken, insbesondere bei hohen Temperaturen.
Hintergrund der Erfindung
Wenn zwischen einer Elektrodenspitze und einer elektrisch leitenden Fläche eine elektrische Spannung angelegt wird, so fließt bei ausreichend kleinem Abstand zwischen der Elektrodenspitze und der Fläche, wobei der Abstand üblicherweise im Nanometerbereich liegt, ein vom Abstand abhängiger elektrischer Strom zwischen der Elektrodenspitze und der Fläche. Dieser elektrische Strom wird auch als Tunnelstrom bezeichnet. Bei größeren Abständen beider Elektroden im μm-Bereich fließt hingegen ein Feldemissionsstrom. Beide Effekt können genutzt werden, um Druckänderungen zu messen.
So ist beispielsweise aus der Patentschrift US 5,163,328 ein Drucksensor bekannt, welcher ein Trägersubstrat aufweist, auf welchem eine Kathodenschicht mit mehreren Kathodenspitzen gebildet ist. Beabstandet von den Kathodenspitzen ist eine flexible Anodenschicht angeordnet. Wenn zwischen der Kathodenschicht und der Anodenschicht eine elektrische Spannung angelegt wird, fließt je nach Abstand ein Tunnel- bzw. ein Feldemissionsstrom zwischen den Kathodenspitzen und der Anodenschicht. Bei einer Änderung des Umgebungsdrucks des Drucksensors wird sich die Anodenschicht verformen, wodurch sich der Abstand zwischen der Anodenschicht und den Kathodenspitzen ändert. Folglich ändert sich auch der durch das elektrische Feld induzierte Strom. Somit ist zwar eine Druckmessung aus der Messung des Stromverlaufes prinzipiell möglich. Allerdings liegen, insbesondere wenn eine geringe Anzahl von Kathodenspitzen vorliegt, übliche Änderungen im Stromverlauf im μA-, meist jedoch deutlich im sub-μA-Bereich, so dass es praktisch sehr schwierig ist, eine präzise Messung der Druckänderung vorzunehmen.
Auch aus dem Dokument DE 697 31 231 T2 ist ein Drucksensor bekannt, welcher ähnlich wie der Drucksensor aus der US 5,163,328 aufgebaut ist, wobei der Drucksensor in der DE 697 31 231 T2 eine Diamantspitzenstruktur aufweist. Zwar soll es dadurch ermöglicht sein, bei gleicher Stromhöhe im Bauelement eine niedrigere Spannung an die Elektroden anzulegen im Vergleich zu üblichen Elektrodenspitzen aus Si, Ge oder GaAs, allerdings wird auch hier der prinzipielle Nachteil, dass aufgrund der kleinen Änderungen im Tunnelstrom präzise Messungen schwierig bis unmöglich sind, nicht überwunden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Drucksensor und ein Druckmessverfahren zu schaffen, welche die obigen Nachteile überwindet und präzise Druckmessungen ermöglicht, insbesondere bei hohen Temperaturen.
Die Aufgabe wird gelöst von einem Drucksensor nach Anspruch 1 und von einem Druckmessverfahren nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Die Erfindung umfasst den Gedanken, einen Drucksensor bereitzustellen, mit einer ersten Elektrode, welche einen ortsfest angeordneten Bereich aufweist, um welchen die erste Elektrode schwingbar gelagert ist, einer der ersten Elektrode gegenüberliegend auf einer biegsamen Membran angeordneten zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode eine von der zweiten Elektrode beabstandete Elektrodenspitze auf einer der zweiten Elektrode zugewandten ersten Seite aufweist, und einer Antriebseinrichtung, welche derart konfiguriert ist, die erste Elektrode für eine Schwingung um den ortsfest angeordneten Bereich anzutreiben.
Die Erfindung umfasst weiter den Gedanken ein Druckmessverfahren bereitzustellen umfassend die folgenden Schritten:
Bereitstellen einer ersten Elektrode, welche einen ortsfest angeordneten Bereich aufweist, um welchen die erste Elektrode schwingbar gelagert ist, und einer der ersten Elektrode gegenüberliegend auf einer biegsamen Membran angeordneten zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode eine von der zweiten Elektrode beabstandete Elektrodenspitze auf einer der zweiten Elektrode zugewandten ersten Seite aufweist,
Beaufschlagen der ersten und der zweiten Elektrode mit einer elektrischen Spannung mittels einer Spannungsbeaufschlagungseinrichtung,
Antreiben der ersten Elektrode mittels einer Antriebsvorrichtung, so dass die erste Elektrode um den ortsfest angeordneten Bereich schwingt,
Messen eines zeitlichen Stromverlaufes zwischen der Elektrodenspitze und der zweiten Elektrode.
Auch bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor wird ein Druck und/oder eine Druckänderung mittels eines Tunnel- oder Feldemissionsstroms gemessen. Allerdings sind die beiden Elektroden im Gegensatz zum Stand der Technik nicht ortsfest angeordnet, sondern eine der beiden Elektroden schwingt um einen ortsfest angeordneten Bereich, wobei die andere Elektrode an bzw. auf einer biegsamen Membran angeordnet ist. Wenn die Membran mit einem Druck beaufschlagt wird oder wenn ein Umgebungsdruck der Membran abnimmt, wird sich die Membran verformen, so dass sich ein Abstand zwischen den beiden Elektroden ändert. Diese Abstandsänderung wird über eine Strommessung detektiert.
Da erfindungsgemäß die erste Elektrode um ihren ortsfest angeordneten Bereich schwingt, die erste Elektrode ist insofern schwingungsfähig und kann auch als eine schwingungsfähige Elektrode bezeichnet werden, wird sich auch ohne eine Druckänderung der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ändern. Der gemessene Stromverlauf ist somit zeitlich nicht konstant, sondern variiert in Abhängigkeit von der Schwingung bzw. Oszillation. Mittels der Schwingung der ersten Elektrode ist also eine Modulation auf den gemessenen Stromverlauf aufgebracht. Da jedoch sowohl die Amplitude als auch die Frequenz der Schwingung einstellbar und/oder messbar sind, ist die Modulation bekannt.
Der modulierte gemessene Stromverlauf, welcher auch als ein moduliertes Sensorsignal bezeichnet werden kann und der auch das eigentliche Messsignal umfasst, als auch das bekannte Modulationssignal können dann einem Lock-In-Verstärker zugeführt werden. Lock-In-Verstärker sind dem Fachmann bekannt und werden üblicherweise zur Verstärkung von schwachen elektrischen Signalen verwendet, indem insbesondere ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert wird. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, auch sehr niedrige Strompegel im sub-μA-Bereich und entsprechend kleine Abstandsänderungen präzise zu messen. Dadurch ist aber auch unmittelbar eine präzisere Messung eines auf die Membran beaufschlagten Drucks oder einer Umgebungsdruckänderung im Vergleich zum Stand der Technik möglich.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung zeigt sich bei Anwendungen im Hochtemperaturbereich. Da sowohl der Tunnel- als auch der Feldemissionsstrom weitgehend unabhängig von einer Umgebungstemperatur des Drucksensors ist, ist nur eine geringfügige Beeinflussung durch die Umgebungstemperatur auf das Messergebnis zu erwarten, insbesondere in Bezug auf üblicherweise verwendete, piezoresisitive Dehnungselemente, die eine starke Temperaturabhängigkeit zeigen.
Mittels der Erfindung ist es somit in vorteilhafter Weise ermöglicht, statische und dynamische Drücke und Druckänderungen bei sehr hohen Temperaturen präzise zu messen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Elektrode auf der der zweiten Elektrode zugewandten ersten Seite eine Elektrodenspitzenstruktur.
Die Elektrodenspitzenstruktur weist insbesondere mehrere Elektrodenspitzen auf. Dadurch fließt ein größerer Tunnelstrom als bei nur einer Elektrodenspitze, was die Messung des Tunnelstroms insofern vereinfacht. Vorzugsweise sind die mehreren Elektrodenspitzen in einer Matrix angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Ruheabstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode einstellbar ist. Ein Ruheabstand ist der Abstand zwischen den beiden Elektroden, der gebildet ist, wenn die erste Elektrode in ihrer Ruhelage angeordnet ist, das heißt, dass die erste Elektrode nicht ausgelenkt ist. Somit ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, verschiedene Druckbereiche mittels Einstellen eines entsprechenden Ruheabstands abzudecken. Weiterhin bietet diese Ausführungsform den Vorteil, dass eine elektrische Spannung, welche an die beiden Elektroden angelegt werden muss, damit ein Tunnel- oder Feldemissionsstrom zwischen den beiden Elektroden fließt, bei größeren Auslenkungen nicht weiter erhöht werden muss, was sonst zu einer schnelleren Degradierung der Elektrodenspitze durch das erhöhte elektrische Feld führen würde.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Antriebsvorrichtung eine weitere ortsfest angeordnete Elektrode, welche einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der ersten Elektrode gegenüberliegend angeordnet ist. Die erste Elektrode, welche in dieser Ausführungsform zwischen der weiteren Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, bildet hier eine Mittelelektrode. Vorzugsweise ist die weitere Elektrode mit einer Spannungserzeugungseinrichtung verbunden, so dass durch die weitere Elektrode idealerweise nur ein vernachlässigbarer, elektrischer Strom fließt. Dadurch bildet sich um die weitere Elektrode ein elektrostatisches Feld aus. Mittels dieses Feldes wird die erste Elektrode bzw. die Mittelelektrode von der weiteren Elektrode elektrostatisch angezogen, so dass die Mittelelektrode aus einer Ruhelage oder einer Gleichgewichtslage ausgelenkt wird. Durch diese Auslenkung wird eine rückwirkende Federkraft erzeugt. Vorzugsweise ist die erste Elektrode flexibel, insbesondere ist auch die zweite Elektrode flexibel. Wenn die Spannungserzeugungseinrichtung abgeschaltet wird, verschwindet das elektrostatische Feld und die Mittelelektrode wird aufgrund der rückwirkenden, mechanischen Federkraft über die Ruhelage hinaus zurückschwingen. Wenn nun die Spannungserzeugungseinrichtung periodisch aus- und angeschaltet wird, so schwingt entsprechend die Mittelelektrode periodisch um ihre Ruhelage. Bevorzugterweise wird eine zeitliche Beaufschlagung durch die elektrostatische Kraft derart gewählt, dass die Mittelelektrode mit ihrer ersten Resonanzfrequenz im Biegemodus schwingt.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Seite der ersten Elektrode eine erste Kammstruktur auf, wobei auf einer der zweiten Seite zugewandten dritten Seite der weiteren Elektrode eine zweite Kammstruktur mit der ersten Kammstruktur zusammenwirkend gebildet ist. Sowohl die erste als auch die zweite Kammstruktur weisen bevorzugterweise mehrere erste und mehrere zweite Zinken auf. Wenn die erste Elektrode in einer Ruhelage angeordnet ist, das heißt, dass die erste Elektrode nicht ausgelenkt ist, so sind die ersten Zinken der ersten Kammstruktur jeweils zwischen den zweiten Zinken der zweiten Kammstruktur und umgekehrt angeordnet. Mittels der erfindungsgemäßen Kammstrukturen sind größere elektrostatische Kräfte realisierbar.
Nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Spannungsbeaufschlagungseinrichtung gebildet, welche mit der ersten und der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise weisen die erste und die zweite Elektrode jeweils elektrische Anschlüsse zum Anschließen der Spannungsbeaufschlagungseinrichtung auf.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Strommesseinrichtung gebildet, welche mit der ersten und der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist. Falls die erste Elektrode auf der der zweiten Elektrode zugewandten ersten Seite eine Elektrodenspitzenstruktur mit mehreren Elektronenspitzen aufweist, ist die Strommesseinrichtung vorzugsweise konfiguriert, den jeweiligen Stromverlauf durch die mehreren Elektronenspitzen zu messen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Elektrodenspitzen voneinander elektrisch isoliert sind. Somit ist eine Messung einer räumlichen Verteilung des Tunnelstroms ermöglicht.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Substrat gebildet, wobei an einer Fläche des Substrats eine Aussparung gebildet ist, welche mittels der Membran fluiddicht verschlossen ist, und wobei die erste Elektrode der zweiten Elektrode gegenüberliegend auf der Fläche angeordnet ist. In dem Bereich der Aussparung kann das Substrat vorzugsweise rückverdünnt sein. Vorzugsweise ist das Substrat aus einem Halbleitermaterial, beispielsweise aus Silizium. In noch einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat aus einer metallischen Legierung oder aus Saphir. Die Verwendung eines Substrats weist den Vorteil auf, dass die Elektroden mittels Lithographie auf dem Substrat gebildet werden können. Insbesondere ist auch die weitere Elektrode auf der Fläche des Substrats angeordnet.
Nach einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Fläche des Substrats zumindest teilweise mit einer dielektrischen Schicht bedeckt. Vorzugsweise ist die Fläche komplett mit der dielektrischen Schicht bedeckt. Auf der dielektrischen Schicht sind dann insbesondere die Elektroden angeordnet. Bei einem metallischen Substrat ist somit in vorteilhafter Weise eine Systemintegration des Drucksensors wesentlich erleichtert. Allerdings kann insbesondere dann auf die dielektrische Schicht verzichtet werden, wenn das Substrat elektrisch leitfähig ist, also wenn beispielsweise Saphir als Substratmaterial verwendet wird. Die Verwendung einer dielektrischen Schicht zwischen den Elektroden und dem Substrat bzw. die Verwendung eines elektrisch isolierenden Substrats, auf welchem die Elektroden direkt aufgebracht sein können, weist insbesondere den Vorteil auf, dass keine elektrischen Ladungen von einer Umgebung des Substrats, beispielsweise eines technisches Systems, an das Substrat gelangen können. Ansonsten würden solche elektrischen Ladungen mitgemessen werden und würden das Messergebnis verfälschen.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine Draufsicht eines Drucksensors und
2 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Drucksensors.
Im Folgenden kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
1 zeigt eine Draufsicht eines Drucksensors 1. Der Drucksensor 1 umfasst ein rechteckiges Substrat 2. Das Substrat 2 weist weiterhin eine viereckige Aussparung 3 auf, welche im Wesentlichen mittig auf einer Fläche 5 des Substrats 2 angeordnet ist. Die Aussparung 3 wird von einer biegsamen viereckigen Membran 4 komplett bedeckt, so dass die Aussparung 3 mittels der Membran 4 fluiddicht und somit auch gasdicht verschlossen wird. Ein Innenvolumen des Substrats 2 ist insofern nicht in Fluidverbindung mit der Umgebung des Drucksensors 1. In einer beispielhaften, hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Aussparung 3 auch kreisförmig sein, insbesondere kann dann auch die Membran 4 kreisförmig sein.
Auf der Fläche 5 benachbart zu der Aussparung 3 ist eine erste Elektrode 6 angeordnet, welche hier flexibel ist. Die erste Elektrode 6 weist einen ortsfest angeordneten Bereich 7 auf, um welchen die erste Elektrode 6 auf der Fläche 5 schwingbar gelagert ist. Der ortsfest angeordnete Bereich 7 kann auch als ein Fixpunkt bezeichnet werden. Mittels der erfindungsgemäßen Lagerung kann die erste Elektrode 6 um diesen Fixpunkt schwingen bzw. oszillieren. Gegenüberliegend von der ersten Elektrode 6 ist eine zweite Elektrode 8 auf der Membran 4 ortsfest angeordnet. Vorzugsweise ist auch die zweite Elektrode 8 flexibl, so dass sie sich Verformungen der Membran 4 besser anpassen kann. Sowohl die erste 6 als auch die zweite Elektrode 8 weisen eine Längsform auf und sind im Wesentlichen parallel zu einander angeordnet. Auf einer der zweiten Elektrode 8 zugewandten Seite ersten Seite 9 der ersten Elektrode 6 ist eine Elektrodenspitzenstruktur 10 gebildet, wobei die Elektrodenspitzenstruktur 10 mehrere Elektrodenspitzen 11 aufweist. Zwischen den Elektrodenspitzen 11 und der zweiten Elektrode 8 ist ein Abstand gebildet, so dass sich die Elektrodenspitzen 11 und die zweite Elektrode 8 nicht berühren. In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ruheabstand zwischen der ersten 6 und der zweiten Elektrode 8 einstellbar. Damit die erste Elektrode 6 und die zweite Elektrode 8 von dem Substrat 2 elektrisch isoliert sind, ist auf der Fläche 5 eine dielektrische Schicht 17 (siehe 2) angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass die Fläche 5 komplett mit der dielektrischen Schicht 17 bedeckt ist oder zumindest teilweise derart, dass zwischen der ersten Elektrode 6 und der zweiten Elektrode 8 die dielektrische Schicht 17 auf der Fläche 5 angeordnet ist.
Die erste Elektrode 6 und die zweite Elektrode 8 werden mittels einer Spannungsbeaufschlagungseinrichtung (nicht gezeigt) mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, so dass zwischen den Elektrodenspitzen 11 und der zweiten Elektrode 8 ein Tunnel- bzw. Feldemissionsstrom fließt, welcher mittels einer Strommesseinrichtung (nicht gezeigt) gemessen wird. Die Spannungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder die Strommesseinrichtung können benachbart zu dem Substrat 2 angeordnet sein. Vorzugsweise weisen die erste Elektrode 6 und die zweite Elektrode 8 elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt) zum Anschließen der Spannungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder der Strommesseinrichtung auf.
Auf einer der ersten Seite 9 abgewandten zweiten Seite 12 der ersten Elektrode 6 ist eine weitere Elektrode 13 auf der Fläche 5 des Substrats 2 ortsfest angeordnet, wobei die weitere Elektrode 13 und die erste Elektrode 6 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die erste Elektrode 6 ist also zwischen der zweiten Elektrode 8 und der weiteren Elektrode 13 angeordnet und bildet insofern eine Mittelelektrode. Wenn die Fläche 5 nicht komplett mit der dielektrischen Schicht 17 bedeckt ist, so ist zumindest zwischen der weiteren Elektrode 13 und der Fläche 5 die dielektrische Schicht 17 gebildet.
Weiterhin ist eine erste Kammstruktur 14a mit mehreren ersten Zinken 15a auf der zweiten Seite 12 der ersten Elektrode 6 ausgebildet. Die ersten Zinken 15a sind senkrecht zu der zweiten Seite 12 angeordnet. Eine der ersten Kammstruktur 14a entsprechende zweite Kammstruktur 14b ist auf einer der zweiten Seite 12 zugewandten dritten Seite 16 der weiteren Elektrode 13 gebildet. Auch die zweite Kammstruktur 14b weist mehrere zweite Zinken 15b auf, welche senkrecht zu der dritten Seite 16 angeordnet sind. Beide Kammstrukturen 14a und 14b sind jeweils derart an der ersten Elektrode 6 und der weiteren Elektrode 13 angeordnet, dass die ersten Zinken 15a jeweils zwischen den zweiten Zinken 15b angeordnet sind wie bei einer Interdigitalstruktur üblich.
Die weitere Elektrode 13 ist mit einer Spannungserzeugungseinrichtung (nicht gezeigt) elektrisch verbunden, um über die weitere Elektrode 13 die elektrostatische Anregung der Elektrode 6 zu erzeugen. Es kann vorgesehen sein, die Spannungserzeugungseinrichtung von dem Substrat 2 getrennt anzuordnen. Durch die auf die weitere Elektrode 13 aufgebrachten Ladungen baut sich um die weitere Elektrode 13 ein elektrostatisches Feld auf, welches die resonante Anregung der ersten Elektrode 13 hervorruft. Die erste Elektrode 6, welche aus federelastischem Material hergestellt ist, wird aus ihrer Ruhelage ausgelenkt, wodurch eine rückwirkende, mechanische Federkraft erzeugt wird. Die Schwingungsrichtung ist hier mit einem Doppelpfeil gekennzeichnet. Der Spannungsverlauf kann periodisch gewählt werden werden, um die Ausbildung einer oszillatorische Schwingung zu unterstützen und um eventuelle Verluste, beispielsweise durch Dämpfung oder Reibung, zu kompensieren. Die weitere Elektrode 13 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine Antriebseinrichtung 18.
Wenn sich nun ein Umgebungsdruck des Drucksensors 1 ändert, so wird sich die Membran 4 verformen. Bei einer Vergrößerung des Umgebungsdrucks wird sich die Membran 4 relativ zur Fläche 5 nach Außen verformen oder auch verwölben. Bei einer Verkleinerung des Umgebungsdrucks wird sich die Membran 4 relativ zur Fläche 5 nach Innen verformen. In beiden Fällen erfolgt aber keine ausschließlich senkrechte Bewegung der Membran 4 relativ zur Fläche 5, sondern eine Biegung. Das heißt, dass sich verschiedene Punkte auf der Membran 4 jeweils unterschiedlich weit weg in einer Richtung senkrecht zur Fläche 5 bewegen. Somit ändert sich auch ein Abstand zwischen der Membran 4 und den Elektrodenspitzen 11 der ersten Elektrode 6. Diese Abstandsänderung ist mittels der Strommesseinrichtung messbar. Aus dieser Messung kann dann die Änderung des Umgebungsdrucks berechnet werden.
2 zeigt den Drucksensor aus 1 in einer Querschnittsansicht entlang der in 1 gezeigten gestrichelten Linie, wobei die Membran 4 der Übersicht halber als gestrichelte Linie gezeichnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Drucksensor
2: Substrat
3: Aussparung
4: Membran
5: Fläche
6: erste Elektrode
7: ortsfest angeordneter Bereich
8: zweite Elektrode
9: erste Seite
10: Elektrodenspitzenstruktur
11: Elektrodenspitze
12: zweite Seite
13: weitere Elektrode
14a: erste Kammstruktur
14b: zweite Kammstruktur
15a: erste Zinken
15b: zweite Zinken
16: dritte Seite
17: dielektrische Schicht
18: Antriebseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5163328 [0003, 0004]
DE 69731231 T2 [0004]

Claims

Drucksensor (1), mit: – einer ersten Elektrode (6), welche einen ortsfest angeordneten Bereich (7) aufweist, um welchen die erste Elektrode (6) schwingbar gelagert ist, – einer der ersten Elektrode (6) gegenüberliegend auf einer biegsamen Membran (4) angeordneten zweiten Elektrode (8), – wobei die erste Elektrode (6) eine von der zweiten Elektrode (8) beabstandete Elektrodenspitze (11) auf einer der zweiten Elektrode (8) zugewandten ersten Seite (9) aufweist, und – einer Antriebseinrichtung (18), welche derart konfiguriert ist, die erste Elektrode (6) für eine Schwingung um den ortsfest angeordneten Bereich (7) anzutreiben.
Drucksensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (6) auf der ersten Seite (9) eine Elektrodenspitzenstruktur (10) aufweist.
Drucksensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ruheabstand zwischen der ersten (6) und der zweiten Elektrode (8) einstellbar ist.
Drucksensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (18) eine weitere ortsfest angeordnete Elektrode (13) umfasst, welche einer der ersten Seite (9) abgewandten zweiten Seite (12) der ersten Elektrode (6) gegenüberliegend angeordnet ist.
Drucksensor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite (12) der ersten Elektrode (6) eine erste Kammstruktur (14a) aufweist, wobei auf einer der zweiten Seite (12) zugewandten dritten Seite (16) der weiteren Elektrode (13) eine zweite Kammstruktur (14b) mit der ersten Kammstruktur (14a) zusammenwirkend gebildet ist.
Drucksensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsbeaufschlagungseinrichtung gebildet ist, welche mit der ersten Elektrode (6) und der zweiten Elektrode (8) elektrisch verbunden ist.
Drucksensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strommesseinrichtung gebildet ist, welche mit der ersten Elektrode (6) und der zweiten Elektrode (8) elektrisch verbunden ist.
Drucksensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Substrat (6), wobei an einer Fläche (5) des Substrats (6) eine Aussparung (3) gebildet ist, welche mittels der Membran (4) fluiddicht verschlossen ist, und wobei die erste Elektrode (6) der zweiten Elektrode (8) gegenüberliegend auf der Fläche (5) angeordnet ist.
Drucksensor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Fläche (5) des Substrats (6) zumindest teilweise eine dielektrische Schicht (17) gebildet ist.
Druckmessverfahren, welches folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen einer ersten Elektrode (6), welche einen ortsfest angeordneten Bereich (7) aufweist, um welchen die erste Elektrode (6) schwingbar gelagert ist, und einer der ersten Elektrode (6) gegenüberliegend auf einer biegsamen Membran (4) angeordneten zweiten Elektrode (8), wobei die erste Elektrode (6) eine von der zweiten Elektrode (8) beabstandete Elektrodenspitze (11) auf einer der zweiten Elektrode (8) zugewandten ersten Seite (9) aufweist, – Beaufschlagen der ersten Elektrode (6) und der zweiten Elektrode (8) mit einer elektrischen Spannung mittels einer Spannungsbeaufschlagungseinrichtung, – Antreiben der ersten Elektrode (6) mittels einer Antriebsvorrichtung, so dass die erste Elektrode (6) um den ortsfest angeordneten Bereich (7) schwingt, – Messen eines zeitlichen Stromverlaufes zwischen der Elektrodenspitze (11) und der zweiten Elektrode (8).
Druckmessverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Stromverlauf in einen Lock-In-Verstärker übermittelt wird.
Druckmessverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (6) mit ihrer Resonanzfrequenz schwingt.
Druckmessverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ruheabstand zwischen der erste (6) und der zweiten (8) Elektrode eingestellt wird.