DE102010030878B4 - Micromechanical sensor device for measuring an acceleration, a pressure and the like - Google Patents

Micromechanical sensor device for measuring an acceleration, a pressure and the like Download PDF

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Abstract

Mikromechanische Sensorvorrichtung (V) zur Messung einer Beschleunigung, eines Drucks und dergleichen, umfassend ein Substrat (S), eine seismische Masse (1), die am Substrat (S) beweglich, vorzugsweise federnd, angeordnet ist, eine Wandlereinrichtung (E, 5c, 6c, 6a, 6b, WS, WH) zum Wandeln von Kräften, die auf die seismische Masse (1) einwirken, in ein vorzugsweise elektrisches Signal mittels eines Piezoeffektes, Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b), insbesondere Elektroden, zum Beaufschlagen der seismischen Masse (1) mit einer zusätzlichen Kraft, Steuermittel (7) zum Steuern der Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b), wobei die Steuermittel (7) die Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b) derart steuern, dass die seismische Masse (1) temporär, insbesondere periodisch mit der zusätzlichen Kraft beaufschlagt wird, dass die Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b) senkrecht zu einer Richtung der Auslenkung der seismischen Masse (1) angeordnet sind und dass eine Federkonstante einer Aufhängung (6a, 6b) der seismischen Masse (1) an eine vorgegebene äußere Bedingung anpassbar ist.Micromechanical sensor device (V) for measuring an acceleration, a pressure and the like, comprising a substrate (S), a seismic mass (1) which is movably, preferably resiliently, arranged on the substrate (S), a converter device (E, 5c, 6c, 6a, 6b, WS, WH) for converting forces acting on the seismic mass (1) into a preferably electrical signal by means of a piezo effect, force application means (3a, 3b), in particular electrodes, for acting on the seismic mass ( 1) with an additional force, control means (7) for controlling the force application means (3a, 3b), the control means (7) controlling the force application means (3a, 3b) in such a way that the seismic mass (1) is temporarily, in particular periodically, additional force is applied, that the force application means (3a, 3b) are arranged perpendicularly to a direction of deflection of the seismic mass (1) and that a spring constant of a suspension (6a, 6b) of the seismic mass (1) can be adapted to a predetermined external condition is.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Sensorvorrichtung zur Messung einer Beschleunigung, eines Drucks und dergleichen.The invention relates to a micromechanical sensor device for measuring an acceleration, a pressure and the like.

Mikromechanische Sensorvorrichtungen, beispielsweise in Form von Beschleunigungssensoren werden für vielfältige Anwendungen benötigt, unter anderem in Kraftfahrzeugen für eine Messung der Beschleunigung für ein elektronisches Stabilitätsprogramm oder auch für die Entscheidung, ob ein im Kraftfahrzeug eingebauter Airbag aufgrund eines Unfalls ausgelöst werden soll. Ein weiteres Anwendungsgebiet von Beschleunigungssensoren ist der Consumerbereich, hier beispielsweise der Bereich der Mobiltelefone, bei denen der Beschleunigungssensor für eine Verdrehung eines Bildschirminhalts je nach Orientierung des Mobiltelefons genutzt wird, um so einem Anwender den jeweiligen Inhalt des Bildschirms in aufrechter lesbarer Form unabhängig von der Lage des Mobiltelefons anzeigen zu können.Micromechanical sensor devices, for example in the form of acceleration sensors, are required for a variety of applications, including in motor vehicles for measuring acceleration for an electronic stability program or for deciding whether an airbag installed in a motor vehicle should be triggered due to an accident. Another area of application for acceleration sensors is the consumer sector, for example mobile phones, in which the acceleration sensor is used to rotate the screen content depending on the orientation of the mobile phone, so that the user can see the content of the screen in an upright, readable form, regardless of the position of the mobile phone.

Aus der DE 44 26 163 A1 ist ein Beschleunigungssensor bekannt geworden, der aus einem Feder-Masse-System besteht und dessen Biegebalken mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz schwingt. Der Biegebalken ist dabei zwischen Aufnahmen derart eingespannt, dass er bei fehlender äußerer Krafteinwirkung eine Wölbung bildet. Der Buckel bildet eine mechanische Instabilität, die bei Krafteinwirkung verformbar ist.From the DE 44 26 163 A1 an acceleration sensor has become known which consists of a spring-mass system and whose cantilever beam oscillates at a predetermined resonant frequency. The bending beam is clamped between receptacles in such a way that it forms a bulge in the absence of an external force. The hump forms a mechanical instability that is deformable when force is applied.

Aus der DE 10 2008 002 606 A1 ist ein mikromechanischer Beschleunigungssensor mit einer offenen seismischen Masse bekannt geworden, umfassend ein Substrat, eine Aufhängung, eine seismische Masse sowie feststehende kapazitive Elektroden. Die seismische Masse ist dabei mittels der Aufhängung über dem Substrat aufgehängt und weist einen Masseschwerpunkt auf. Die Aufhängung weist wenigstens zwei Verankerungen an dem Substrat auf, wobei die zwei Verankerungen an gegenüberliegenden Seiten des Massenschwerpunktes angeordnet sind, wobei der Abstand der zwei Verankerungen klein ist im Verhältnis zu einer horizontalen Ausdehnung der seismischen Masse, wobei die zwei Verankerungen eine Mittenachse festlegen, wobei die seismische Masse Ausnehmungen aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten der Mittenachse angeordnet sind und auf der Mittenachse abgewandten Seiten seitlich geöffnet sind, wobei die feststehenden Elektroden in die Ausnehmungen der seismischen Masse wenigstens eingreifen.From the DE 10 2008 002 606 A1 a micromechanical acceleration sensor with an open seismic mass has become known, comprising a substrate, a suspension, a seismic mass and fixed capacitive electrodes. The seismic mass is suspended above the substrate by means of the suspension and has a center of mass. The suspension has at least two anchors on the substrate, the two anchors being located on opposite sides of the center of mass, the spacing of the two anchors being small in relation to a horizontal extension of the seismic mass, the two anchors defining a central axis, where the seismic mass has recesses which are arranged on opposite sides of the central axis and are open laterally on sides facing away from the central axis, the fixed electrodes at least engaging in the recesses of the seismic mass.

Die Beschleunigung wird dabei mittels einer Änderung einer Kapazität gemessen. Auf einer Kapazitätsänderung basierende Beschleunigungssensoren sind jedoch bezüglich ihrer Abmessungen relativ groß und deshalb teuer.In this case, the acceleration is measured by means of a change in a capacitance. However, acceleration sensors based on a change in capacitance are relatively large in terms of their dimensions and are therefore expensive.

Aus der JP H06- 27 134 A ist ein Beschleunigungsmesser bekannt, bei dem eine an einem Steg angeordnete Probemasse zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, die die Probemasse zu einer Schwingung anregen. Eine Beschleunigung kann über einen an dem Steg angeordneten piezoelektrischen Körper bestimmt werden.An accelerometer is known from JP H06-27 134 A, in which a test mass arranged on a web is arranged between two electrodes which excite the test mass to oscillate. An acceleration can be determined via a piezoelectric body arranged on the web.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die in Anspruch 1 definierte mikromechanische Sensorvorrichtung zur Messung einer Beschleunigung, eines Druckes und dergleichen umfasst ein Substrat, eine seismische Masse, die am Substrat beweglich, vorzugsweise federnd, angeordnet ist, eine Wandlereinrichtung zum Wandeln von Kräften, die auf die Masse einwirken, in ein vorzugsweise elektrisches Signal mittels eines Piezoeffektes, Kraftbeaufschlagungsmittel, insbesondere Elektroden zum Beaufschlagen der seismischen Masse mit einer zusätzlichen Kraft, Steuermittel zum Steuern der Kraftbeaufschlagungsmittel, wobei die Steuermittel die Kraftbeaufschlagungsmittel derart steuern, dass die seismische Masse temporär, insbesondere periodisch mit der zusätzlichen Kraft beaufschlagt wird.The micromechanical sensor device defined in claim 1 for measuring an acceleration, a pressure and the like comprises a substrate, a seismic mass which is movably, preferably resiliently, arranged on the substrate, a converter device for converting forces acting on the mass into a preferably an electrical signal by means of a piezo effect, force application means, in particular electrodes for applying an additional force to the seismic mass, control means for controlling the force application means, the control means controlling the force application means in such a way that the seismic mass is temporarily, in particular periodically, subjected to the additional force.

Das in Anspruch 9 definierte Verfahren zum Messen einer Beschleunigung eines Drucks oder dergleichen, insbesondere geeignet zur Durchführung mit einer Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-8 umfasst die Schritte Einwirken einer äußeren Kraft auf eine seismischen Masse, die an einem Substrat beweglich, vorzugsweise federnd, angeordnet ist, auf Grund einer äußeren Beschleunigung, Wandeln von Kräften, die auf die seismische Masse einwirken, in ein vorzugsweise elektrisches Signal, mittels eines Piezoeffektes, temporäres, insbesondere periodisches Beaufschlagen der seismischen Masse mit einer zusätzlichen Kraft, Auswerten des vorzugsweise elektrischen Signals und Bereitstellen eines Beschleunigungssignals anhand des ausgewerteten Signals.The method defined in claim 9 for measuring an acceleration of a pressure or the like, in particular suitable for implementation with a device according to at least one of claims 1-8, comprises the steps of applying an external force to a seismic mass which is movable, preferably resilient, on a substrate , is arranged, due to external acceleration, converting forces acting on the seismic mass into a preferably electrical signal, by means of a piezo effect, temporarily, in particular periodically, applying an additional force to the seismic mass, evaluating the preferably electrical signal and Providing an acceleration signal based on the evaluated signal.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die in Anspruch 1 definierte mikromechanische Sensorvorrichtung sowie das in Anspruch 9 definierte Verfahren zum Messen einer Beschleunigung, eines Druckes oder dergleichen weisen die Vorteile auf, dass Abmessungen der mikromechanischen Sensorvorrichtung reduziert werden können, ohne dass insbesondere im Falle eines piezoresistiven Effektes ein 1/f-Rauschen beim Wandeln der Kraft in das Signal ansteigt und sowohl, dass insbesondere im Falle eines piezoelektrischen Effektes zusätzlich auch zeitlich konstante Beschleunigungen gemessen werden können.The micromechanical sensor device defined in claim 1 and the method defined in claim 9 for measuring an acceleration, a pressure or the like have the advantages that the dimensions of the micromechanical sensor device can be reduced without a 1/f- Noise when converting the force into the signal increases and both that, especially in the case of a piezoelectric effect accelerations that are constant over time can also be measured.

Wirkt eine äußere Kraft, beispielsweise durch eine negative Beschleunigung in Form einer Abbremsung eines Kraftfahrzeugs, auf die seismische Masse ein, wird durch Kraftbeaufschlagungsmittel, beispielsweise in Form von Elektroden, eine zusätzliche Kraft auf die seismische Masse ausgeübt, sodass diese, auf Grund der Nichtlinearität der elektrostatischen Kraft bezüglich des Abstandes zwischen Elektroden und Kraftbeaufschlagungsmittel, mittelbar zu unterschiedlichem Stress in Aufhängungen der Wandlereinrichtung führt. Dieser Stress ist abhängig von der äußeren einwirkenden Kraft auf die seismische Masse in einem Basisband mit einer ersten Frequenz der mikromechanischen Sensorvorrichtung. Die Wandlereinrichtung wandelt nun anhand eines Piezoeffektes den Stress in ein elektrisches Signal, beispielsweise eine Spannung, um. Eine Modulation der elektrostatischen Kraft mit einer zweiten Frequenz, die oberhalb des Basisbandes bzw. der Nutzbandbreite der mikromechanischen Sensorvorrichtung liegt, führt zu einer entsprechenden Modulation des Stresses in den Aufhängungen der Wandlereinrichtung und in der Folge auch zu einer entsprechenden Modulation des elektrischen Signals. Die im elektrischen Signal enthaltene Information über die auf die seismische Masse wirkende Kraft bzw. Beschleunigung befindet sich nun in einem sogenannten Trägerfrequenzband mit einer Mittenfrequenz, die der zweiten Frequenz entspricht und mit der doppelten Breite der ersten Frequenz. Mittels einer anschließenden phasenrichtigen Modulation wird das modulierte elektrische Signal wieder ins Basisband zurücktransformiert, beispielsweise mittels einer Faltung. Durch die Faltung entstehen allerdings auch Teile des Signals, die oberhalb des Trägerbandes liegen. Diese können mittels eines Tiefpassfilters entfernt werden. Damit wird dann ein Signal für die auf die seismische Masse wirkende Beschleunigung bereitgestellt, welches die oben genannten Vorteile aufweist.If an external force acts on the seismic mass, for example due to negative acceleration in the form of braking of a motor vehicle, an additional force is exerted on the seismic mass by means of force application, for example in the form of electrodes, so that this, due to the non-linearity of the electrostatic force with respect to the distance between electrodes and force application means, indirectly leads to different stress in suspensions of the converter device. This stress depends on the external force acting on the seismic mass in a baseband with a first frequency of the micromechanical sensor device. The converter device now converts the stress into an electrical signal, for example a voltage, using a piezo effect. A modulation of the electrostatic force with a second frequency that is above the baseband or the useful bandwidth of the micromechanical sensor device leads to a corresponding modulation of the stress in the suspensions of the converter device and consequently also to a corresponding modulation of the electrical signal. The information contained in the electrical signal about the force or acceleration acting on the seismic mass is now in a so-called carrier frequency band with a center frequency that corresponds to the second frequency and with twice the width of the first frequency. The modulated electrical signal is transformed back into the baseband by means of a subsequent phase-correct modulation, for example by means of a convolution. However, the convolution also creates parts of the signal that lie above the carrier band. These can be removed using a low-pass filter. This then provides a signal for the acceleration acting on the seismic mass, which has the advantages mentioned above.

Ein weiterer Vorteil der mikromechanischen Sensorvorrichtung bzw. des entsprechenden Verfahrens ist, dass damit auch Kräfte in unterschiedlichen Richtungen auf die Masse übertragen werden können, sodass damit die Flexibilität der Vorrichtung beziehungsweise des Verfahrens erhöht wird.A further advantage of the micromechanical sensor device or the corresponding method is that it can also be used to transmit forces in different directions to the mass, so that the flexibility of the device or the method is increased.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Kraftbeaufschlagungsmittel benachbart zu der seismischen Masse angeordnet, insbesondere im Wesentlichen senkrecht und/oder parallel zu einer Richtung einer Auslenkung der seismischen Masse. Der Vorteil hierbei ist, dass, wenn die seismische Masse senkrecht und/oder parallel zu einer Richtung der Auslenkung ausgelenkt wird, zum einen möglichst direkt ohne größere Verluste die Kraft von den Kraftbeaufschlagungsmitteln auf die seismische Masse übertragen werden kann. Zum anderen kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Kraftbeaufschlagungsmittel senkrecht zu einer Richtung der Auslenkung eine mechanische Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung angepasst werden, wenn die seismische Masse beispielsweise mit senkrecht zur Richtung der Auslenkung angeordneten Aufhängungen federnd am Substrat angeordnet ist. So kann erfindungsgemäß eine Federkonstante einer Aufhängung der seismischen Masse an dem Substrat verändert oder an vorgegebene äußere Bedingungen angepasst werden, was die Flexibilität der mikromechanischen Sensorvorrichtung wesentlich erhöht. Werden die Kraftbeaufschlagungsmittel im Wesentlichen parallel benachbart zu einer Auslenkung also in Richtung der Auslenkung der seismischen Masse angeordnet, kann auf diese Weise direkt die seismische Masse mit der Kraft beaufschlagt werden, was die Erkennung von zeitlich konstanten Beschleunigungen weiter verbessert.According to a further advantageous development of the invention, the force application means are arranged adjacent to the seismic mass, in particular essentially perpendicularly and/or parallel to a direction of deflection of the seismic mass. The advantage here is that when the seismic mass is deflected perpendicularly and/or parallel to a direction of deflection, the force can be transmitted from the force application means to the seismic mass as directly as possible without major losses. On the other hand, with the inventive arrangement of the force application means perpendicular to a direction of deflection, a mechanical sensitivity of the micromechanical sensor device can be adjusted if the seismic mass is arranged resiliently on the substrate, for example with suspensions arranged perpendicular to the direction of deflection. Thus, according to the invention, a spring constant of a suspension of the seismic mass on the substrate can be changed or adapted to predetermined external conditions, which significantly increases the flexibility of the micromechanical sensor device. If the force application means are arranged essentially parallel and adjacent to a deflection, ie in the direction of deflection of the seismic mass, the force can be applied directly to the seismic mass in this way, which further improves the detection of constant accelerations over time.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Wandlereinrichtung zum Wandeln von Kräften mittels des Piezoeffektes Mittel zur piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Detektion. Der Vorteil hierbei ist, dass damit je nach Einsatzbereich der mikromechanischen Sensorvorrichtung diese entsprechend angepasst werden kann, was deren Flexibilität erhöht, zum anderen können auch beide Piezoeffekte, also der piezoelektrische Effekt und der piezoresistive Effekt zusammen eingesetzt beziehungsweise verwendet werden, was die Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung weiter erhöht und gleichzeitig ein mögliches 1/f-Rauschen beim Wandeln wesentlich reduziert.According to a further advantageous development of the invention, the converter device for converting forces by means of the piezo effect includes means for piezoresistive and/or piezoelectric detection. The advantage here is that depending on the area of application of the micromechanical sensor device, it can be adjusted accordingly, which increases its flexibility Sensor device further increased and at the same time a possible 1 / f noise when converting significantly reduced.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Wandlereinrichtung zumindest eine Aufhängung, insbesondere in Form eines Balkens, die die seismische Masse am Substrat beweglich festlegt. Der Vorteil hierbei ist, dass auf einfache Weise anhand einer entsprechenden Ausbildung des Balkens eine Bewegung der seismischen Masse aufgrund einer äußeren Kraft bzw. Beschleunigung angepasst werden kann, zum anderen ist damit eine einfache und kostengünstige Festlegung der seismischen Masse am Substrat möglich, ohne dass zusätzliche Bauteile für die Wandlereinrichtung angeordnet werden müssen.According to a further advantageous development of the invention, the converter device comprises at least one suspension, in particular in the form of a beam, which movably fixes the seismic mass on the substrate. The advantage here is that a movement of the seismic mass due to an external force or acceleration can easily be adjusted by means of a corresponding design of the beam Components for the converter device must be arranged.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zur piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Detektion an der zumindest einen Aufhängung angeordnet. Der Vorteil hierbei ist, dass damit auf direkte Weise eine auf die seismische Masse einwirkende Beschleunigung mittels des Piezoeffektes gemessen werden kann. Gleichzeitig ist der Platzbedarf für die Wandlereinrichtung und auch die Sensorvorrichtung insgesamt reduziert.According to a further advantageous development of the invention, the means for piezoresistive and/or piezoelectric detection are arranged on the at least one suspension. The advantage here is that an acceleration acting on the seismic mass can be measured directly using the piezo effect. At the same time, the space required for the converter device and also the sensor device is reduced overall.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen die Mittel zur piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Detektion einen Nanodraht, der insbesondere senkrecht zu der Aufhängung angeordnet ist. Der Vorteil hierbei ist, dass dieser sich bei einer Bewegung der seismischen Masse verformt, insbesondere gestreckt oder gestaucht wird und so beispielsweise unter Ausnutzung des piezoresistiven Effektes durch Nutzung eines geeignet angebrachten Widerstandes auf dem Nanodraht eine auf die seismische Masse von außen einwirkende Kraft und damit Beschleunigung gemessen werden kann. Daneben ist es ebenfalls möglich, anstelle eines auf dem Nanodraht angebrachten Widerstandes, eine homogene und/oder strukturierte Dotierung im Nanodraht vorzusehen, die als Widerstand wirkt bzw. ausgebildet ist. Weiter ist es möglich, eine Aufhängung in Form eines Balkens als Nanodraht auszubilden, wenn dieser entsprechend schmal und dünn ausgeführt wird. Die Dotierung ist dann entsprechend insbesondere piezoresistiv und/oder piezoelektrisch ausgebildet. Selbstverständlich ist es möglich, auch mehrere Aufhängungen mit einem oder mehreren Nanodrähten anzuordnen, um die Genauigkeit der Messung einer auf die seismische Masse einwirkenden Kraft bzw. Beschleunigung zu verbessem.According to a further advantageous development of the invention, the means for piezoresistive and/or piezoelectric detection include a nanowire which is arranged in particular perpendicular to the suspension. The advantage here is that it is deformed when the seismic mass moves, in particular stretched or compressed, and thus, for example, utilizing the piezoresistive effect by using a suitably attached resistor on the nanowire, a force acting on the seismic mass from the outside and thus acceleration can be measured. In addition, it is also possible, instead of a resistor applied to the nanowire, to provide a homogeneous and/or structured doping in the nanowire, which acts or is formed as a resistor. It is also possible to form a suspension in the form of a bar as a nanowire if this is designed to be correspondingly narrow and thin. The doping is then correspondingly in particular piezoresistive and/or piezoelectric. Of course, it is also possible to arrange multiple suspensions with one or more nanowires in order to improve the accuracy of the measurement of a force or acceleration acting on the seismic mass.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen die Mittel zur piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Detektion homogene und/oder strukturierte Bereiche in Form von Widerständen. Der Vorteil hierbei ist, dass damit die Flexibilität der mikromechanischen Sensorvorrichtung weiter erhöht wird, da die Bereiche an verschiedene Anforderungen der mikromechanischen Sensorvorrichtung jeweils entsprechend angepasst beziehungsweise ausgebildet werden können. Gleichzeitig sind die Bereiche einfach und kostengünstig herstellbar.According to a further advantageous development of the invention, the means for piezoresistive and/or piezoelectric detection comprise homogeneous and/or structured areas in the form of resistors. The advantage here is that the flexibility of the micromechanical sensor device is further increased, since the areas can be respectively adapted or formed to different requirements of the micromechanical sensor device. At the same time, the areas can be produced easily and inexpensively.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Wandlereinrichtung zur differentiellen Detektion von Kräften ausgebildet. Der Vorteil hierbei ist, dass damit sogenannte Common-Mode-Störungen, wie beispielsweise Temperatur-Effekte, etc. reduziert werden können, da beispielsweise eine Differenz zwischen einer ersten, auf Grund von Kräften gestauchten, und einer zweiten, auf Grund derselben Kräfte gestreckten, Aufhängung gemessen werden kann.According to a further advantageous development of the invention, the converter device is designed for the differential detection of forces. The advantage here is that so-called common-mode interference, such as temperature effects, etc., can be reduced, since, for example, a difference between a first, compressed due to forces, and a second, due to the same forces stretched, suspension can be measured.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zur Erhöhung der Empfindlichkeit, insbesondere in Form eines Hebelarms angeordnet. Der Vorteil hierbei ist, dass damit auf einfache und kostengünstige Weise insbesondere durch Anordnung eines Hebelarms zwischen seismischer Masse und Wandlereinrichtung, die Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung insgesamt erhöht wird. Der Hebelarm ermöglicht eine stärkere Auslenkung der seismischen Masse bei einer von außen auf die seismische Masse einwirkende Kraft. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung bzw. des Verfahrens für die Messung der Beschleunigung weiter erhöht und dadurch eine weitere Verkleinerung des notwendigen Bauraums für die mikromechanische Sensorvorrichtung ermöglicht.According to a further advantageous development of the invention, means for increasing the sensitivity are arranged, in particular in the form of a lever arm. The advantage here is that the overall sensitivity of the micromechanical sensor device is increased in a simple and cost-effective manner, in particular by arranging a lever arm between the seismic mass and the converter device. The lever arm allows a greater deflection of the seismic mass when an external force acts on the seismic mass. In this way, the sensitivity of the micromechanical sensor device or of the method for measuring the acceleration is further increased, thereby enabling a further reduction in the required installation space for the micromechanical sensor device.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung umfasst dieses ein Auswerten des elektrischen Signals, insbesondere zeitdiskret oder kontinuierlich. Der Vorteil hierbei ist, dass bei einer zeitdiskreten Auswertung der Rechenaufwand für die Auswertung reduziert wird, wohingegen bei einem kontinuierlichen Auswerten des elektrischen Signals eine höhere Energieeffizienz des Verfahrens erreicht wird.According to a further advantageous development of the method of the invention, this includes an evaluation of the electrical signal, in particular in a time-discrete manner or continuously. The advantage here is that with a time-discrete evaluation the computing effort for the evaluation is reduced, whereas with a continuous evaluation of the electrical signal a higher energy efficiency of the method is achieved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das temporäre Beaufschlagen der seismischen Masse mit der zusätzlichen Kraft anhand eines rechteckförmigen oder sinusförmigen oder eines Pseudo-Rausch-Signals,. Der Vorteil hierbei ist, dass beispielsweise bei Beaufschlagen der seismischen Masse mit einem Pseudo-Rausch-Signal eine mögliche Einkopplung von Störsignalen wesentlich reduziert werden kann. Bei Beaufschlagen der seismischen Masse anhand eines rechteckförmigen Signals ist eine vereinfachte und kostengünstige Erzeugung des Signals mit entsprechenden Mitteln möglich.According to a further advantageous development of the method, the additional force is temporarily applied to the seismic mass using a square-wave or sinusoidal signal or a pseudo-noise signal. The advantage here is that, for example, when a pseudo-noise signal is applied to the seismic mass, a possible coupling of interference signals can be significantly reduced. If the seismic mass is acted upon using a square-wave signal, the signal can be generated in a simplified and cost-effective manner using appropriate means.

Die mikromechanische Sensorvorrichtung weist dabei Abmessungen zwischen 50 und 200 Mikrometer, vorzugsweise unter 100 Mikrometer auf. Die Nutzbandbreite liegt unter 10 kHz, vorzugsweise unter 5 kHz, insbesondere unter 1 kHz und vorzugsweise insbesondere unter 50 Hz bei Anwendung der mikromechanischen Sensorvorrichtung in Kraftfahrzeugen. Die Modulationsfrequenz ist größer als das 1,5-fache, insbesondere 2-fache der Nutzbandbreite und/oder ist um mindestens die Nutzbandbreite kleiner als eine mechanische Eck- oder Grenzfrequenz der mikromechanischen Sensorvorrichtung.The micromechanical sensor device has dimensions between 50 and 200 microns, preferably less than 100 microns. The useful bandwidth is below 10 kHz, preferably below 5 kHz, in particular below 1 kHz and preferably in particular below 50 Hz when using the micromechanical sensor device in motor vehicles. The modulation frequency is greater than 1.5 times, in particular 2 times, the useful bandwidth and/or is less than a mechanical corner frequency or limit frequency of the micromechanical sensor device by at least the useful bandwidth.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

  • 1a eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 1 b eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 1c eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 verwendete Frequenzbereiche eines sinusförmigen Signals für das temporäre Beaufschlagen der seismischen Masse mit einer zusätzlichen Kraft.
  • 3 ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
Show it:
  • 1a a micromechanical sensor device according to a first embodiment of the present invention;
  • 1 b a micromechanical sensor device according to a second embodiment of the present invention;
  • 1c a micromechanical sensor device according to a third embodiment of the present invention;
  • 2 Frequency ranges of a sinusoidal signal used for temporarily applying an additional force to the seismic mass.
  • 3 a method according to the first embodiment of the present invention

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote the same or functionally identical elements.

1a zeigt eine mikromechanische Sensorvorrichtung V gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1a shows a micromechanical sensor device V according to a first embodiment of the present invention.

In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine seismische Masse, die einen Schwerpunkt 2 aufweist. Die seismische Masse 1 ist dabei mittels dreier Balken 6a, 6b, 6c mit jeweiligen Kontakten 5a, 5b, 5c, welche wiederum auf einem Substrat S angeordnet sind, federnd aufgehängt. Diese Kontakte 5a, 5b, 5c sind auf dem Substrat S fest angeordnet. Die seismische Masse 1 kann im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Balken 6a, 6b, 6c schwingen, das heißt, eine auf die seismische Masse 1 einwirkende Beschleunigung wird mittels einer entsprechenden Bewegung in Richtung R ausgeglichen. Parallel, also in Richtung zu der jeweiligen Auslenkungsrichtung R, sind auf gegenüberliegenden Seiten der seismischen Masse 1 Elektroden 3a, 3b angeordnet, die die seismische Masse 1 mittels eines Signals mit einer entsprechend dem Signal modulierten elektronischen Kraft beaufschlagen können. Dies führt zu einer zusätzlichen nichtlinearen Auslenkung der seismischen Masse 1 in Richtung der jeweiligen Elektrode 3a, 3b. Diese zusätzliche Auslenkung in Bereiche 4a, 4b, die zwischen seismischer Masse 1 und jeweiliger Elektroden 3a, 3b angeordnet sind, ist insbesondere abhängig von der von außen auf die seismische Masse einwirkenden Kraft durch eine äußere Beschleunigung und ändert sich nichtlinear in Abhängigkeit von dieser.In 1 Reference numeral 1 designates a seismic mass which has a center of gravity 2 . The seismic mass 1 is resiliently suspended by means of three beams 6a, 6b, 6c with respective contacts 5a, 5b, 5c, which in turn are arranged on a substrate S. These contacts 5a, 5b, 5c are arranged on the substrate S in a fixed manner. The seismic mass 1 can oscillate essentially perpendicularly to the longitudinal extent of the beams 6a, 6b, 6c, that is to say an acceleration acting on the seismic mass 1 is compensated for by means of a corresponding movement in direction R. Parallel, ie in the direction of the respective deflection direction R, electrodes 3a, 3b are arranged on opposite sides of the seismic mass 1, which can act on the seismic mass 1 by means of a signal with an electronic force modulated according to the signal. This leads to an additional non-linear deflection of the seismic mass 1 in the direction of the respective electrode 3a, 3b. This additional deflection in areas 4a, 4b, which are arranged between seismic mass 1 and the respective electrodes 3a, 3b, is particularly dependent on the force acting on the seismic mass from the outside due to an external acceleration and changes non-linearly as a function of this.

Die Elektroden 3a, 3b sind über Leitungen L1 mit Steuermitteln 7 elektrisch leitend verbunden. Zusätzlich sind die Kontakte 5a, 5b, 5c zum einen mit einem Demodulator 9 und zum anderen mit den Steuermitteln 7 verbunden. Auf dem mittleren Balken 6c sind Widerstände Ws in Form von strukturiert dotierten Bereichen angeordnet. Diese sind elektrisch leitend mit dem Kontakt 5c verbunden. Des Weiteren sind auf den äußeren Balken 6a, 6b Widerstände in Form von homogen dotierten Bereichen WH angeordnet. Dabei kann eine elektrische Rückleitung für die mit den Kontakten 5a, 5b verbundenen Widerstände WH beispielsweise über einen anderen Balken, insbesondere der Balken 6c, welcher keiner mechanischen Spannung unterliegt, zurückgeführt werden oder es ist ebenso möglich eine elektrische Rückleitung mittels einer galvanisch getrennten Rückleitung auf dem jeweiligen Balken 6a, 6b, 6c zu ermöglichen. Sind Widerstände WH auf den äußeren Balken 6a, 6b angeordnet, kann der mittlere Balken auch ohne Widerstand Ws ausgeführt sein. Auf dem mittleren Balken 6c kann dann - wie oben ausgeführt - die elektrische Rückleitung angeordnet werden.The electrodes 3a, 3b are electrically conductively connected to control means 7 via lines L1 . In addition, the contacts 5a, 5b, 5c are connected to a demodulator 9 on the one hand and to the control means 7 on the other. Resistors W s in the form of structured, doped areas are arranged on the middle bar 6c. These are electrically connected to the contact 5c. Furthermore, resistors in the form of homogeneously doped areas WH are arranged on the outer bars 6a, 6b. An electrical return line for the resistors W H connected to the contacts 5a, 5b can be fed back, for example, via another bar, in particular the bar 6c, which is not subject to any mechanical stress, or it is also possible to have an electrical return line by means of a galvanically isolated return line to allow the respective bar 6a, 6b, 6c. If resistors W H are arranged on the outer bars 6a, 6b, the middle bar can also be designed without a resistor W s . As explained above, the electrical return line can then be arranged on the middle bar 6c.

Über einen nach außen geführten Anschluss 8 des Demodulators 9 wird ein entsprechend aufbereitetes Signal zur Verfügung gestellt, welches die auf die seismische Masse 1 einwirkende Beschleunigung umfasst.A correspondingly processed signal, which includes the acceleration acting on the seismic mass 1, is made available via a connection 8 of the demodulator 9 that is routed to the outside.

1b zeigt eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1b shows a micromechanical sensor device according to a second embodiment of the present invention.

In 1b ist eine seismische Masse 1 gezeigt, die über Aufhängungen 6a, 6b, 6c mit Kontakten 5b, 5c sowie eine Befestigung 5a, die wiederum auf einem Substrat S angeordnet sind, verbunden ist. Die Aufhängungen 6a, 6b sind dabei federnd ausgebildet. Die Aufhängung 6c umfasst ein piezoelektrisches Element E, welches leitend mit dem Kontakt 5c und weiter über Leitungen L2 mit dem Demodulator 9 verbunden ist. Weiterhin ist der Kontakt 5b über eine Leitung L1 mit einer Elektrode 3a verbunden, mit der eine Kraft auf die seismische Masse 1 ausübbar ist, so dass diese entsprechend einer Richtung des angelegten elektrischen Feldes auf die Elektrode 3a zubewegt oder sich von ihr entfernt. Die so erzeugte Kraft auf die seismische Masse 1 wird mittels eines Steuermittels 7 gesteuert. Durch ein periodisches An- und Abschalten einer Spannung mittels des Steuermittels 7 an der Elektrode 3a wird eine mechanische Empfindlichkeit der mikromechanischen Vorrichtung V moduliert. Wird beispielsweise die seismische Masse 1 durch die auf sie wirkende Kraft durch die Elektrode 3a in 1b nach links ausgelenkt, kehrt diese nach einem Abschalten der Spannung automatisch wieder in ihre Ausgangslage zurück. Ist die seismische Masse 1 bereits durch eine von außen auf die seismische Masse 1 wirkende Kraft, insbesondere durch eine Beschleunigung nach links ausgelenkt, erfährt die seismische Masse 1 eine zusätzliche Auslenkung entsprechend der Kraft durch die Elektrode 3a. Die Auslenkung der seismischen Masse 1 kann dabei sowohl eine zusätzliche positive Auslenkung umfassen, das heißt die seismische Masse 1 erfährt eine zusätzliche Auslenkung in Richtung der Elektrode 3a, oder/und eine negative Auslenkung, das heißt die seismische Masse 1 wird weniger weit ausgelenkt, da sich die Kräfte, also äußere Kraft und Kraft durch die Elektrode 3a auf die seismische Masse zumindest teilweise aufheben.In 1b a seismic mass 1 is shown, which is connected via suspensions 6a, 6b, 6c to contacts 5b, 5c and a fastening 5a, which in turn are arranged on a substrate S. The suspensions 6a, 6b are resilient. The suspension 6c comprises a piezoelectric element E, which is conductively connected to the contact 5c and further to the demodulator 9 via lines L 2 . Furthermore, the contact 5b is connected via a line L 1 to an electrode 3a, with which a force can be exerted on the seismic mass 1 so that it moves towards the electrode 3a or away from it depending on the direction of the applied electric field. The force generated in this way on the seismic mass 1 is controlled by a control means 7 . A mechanical sensitivity of the micromechanical device V is modulated by periodically switching a voltage on and off by means of the control means 7 at the electrode 3a. For example, if the seismic mass 1 is caused by the force acting on it through the electrode 3a in 1b deflected to the left, it automatically returns to its original position after the voltage has been switched off. If the seismic mass 1 is already deflected to the left by a force acting on the seismic mass 1 from outside, in particular by an acceleration, the seismic mass 1 experiences an additional deflection corresponding to the force through the electrode 3a. The Deflection of the seismic mass 1 can include both an additional positive deflection, i.e. the seismic mass 1 experiences an additional deflection in the direction of the electrode 3a, and/or a negative deflection, i.e. the seismic mass 1 is deflected less far since at least partially cancel the forces, ie external force and force through the electrode 3a on the seismic mass.

Weiter kann das Steuermittel 7 beispielsweise eine Rechteckspannung zwischen 0 V und 3 V zur Verfügung stellen.Furthermore, the control means 7 can provide a square-wave voltage between 0 V and 3 V, for example.

1c zeigt einen Teil einer mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1c 12 shows part of a micromechanical sensor device according to a third embodiment of the present invention.

In 1c ist ein Teil einer mikromechanische Sensorvorrichtung V mit einer seismischen Masse 1 gezeigt, die über einen Hebelarm H am Substrat S mittels einer Befestigung 5a federnd und beweglich angeordnet ist. Der Hebelarm H umfasst dabei keine Piezomittel, also beispielsweise Piezowiderstände oder piezoelektrische Mittel. Im Wesentlichen in der Mitte des Hebelarms H sind senkrecht zu seiner Erstreckung zwischen Befestigung 5 und seismischer Masse 1 jeweils Aufhängungen 6a, 6b angeordnet, die mit piezoelektrischen und/oder piezoresistiven Mitteln Ws versehen sind. Um die Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung V noch weiter zu erhöhen, können die Aufhängungen 6a, 6b im Bereich eines Drehpunktes der seismischen Masse 1, also im Bereich der Befestigung 5 des Hebelarms H angeordnet werden. Die Aufhängungen 6a, 6b sind weiter mit Kontakten 5a, 5b verbunden. Die Anordnung der Kontakte 5a, 5b, sowie deren Zusammenwirken mit Demodulator 9, Steuermittel 7 sowie Elektroden 3a, 3b sind in 1c nicht dargestellt, entsprechen jedoch im Wesentlichen dem Aufbau gemäß der Ausführungsformen der 1a und 1b. Die Balken 6a, 6b können dabei auch als Nanodrähte N ausgeführt werden, d.h. entsprechend schmal bzw. dünn ausgeführt werden, was die Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung V weiter erhöht und gleichzeitig den notwendigen Bauraum für diese weiter reduziert Selbstverständlich können auch Nanodrähte N in der Ausführungsform gemäß 1a verwendet werden. Diese können dann beispielsweise senkrecht zu einem oder mehreren Balken 6a, 6b, 6c entsprechend der 1c angeordnet werden. Deren Kontaktierung erfolgt dann analog gemäß 1c.In 1c shows part of a micromechanical sensor device V with a seismic mass 1, which is arranged resiliently and movably via a lever arm H on the substrate S by means of a fastening 5a. In this case, the lever arm H does not include any piezo means, ie for example piezo resistors or piezoelectric means. Suspensions 6a, 6b, which are provided with piezoelectric and/or piezoresistive means Ws , are arranged essentially in the middle of the lever arm H, perpendicular to its extension between the attachment 5 and the seismic mass 1. In order to further increase the sensitivity of the micromechanical sensor device V, the suspensions 6a, 6b can be arranged in the area of a pivot point of the seismic mass 1, ie in the area of the fastening 5 of the lever arm H. The suspensions 6a, 6b are further connected to contacts 5a, 5b. The arrangement of the contacts 5a, 5b and their interaction with the demodulator 9, control means 7 and electrodes 3a, 3b are shown in 1c not shown, but essentially correspond to the structure according to the embodiments of FIG 1a and 1b . The bars 6a, 6b can also be designed as nanowires N, ie run correspondingly narrow or thin, which further increases the sensitivity of the micromechanical sensor device V and at the same time further reduces the space required for this. Of course, nanowires N in the embodiment according to 1a be used. This can then, for example, perpendicular to one or more bars 6a, 6b, 6c according to the 1c to be ordered. They are then contacted analogously according to FIG 1c .

2 zeigt verwendete Frequenzbereiche für ein sinusförmiges Signal für das temporäre Beaufschlagen der seismischen Masse mit einer zusätzlichen Kraft. 2 shows frequency ranges used for a sinusoidal signal for temporarily applying an additional force to the seismic mass.

Durch das vorstehend beschriebene periodische An- und Abschalten einer Spannung für die Elektrode 3a mittels der Steuermittel 7 gemäß den 1a bzw. 1b wird die mechanische Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung V moduliert, beispielsweise mit einer Frequenz f2. Diese Frequenz f2 muss oberhalb der für die mikromechanische Sensorvorrichtung vorgesehenen Nutzbandbreite f1, jedoch unterhalb der sogenannten mechanischen Eckfrequenz f5 der mikromechanischen Sensorvorrichtung V liegen. Dabei ist f1 < f2 < f5. Die Frequenz f2 für die Modulation der mechanischen Empfindlichkeit der mikromechanischen Sensorvorrichtung muss weiter der Bedingung genügen f2 < f2 < f4 genügen, wobei f3 = f2- f1 und f4 = f2 + f1 ist. Gleichzeitig muss ebenfalls f4 < f5 sein. Die jeweiligen Frequenzen f1, f2, f3, f4, f5 beziehungsweise deren Abstände untereinander sind abhängig von einer jeweiligen Art und/oder Ordnung von Filtern im Demodulator 9.Through the above-described periodic switching on and off of a voltage for the electrode 3a by means of the control means 7 according to FIG 1a or. 1b the mechanical sensitivity of the micromechanical sensor device V is modulated, for example with a frequency f 2 . This frequency f 2 must be above the usable bandwidth f 1 provided for the micromechanical sensor device, but below the so-called mechanical corner frequency f 5 of the micromechanical sensor device V. Here f 1 < f 2 < f 5 . The frequency f 2 for the modulation of the mechanical sensitivity of the micromechanical sensor device must also satisfy the condition f 2 <f 2 <f 4 , where f 3 =f 2 -f 1 and f 4 =f 2 +f 1 . At the same time f 4 must also be < f 5 . The respective frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 5 or their distances from one another depend on a respective type and/or order of filters in the demodulator 9.

Erfolgt das temporäre Beaufschlagen der seismischen Masse 1 mit der zusätzlichen Kraft anhand eines Pseudo-Rausch-Signals kann die Frequenz des Pseudo-Rausch-Signals oberhalb von der Frequenz f4, und insbesondere oberhalb von der Frequenz f5 liegen. In diesen Fällen wird eine mögliche Einkopplung von Störsignalen noch weiter reduziert.If the additional force is temporarily applied to seismic mass 1 using a pseudo-noise signal, the frequency of the pseudo-noise signal can be above frequency f 4 , and in particular above frequency f 5 . In these cases, a possible coupling of interference signals is reduced even further.

Durch die oben genannten Modulation mit der Frequenz f2 wird die auf die seismische Masse 1 einwirkende Kraft in einem Frequenzband f3, f4 mit höherer Frequenz f2 gemessen. Die piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Mittel wandeln nun die auf die seismische Masse einwirkende Kraft aufgrund der äußeren Beschleunigung in eine Spannung um. Hierdurch ist zum einen nun insbesondere im Falle von piezoelektrischen Mittels auch eine Messung einer zeitlich konstanter Beschleunigung der seismischen Masse 1 möglich. Gleichzeitig wird insbesondere im Falle von piezoresistiven Mitteln damit eine deutliche Reduktion eines 1/f-Rauschen ermöglicht.The force acting on the seismic mass 1 is measured in a frequency band f 3 , f 4 with a higher frequency f 2 by the above-mentioned modulation with the frequency f 2 . The piezoresistive and/or piezoelectric means now convert the force acting on the seismic mass into a voltage due to the external acceleration. As a result, on the one hand, a measurement of an acceleration of the seismic mass 1 that is constant over time is now also possible, particularly in the case of piezoelectric means. At the same time, a significant reduction in 1/f noise is made possible, particularly in the case of piezoresistive means.

Die so gewandelte Spannung wird anschließend durch eine phasenrichtige Demodulation im Demodulator 9 in das Basisband mit Frequenz f1 transformiert. Anschließend kann auch eine Tiefpassfilterung erfolgen, so dass schließlich nach einer möglichen Tiefpassfilterung ein Beschleunigungssignal an einem Ausgang 8 für die auf die seismische Masse 1 einwirkende Beschleunigung zur Verfügung gestellt wird.The voltage converted in this way is then transformed into the baseband with frequency f 1 by phase-correct demodulation in the demodulator 9 . Subsequently, a low-pass filtering can also take place, so that finally, after a possible low-pass filtering, an acceleration signal is made available at an output 8 for the acceleration acting on the seismic mass 1 .

3 zeigt ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 Fig. 12 shows a method according to the first embodiment of the present invention.

Das Verfahren gemäß 3 zeigt in einem ersten Schritt S1 ein Einwirken einer äußeren Kraft auf eine seismische Masse 1, die an einem Substrat S beweglich, vorzugsweise federnd angeordnet ist, in einem weiteren Schritt S2 ein Wandeln von Kräften, die auf die seismische Masse 1 einwirken, in ein vorzugsweise elektrisches Signal, mittels eines Piezoeffekts, in einem dritten Schritt S3 ein temporäres, insbesondere periodisches Beaufschlagen der seismischen Masse 1 mit einer zusätzlichen Kraft, in einem vierten Schritt S4 ein Auswerten des vorzugweise elektrischen Signals, und in einem fünften Schritt S5 ein Bereitstellen eines Beschleunigungssignals anhand des gemessenen Signals.The procedure according to 3 shows in a first step S 1 the action of an external force on a seismic mass 1 on a substrate S movable, preferably resiliently arranged, in a further step S 2 a conversion of forces acting on the seismic mass 1, in a preferably electrical signal, by means of a piezo effect, in a third step S 3 a temporary, in particular periodic application of seismic mass 1 with an additional force, in a fourth step S 4 an evaluation of the preferably electrical signal, and in a fifth step S 5 providing an acceleration signal based on the measured signal.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways.

Claims (11)

Mikromechanische Sensorvorrichtung (V) zur Messung einer Beschleunigung, eines Drucks und dergleichen, umfassend ein Substrat (S), eine seismische Masse (1), die am Substrat (S) beweglich, vorzugsweise federnd, angeordnet ist, eine Wandlereinrichtung (E, 5c, 6c, 6a, 6b, WS, WH) zum Wandeln von Kräften, die auf die seismische Masse (1) einwirken, in ein vorzugsweise elektrisches Signal mittels eines Piezoeffektes, Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b), insbesondere Elektroden, zum Beaufschlagen der seismischen Masse (1) mit einer zusätzlichen Kraft, Steuermittel (7) zum Steuern der Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b), wobei die Steuermittel (7) die Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b) derart steuern, dass die seismische Masse (1) temporär, insbesondere periodisch mit der zusätzlichen Kraft beaufschlagt wird, dass die Kraftbeaufschlagungsmittel (3a, 3b) senkrecht zu einer Richtung der Auslenkung der seismischen Masse (1) angeordnet sind und dass eine Federkonstante einer Aufhängung (6a, 6b) der seismischen Masse (1) an eine vorgegebene äußere Bedingung anpassbar ist.Micromechanical sensor device (V) for measuring an acceleration, a pressure and the like, comprising a substrate (S), a seismic mass (1) which is movably, preferably resiliently, arranged on the substrate (S), a converter device (E, 5c, 6c, 6a, 6b, W S , W H ) for converting forces acting on the seismic mass (1) into a preferably electrical signal by means of a piezo effect, force application means (3a, 3b), in particular electrodes, for applying the seismic Mass (1) with an additional force, control means (7) for controlling the force application means (3a, 3b), the control means (7) controlling the force application means (3a, 3b) in such a way that the seismic mass (1) temporarily, in particular periodically the additional force is applied, that the force application means (3a, 3b) are arranged perpendicularly to a direction of deflection of the seismic mass (1) and that a spring constant of a suspension (6a, 6b) of the seismic mass (1) corresponds to a predetermined external condition is customizable. Mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 1, wobei die Wandlereinrichtung (E, 5c, 6c, 6a, 6b, Ws, WH) zum Wandeln von Kräften mittels des Piezoeffektes Mittel (Ws, WH, N) zur piezoresistiven und/oder Mittel (E) zur piezoelektrischen Detektion umfasst.Micromechanical sensor device according to at least claim 1 , wherein the converter device (E, 5c, 6c, 6a, 6b, Ws, W H ) for converting forces by means of the piezo effect comprises means (Ws, W H , N) for piezoresistive and/or means (E) for piezoelectric detection. Mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 1, wobei die Wandlereinrichtung (E, 5c, 6c, 6a, 6b, Ws, WH) zumindest eine Aufhängung (6a, 6b, 6c), insbesondere in Form eines Balkens, umfasst, die die seismische Masse (1) am Substrat (S) beweglich festlegt.Micromechanical sensor device according to at least claim 1 , wherein the transducer device (E, 5c, 6c, 6a, 6b, Ws, W H ) comprises at least one suspension (6a, 6b, 6c), in particular in the form of a beam, which mounts the seismic mass (1) on the substrate (S ) movable. Mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 2 und 3, wobei die Mittel (Ws, WH, N, E) zur piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Detektion an der zumindest einen Aufhängung (6a, 6b, 6c) angeordnet sind.Micromechanical sensor device according to at least claim 2 and 3 , wherein the means (Ws, W H , N, E) for piezoresistive and/or piezoelectric detection are arranged on the at least one suspension (6a, 6b, 6c). Mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 2 oder 3, wobei die Mittel (Ws, WH, N, E) zur piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Detektion einen Nanodraht (N) umfassen, der insbesondere senkrecht zu der Aufhängung (6a, 6b, 6c) angeordnet ist.Micromechanical sensor device according to at least claim 2 or 3 , wherein the means (Ws, W H , N, E) for piezoresistive and/or piezoelectric detection comprise a nanowire (N) which is arranged in particular perpendicularly to the suspension (6a, 6b, 6c). Mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 1, wobei die Mittel (Ws, WH, N, E) zur piezoresistiven und/oder piezoelektrischen Detektion homogene und/oder strukturierte Bereiche in Form von Widerständen (WS, WH) umfassen.Micromechanical sensor device according to at least claim 1 , wherein the means (Ws, W H , N, E) for piezoresistive and/or piezoelectric detection comprise homogeneous and/or structured areas in the form of resistors (W S , W H ). Mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 1, wobei die Wandlereinrichtung (E, 5c, 6c, 6a, 6, Ws, WH) zur differenziellen Detektion von Kräften ausgebildet ist.Micromechanical sensor device according to at least claim 1 , wherein the converter device (E, 5c, 6c, 6a, 6, Ws, W H ) is designed for the differential detection of forces. Mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß zumindest Anspruch 1, wobei Mittel (H) zur Erhöhung der Empfindlichkeit, insbesondere in Form zumindest eines Hebelarms (H) angeordnet sind.Micromechanical sensor device according to at least claim 1 , wherein means (H) for increasing the sensitivity, in particular in the form of at least one lever arm (H) are arranged. Verfahren zum Messen einer Beschleunigung, eines Drucks oder dergleichen, insbesondere geeignet zur Ausführung auf einer Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-8, umfassend die Schritte Einwirken (S1) einer äußeren Kraft auf eine seismische Masse (1), die an einem Substrat (S) beweglich, vorzugsweise federnd, angeordnet ist, auf Grund einer äußeren Beschleunigung Wandeln (S2) von Kräften, die auf die seismische Masse (1) einwirken, in ein vorzugsweise elektrisches Signal, mittels eines Piezoeffektes, temporäres, insbesondere periodisches Beaufschlagen (S3) der seismischen Masse (1) mit einer zusätzlichen Kraft, sowie Auswerten (S4) des vorzugsweise elektrischen Signals und Bereitstellen (S5) eines Beschleunigungssignals anhand des ausgewerteten Signals, Anpassen einer Federkonstante einer Aufhängung (6a, 6b) der seismischen Masse (1) an eine vorgegebene äußere Bedingung.Method for measuring an acceleration, a pressure or the like, in particular suitable for execution on a device according to at least one of Claims 1 - 8th , comprising the steps of acting (S 1 ) an external force on a seismic mass (1), which is movably, preferably resiliently, arranged on a substrate (S), due to an external acceleration converting (S 2 ) of forces on acting on the seismic mass (1), in a preferably electrical signal, by means of a piezo effect, temporarily, in particular periodically, applying (S 3 ) the seismic mass (1) with an additional force, and evaluating (S 4 ) the preferably electrical signal and providing it (S 5 ) an acceleration signal based on the evaluated signal, adapting a spring constant of a suspension (6a, 6b) of the seismic mass (1) to a predetermined external condition. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Auswerten (S4) des elektrischen Signals, insbesondere zeitdiskret oder zeitkontinuierlich erfolgt.procedure according to claim 9 , wherein the evaluation (S 4 ) of the electrical signal, in particular time-discrete or time-continuous. Verfahren gemäß zumindest Anspruch 9, wobei das temporäre Beaufschlagen (S3) der seismischen Masse (1) mit der zusätzlichen Kraft anhand eines rechteckförmigen oder sinusförmigen oder eines Pseudo-Rausch-Signals, erfolgt.Procedure according to at least claim 9 , wherein the temporary loading (S 3 ) of the seismic mass (1) with the additional force takes place using a square-wave or sinusoidal or a pseudo-noise signal.
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