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Die Erfindung betrifft ein kapazitives Sensorelement zur Detektion einer Verschiebung mit einer Vielzahl von Kondensatorelektroden.
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Derartige kapazitive Sensorelemente sind grundsätzlich bekannt. Hierbei werden die Kondensatorelektroden einzeln oder in Gruppen gegenüberliegend angeordnet, wobei eine zu messende Verschiebung dazu führt, dass sich die Kondensatorelektroden relativ zueinander parallel verschieben. Alternativ kann auch zwischen den Kondensatorelektroden eine Blende mit einer Blendenöffnung oder mehreren Blendenöffnungen vorgesehen werden, welche sich im Kondensatorspalt befindet und durch die zu messende Verschiebung verschoben wird. In beiden Fällen ändert sich die effektive Kondensatorfläche, d. h. diejenige Fläche, die unabhängig von der Fläche der Kondensatorelektroden zur Verfügung steht, damit sich ein elektrisches Feld ausbilden kann. Liegen die gegenüberliegenden Kondensatorelektroden nicht vollständig in Deckung bzw. werden Teile der Kondensatorelektroden durch die Blende im Kondensatorspalt überdeckt, so verringert sich die effektive Kondensatorfläche gegenüber der theoretisch maximal möglichen Kondensatorfläche. Diese Veränderung der effektiven Kondensatorfläche führt zur Veränderung der Kapazität C des Kondensators, wobei diese Änderung der Kapazität bei Anliegen einer bekannten Spannung U an den Kondensatorelektroden durch Messung der Ladungsverschiebung ΔQ berechnet werden kann. Die Ladungsverschiebung kann durch Messung des zwischen den Kondensatorplatten fließenden Stroms I über der Zeit t ermittelt werden. Die Berechnung der Ladungsverschiebung ΔQ verhält sich entsprechend nachfolgender Gleichung. ΔQ = UΔC = εε0ΔA/dU mit
- ε:
- Permittivität im Kondensatorspalt
- ε0:
- Permittivität im Vakuum
- ΔA:
- Änderung der Kondensatorfläche
- d:
- Breite des Kondensatorspalts
- U:
- an dem Kondensator anliegende Spannung
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Bei einer Linearverschiebung von rechteckigen Kondensatorplatten ergibt sich: ΔA = lΔx mit
- l:
- Länge der Kondensatorelektroden
- Δx:
- zu messender Verschiebeweg rechtwinklig zur Längenausdehnung der Kondensatorelektroden.
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Soll eine Verschiebung mit dem kapazitiven Sensorelement detektiert werden, so kann prinzipbedingt durch Veränderung der Kapazität nur die Länge des Verschiebeweges festgestellt werden. Es ist allerdings nicht möglich, eine absolute Position zwischen den Kondensatorplatten zu ermitteln. Deswegen muss der Sensor vor Beginn einer Messung dahingehend kalibriert werden, dass eine Stellung der Kondensatorplatten in Bezug zu einer Ausgangslage vor der Messung bekannt ist. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Kondensatorplatten außerhalb jeglicher Überdeckung gebracht werden bzw. die Blende vollständig zwischen die Kondensatorplatten geschoben wird, so dass das elektrische Feld zusammenbricht. Allerdings verzögert die notwendige Kalibrierung die Aufnahme von Messwerten, weil je nach Anwendung eine Kalibrierung in dieser Weise nicht möglich ist (insbesondere in der Wägetechnik).
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, ein kapazitives Sensorelement zur Detektion von Verschiebungen anzugeben, bei dem während der Messungen zumindest in einem bestimmten Messbereich eine Ausgangslage der Verschiebung immer bestimmt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das kapazitive Sensorelement folgendermaßen aufgebaut ist. Es weist eine Vielzahl von ersten Kondensatorelektroden auf, die jeweils in ersten Gruppen zusammengefasst sind, wobei die ersten Kondensatorelektroden in jeder der ersten Gruppen elektrisch parallel geschaltet sind. Die Gruppen ergeben sich mit anderen Worten dadurch, dass alle Kondensatorelektroden einer Gruppe elektrisch parallel geschaltet sind. Es sind mindestens zwei Gruppen von Kondensatorelektroden vorhanden. Das Sensorelement weist weiterhin eine Vielzahl von zweiten Kondensatorelektroden auf, wobei eben jeder der ersten Gruppen von ersten Kondensatorelektroden eine zweite Gruppe von zweiten Kondensatorelektroden mit gleichen Abmessungen derart zugeordnet ist, dass sich so Kondensatoren ausbilden. Ist mit anderen Worten im Zusammenhang mit dieser Erfindung von ersten Kondensatorelektroden oder ersten Gruppen von Kondensatorelektroden die Rede, bezieht sich dies immer auf die eine Seite des Kondensators, ist von den zweiten Kondensatorelektroden oder einer zweiten Gruppe von zweiten Kondensatorelektroden die Rede, bezieht sich das auf die andere Baueinheit, die zur Ausbildung eines Kondensators mit zwei Kondensatorplatten notwendig ist. Ist allgemein von Gruppen von Kondensatorelektroden oder von Kondensatorelektroden die Rede, so bezieht sich das immer sowohl auf die ersten Kondensatorelektroden als auch auf die zweiten Kondensatorelektroden bzw. die ersten und zweiten Gruppen.
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Die Zuordnung der zweiten Gruppe von zweiten Kondensatorelektroden jeweils zur ersten Gruppe von ersten Kondensatorelektroden erfolgt derart, dass sich zwischen den ersten Kondensatorelektroden und den zweiten Kondensatorelektroden bei der zu detektierenden Verschiebung die effektive Kondensatorfläche ändert. Auch die zweiten Kondensatorelektroden in jeder der zwei Gruppen sind elektrisch parallel geschaltet. Die Gruppen untereinander sind voneinander elektrisch völlig unabhängig. Dies ist daher von Bedeutung, weil eine Messung zur Bestimmung einer absoluten Verschiebung, d. h. einer absoluten Lage der verschiebbaren Kondensatorelektroden jeder der Kondensatoren einzeln ausgewertet werden muss. Geometrische Beziehungen zwischen den Kondensatorelektroden jeder Gruppe sind für die Auswertung wichtig. Die verschiedenen Gruppen von Kondensatorelektroden können untereinander aber beliebig angeordnet sein, da eine Auswertung, wie bereits erwähnt, elektrisch unabhängig voneinander erfolgt.
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Um eine Auswertung zu ermöglichen, ist außerdem vorgesehen, dass die Kondensatorelektroden jeder Gruppe in Richtung der zu detektierenden Verschiebung unter Ausbildung von Zwischenräumen hintereinander angeordnet sind, wobei die Zwischenräume die gleichen Abmessungen wie die jeweils benachbarten Kondensatorelektroden aufweisen. Die Abmessungen der ersten Kondensatorelektroden jeder ersten Gruppe (im Folgenden auch kurz als Kondensatorgruppen bezeichnet) unterscheiden sich von den Abmessungen der ersten Kondensatorelektroden aller anderen ersten Gruppen. Durch die bereits erwähnte Beziehung der ersten Gruppen von Kondensatorelektroden und den zugehörigen zweiten Gruppen von Kondensatorelektroden gilt diese geometrische Beziehung automatisch auch für die zweiten Kondensatorelektroden. Dadurch, dass sich die Abmessung der Kondensatorelektroden verschiedener Gruppen voneinander unterscheiden, ist sichergestellt, dass jeder der ausgebildeten Kondensatoren Lageinformationen hinsichtlich der absoluten Verschiebung in einem anderen Muster bereitstellt. Da die Kondensatorelektroden sich mit Zwischenräumen gleicher Abmessungen abwechseln, wiederholen sich die Muster einer Ladungsverschiebung in regelmäßigen Abständen. Durch Überlagerung der Muster aller Kondensatoren wird eine Ortsauflösung durch Auswertung der Messergebnisse ermöglicht (hierzu im Folgenden noch mehr). Dies wird sichergestellt, da die Kapazität der Kondensatorgruppen einzeln bestimmt werden kann.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das kapazitive Sensorelement zur Detektion einer Verschiebung folgendermaßen aufgebaut ist. Es weist eine Vielzahl von ersten Kondensatorelektroden auf, die jeweils in ersten Gruppen zusammengefasst sind, wobei die ersten Kondensatorelektroden in jeder der ersten Gruppe elektrisch parallel geschaltet sind. Weiterhin weist es allerdings eine einzige zweite Kondensatorplatte oder mehrere zweite Kondensatorplatten auf, die den ersten Kondensatorplatten unter Ausbildung eines Kondensatorspaltes gegenüberliegt oder gegenüberliegen. Allerdings ist hier der bereits beschriebene geometrische Bezug gleicher Abmessungen der zweiten Kondensatorplatte oder der zweiten Kondensatorplatten in Bezug auf die ersten Kondensatorelektroden nicht gegeben. Dafür ist eine Blende vorgesehen, mit einer Vielzahl von Blendenöffnungen, wobei jeder der ersten Gruppen von ersten Kondensatorelektroden eine zweite Gruppe von Blendenöffnungen mit gleichen Abmessungen wie die ersten Kondensatorelektroden derart zugeordnet ist, dass sich zwischen den ersten Kondensatorelektroden und der zweiten Kondensatorelektrode oder den zweiten Kondensatorelektroden bei einer zu detektierenden Verschiebung der Blende die effektive Kondensatorfläche der so ausgebildeten Kondensatoren verändert. Die Blende selbst muss auf Massenpotential liegen. Bei dieser Alternative der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die ersten Kondensatorelektroden jeder ersten Gruppe und die Blendenöffnungen jeder zweiten Gruppe in Richtung der zu detektierenden Verschiebung unter Ausbildung von Zwischenräumen hintereinander angeordnet sind, wobei die Zwischenräume die gleichen Abmessungen wie die jeweils benachbarten ersten Kondensatorelektroden oder Blendenöffnungen aufweisen. Außerdem ist vorgesehen, dass die Abmessungen der ersten Kondensatorelektroden jeder ersten Gruppe sich von den Abmessungen der ersten Kondensatorelektroden aller anderen ersten Gruppen unterscheiden und die Kapazität der Kondensatorgruppen einzeln bestimmt werden kann.
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Das Messprinzip beider Alternativen ist also äquivalent. Im einen Fall werden Kondensatorelektroden gleicher Abmessungen einander gegenüberliegend angeordnet, wobei eine Verschiebung dazu führt, dass diese abwechselnd in vollständiger Überdeckung liegen bzw. die ersten Kondensatorelektroden gerade in den Zwischenräumen der zweiten Kondensatorelektroden liegen, womit die Überdeckung vollständig aufgehoben wird. Im Fall der Verwendung einer Blende liegt den ersten Kondensatorelektroden eine einzige zweite Kondensatorelektrode gegenüber, die auch die Zwischenräume der ersten Kondensatorelektroden überdeckt. Allerdings ist die in dem Kondensatorspalt angeordnete verschiebbare Blende mit Blendenöffnungen versehen, die die ersten Kondensatorelektroden abwechselnd völlig freigibt oder völlig überdeckt, wodurch die zur Verfügung stehende effektive Kondensatorfläche auf 0 verringert werden kann. Abhängig von der Verschiebung ist damit für jede Gruppe ein sich wiederholendes Muster einer Veränderung der Kondensatorkapazität detektierbar. Durch Überlagerung dieser Muster lässt sich die Absolutverschiebung im Messbereich vorteilhaft berechnen. Hierdurch ist eine Kalibrierung des Sensors innerhalb des Bereiches, der durch die Kondensatorgruppe mit der größten Ausdehnung ihrer einzelnen Kondensatoren in Verschieberichtung definiert ist, nicht mehr notwendig.
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Die zu detektierende Verschiebung kann beliebig ausfallen. Insbesondere kann es sich um eine Linearverschiebung handeln, die durch die bereits erwähnte Variable Δx dargestellt werden kann. Allerdings sind auch andere Verschiebungen detektierbar, wie z. B. eine Winkelverschiebung. Diese kann beispielsweise mit einem bestimmten Drehwinkel korreliert werden, so dass sich mit dem Verschiebungssensor auch Drehbewegungen messen lassen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der Kondensatoren die gleiche maximale Gesamtfläche aufweist. Hierdurch lassen sich vergleichbare Empfindlichkeiten für alle Kondensatoren erzeugen. Außerdem lassen sich die Messwerte direkt miteinander vergleichen. Auch hinsichtlich des Bauraums, der für das erfindungsgemäße Sensorelement erforderlich ist, lässt sich auf diesem Wege eine Optimierung erreichen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abmessungen der ersten Kondensatorelektroden der ersten Gruppen sich derart voneinander unterscheiden, dass eine Binärcodierung, insbesondere ein Greycode entsteht. Dies wird dadurch erreicht, dass die Flächen der Kondensatorelektroden verschiedener Gruppen derart zueinander angeordnet sind, dass über den Messbereich jede Kombination von Kondensatoren mit vollständiger Überdeckung oder von Kondensatoren ohne Überdeckung der Kondensatorelektroden nur einmal vorkommt. Hierdurch lässt sich beispielsweise durch Verwendung von vier Gruppen von Kondensatorelektroden eine Vier-Bit-Verschlüsselung erreichen. Auch ist ein an sich bekannter Greycode hierdurch erzeugbar. Bei einem Greycode verändert sich die Verschlüsselung bei zu detektierenden benachbarten digitalen Verschiebungsbereichen jeweils nur in einem Bit. Muster für Greycodes sind an sich bekannt und ohne weiteres auf die erfindungsgemäße Bauform des Sensorelementes übertragbar.
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Um eine Binärcodierung zu erzeugen, ist eine digitale Auswertung der Stellung der Kondensatorelektroden von Nöten. Da die Kondensatorelektroden in der Realität jedoch analog verschoben werden und sich damit auch die effektive Kondensatorfläche stufenlos ändert, ist das jeweilige Messergebnis je nach gemessener Kapazität jeweils einer vollständigen Überdeckung gleich 1 oder einer völlig fehlenden Überdeckung gleich 0 zuzuordnen, was durch eine automatische Auswertung des Messergebnisses erfolgen kann.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass alle ersten Kondensatorelektroden auf einem ersten ebenen Substrat und alle zweiten Kondensatorelektroden auf einem zweiten ebenen Substrat angeordnet sind. Baulich entsteht auf diese Weise lediglich ein einziger Kondensatorspalt, in dem auch eine einzige Blende angeordnet werden kann. Dies lässt sich vorteilhaft besonders einfach fertigen. Insbesondere können die Kondensatorelektroden mikromechanisch auf zwei Substraten hergestellt werden. Auch die Montage wird auf diesem Wege vorteilhaft vereinfacht.
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Vorteilhaft kann auch sein, wenn die Kondensatorelektroden auf zwei kammartigen Trägern angeordnet sind, die relativ zueinander beweglich sind und deren Zinken ineinandergreifen. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht, die Fläche der Kondensatorelektroden liegt dann nicht in einem Kondensatorspalt, sondern in vielen Kondensatorspalten, die zwischen den Zinken der kammartigen Strukturen ausgebildet werden.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Kraftmesszelle mit zwei relativ zueinander beweglichen Abschnitten, deren Relativbewegung abhängig von der Kraft F einer zu wiegenden Masse ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Wägezelle als Sonderfall der Kraftmesszelle mit zwei relativ zueinander beweglichen Abschnitten, deren Relativbewegung abhängig von der Gewichtskraft F einer zu wiegenden Masse ist.
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Derartige Kraftmesszellen sind allgemein bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es ferner damit, eine solche Kraftmesszelle mit einem Sensorelement auszustatten, welches eine Kalibrierung überflüssig macht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Sensorelement der bereits beschriebenen Weise an den beweglichen Abschnitten befestigt ist, wobei eine Relativbewegung zwischen den beweglichen Abschnitten als zu detektierende Verschiebung durch das Sensorelement erfasst werden kann. Insbesondere wenn das erfindungsgemäße Sensorelement mikromechanisch aufgebaut ist, können bereits sehr kleine Wege der beweglichen Abschnitte der Kraftmesszelle ermittelt werden, weswegen die Kraftmesszelle sehr steif ausgeführt werden kann. Dadurch lassen sich vorteilhaft auch vergleichsweise große Kräfte messen, zum Beispiel große Massen wiegen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorelementes mit ersten Kondensatorelektroden und zweiten Kondensatorelektroden mit entsprechenden Abmessungen schematisch als Seitenansicht,
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2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorelementes mit ersten Kondensatorelektroden und einer Blende mit Blendenöffnungen, die die gleichen Abmessungen wie die ersten Kondensatorelektroden haben schematisch als Seitenansicht,
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3 die Aufsicht auf ein Substrat mit ersten Kondensatorelektroden,
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4 die Aufsicht auf eine Blende für ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorelementes,
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5 eine Seitenansicht für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorelements mit kammartigen Strukturen und
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6 ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Kraftmesszelle.
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Bei dem Sensorelement gemäß 1 sind exemplarisch nur erste Kondensatorelektroden 11 einer ersten Gruppe 12a dargestellt. Weitere Gruppen gehören ebenfalls zu dem Sensorelement, sind allerdings nicht zu erkennen. Die Kondensatorelektroden 11 der ersten Gruppe sind mit einer elektrischen Leitung 13a parallel geschaltet und an eine Spannungsquelle 14 angeschlossen. Den ersten Kondensatorelektroden 11 liegen zweite Kondensatorelektroden 15 gegenüber, welche mit einer zweiten elektrischen Leitung 13b ebenfalls mit der Spannungsquelle 14 kontaktiert sind und eine Lateralverschiebung 16 ausführen können. Es wird deutlich, dass die Kontaktierung über die elektrische Leitung 13b einen flexiblen Anteil 17 aufweisen muss, um die Verschiebbarkeit der zweiten Kondensatorelektroden zu gewährleisten.
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Die zweiten Kondensatorelektroden 15 bilden eine zweite Gruppe 18a, wobei zu erkennen ist, dass gemäß 1 doppelt so viele zweite Kondensatorelektroden 15 wie erste Kondensatorelektroden 11 vorgesehen sind. Dies bewirkt, dass im Messbereich entlang der Lateralverschiebung 16 unabhängig von der Verschiebungskoordinate Δx immer alle vier ersten Kondensatorelektroden 11 eine gegenüberliegende zweiten Kondensatorelektrode zugeordnet werden kann, wenn es zu einer Überdeckung der ersten Kondensatorelektroden 11 und zweiten Kondensatorelektroden 15 kommt. Hierdurch ist über den gesamten Messbereich bei Überdeckung der ersten Kondensatorelektroden 11 und zweiten Kondensatorelektroden 15 die gleiche Kondensatorkapazität messbar. Die ersten Kondensatorelektroden 11 und zweiten Kondensatorelektroden 15 weisen eine Breite b auf. Zwischen den genannten Kondensatorelektroden sind Zwischenräume 19 vorgesehen, die ebenfalls die Breite b aufweisen. Die Kondensatorelektroden und die Zwischenräume 19 reihen sich in Richtung der Lateralverschiebung 16 abwechselnd aneinander. Daher kommt es bei einer Lateralverschiebung 16 abwechselnd zu einer vollständigen Überdeckung der ersten Kondensatorelektroden 11 und zweiten Kondensatorelektroden 15 und zu überhaupt keiner Überdeckung. Ein Kondensatorspalt 20 bleibt bei der Lateralverschiebung 16 immer konstant. Daher hängt ein über ein Amperemeter 21 zu messender Verschiebestrom nur von dem augenblicklichen Überdeckungsgrad der ersten Kondensatorelektroden 11 und zweiten Kondensatorelektroden 15 ab.
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Die Variante des Sensorelementes gemäß 2 arbeitet unter Einsatz einer Blende 22, die in nicht dargestellter Weise auf Massepotential liegt. Diese ist im Kondensatorspalt 20 zwischen den ersten Kondensatorelektroden 11 und einer zweiten Kondensatorelektrode 23 angeordnet. Die Blende weist Blendenöffnungen 24 auf, deren Breite b genau der Breite b der ersten Kondensatorelektroden 11 entspricht. Ähnlich wie bei der Ausführung gemäß 1 doppelt so viele zweite Kondensatorelektroden wie erste Kondensatorelektroden angeordnet sind, sind gemäß 2 doppelt so viele Blendenöffnungen 24 wie erste Kondensatorelektroden 11 angeordnet. Daher ist auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 gewährleistet, dass eine vollständige Abdeckung und Freigabe der ersten Kondensatorelektroden 11 gegenüber der zweiten Kondensatorelektrode 23 über den gesamten Messbereich ermöglicht wird. Die Blendenöffnungen 24 bilden damit die zweite Gruppe 18a.
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In 3 ist dargestellt, wie die ersten Kondensatorelektroden 11 auf einem ersten Substrat 25 auf mikromechanischem Wege hergestellt werden können. Hierbei ist beispielsweise eine Ätzung der Oberfläche denkbar. Die Kondensatorelektroden 11 jeweils gleicher Abmessungen sind auf dem Substrat 25 in vier Gruppen 12a, 12b, 12c und 12d angeordnet. Zu erkennen sind auch die Zwischenräume 19. Die Anordnung der Gruppen 12a bis 12d auf dem Substrat 25 ist beliebig. Hier sind diese in einem 2 × 2-Array angeordnet. Wichtig ist allerdings, dass die Abfolge von ersten Kondensatorelektroden 11 und dazwischen befindlichen Zwischenräumen 19 bei allen Gruppen 12a bis 12c genau in der Lateralverschiebungsrichtung 16 ausgerichtet ist. Die Kondensatorelektroden 11 jeweils einer Gruppe 12a bis 12d sind jeweils gemeinsam mit ebenfalls auf dem Substrat 25 aufgebrachten Leiterbahnen 26a bis 26d als elektrische Zuleitung kontaktiert. Zur externen Kontaktierung dienen Kontaktpads 27. Nicht dargestellt ist ein zweites Substrat, welches unter Ausbildung des Kondensatorspaltes oberhalb des dargestellten ersten Substrates 25 angeordnet ist und korrespondierende zweite Elektroden aufweisen muss. Das Muster der Anordnung entspricht genau dem in 3 Dargestellten, nur dass, wie zu 1 erläutert, vorteilhaft doppelt so viele zweite Kondensatorelektroden vorgesehen sein sollten. Um dies zu verdeutlichen, ist für die erste Gruppe 12c eine Anordnung der Elektroden auf den nicht dargestellten Substrat durch Ergänzung einer weiteren strichpunktierten zweiten Kondensatorelektrode 15 dargestellt.
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Denkbar ist es auch, dass auf dem nicht dargestellten zweiten Substrat lediglich eine der zweiten Kondensatorelektroden ausgebildet ist oder auch vier zweite Kondensatorelektroden 23, von denen eine in ihrer Kontur ebenfalls strichpunktiert dargestellt ist (obwohl diese sich wie die zweiten Kondensatorelektroden 15 natürlich nicht auf dem dargestellten Substrat 25, sondern auf dem nicht dargestellten zweiten Substrat befindet). In diesem Fall wird in dem sich so ausbildenden Kondensatorspalt zwischen dem ersten Substrat 25 und dem zweiten, nicht dargestellten Substrat eine Blende mit entsprechend angeordneten Blendenöffnungen eingeführt.
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In 4 ist eine Blende 22 dargestellt, die für ein Sensorelement zur Ermittlung einer Winkelverschiebung 28 geeignet ist. Zu erkennen ist das Muster von Öffnungen 24, die in konzentrischen Gruppen 18a, 18b, 18c und 18d angeordnet sind. Die Blende wird um eine Drehachse 29 gedreht, sobald eine Winkelverschiebung 28 auftritt. Unter Beachtung der Blendenöffnungen 24 wird ohne Weiteres deutlich, mit welchem Muster nicht dargestellte erste Elektroden auf einem Substrat aufgebracht werden müssen. Das Muster entspricht nämlich genau denjenigen der Blendenöffnungen.
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In 3 und 4 ist jeweils ein 4-Bit-Binärcode verwirklicht. Gemäß 3 ist die Breite der Elektroden und damit auch der Zwischenräume der Gruppe 12a doppelt so groß wie diejenige der Gruppe 12d, diejenige der Gruppe 12b doppelt so groß wie diejenige der Gruppe 12a und diejenige der Gruppe 12c doppelt so groß wie diejenige der Gruppe 12b. Bei dem Muster der Blendenöffnung 24 gemäß 4 handelt es sich überdies um die Ausführungsform eines Greycodes. Stellt man sich einen Radius vor, der die Blendenöffnungen einmal in einem Winkel von 360° überstreicht, so wird deutlich, dass sich immer nur ein Bit gleichzeitig ändert, was Kennzeichen eines Greycodes ist. Zu bemerken ist außerdem, dass eine sich drehende Blende anders als eine lateral verschobene Blende nicht doppelt so viele Öffnungen wie erste Kondensatorelektroden benötigt, allerdings kann mit einer Drehblende auch höchstens ein Drehwinkelbereich von 360° zuverlässig hinsichtlich der Winkelstellung erfasst werden.
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In 5 ist eine besonders platzsparende Ausführung des Sensorelementes mit zwei kammartigen Trägern 30 dargestellt. Die kammartigen Träger 30 sind ineinander verzahnt, wodurch mehrere Kondensatorspalte 20 entstehen, die mit ersten und zweiten Kondensatorplatten versehen werden können. Die ersten Kondensatorelektroden und zweiten Kondensatorelektroden werden mit einer Ausrichtung auf die Zinken 31 der Kämme aufgebracht, deren Längsausdehnung parallel zur Zeichenebene liegt. Die Lateralverschiebung verläuft demgemäß senkrecht zur Zeichenebene.
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Alternativ (nicht dargestellt) können die Zinken 31 des einen Trägers 30 auch als Blenden ausgeführt sein, die sich dann lateral im Verhältnis zu den Zinken des anderen Kamms bewegen lassen. In diesem Fall bilden die benachbarten Zinken des anderen Kamms jeweils den Kondensatorspalt und es müssen die ersten Kondensatorelektroden 11 und die eine diesen gegenüberliegende zweite Kondensatorelektrode in den betreffenden Zwischenräumen der Zinken 31 ausgebildet sein.
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In 6 ist eine Kraftmesszelle 32 dargestellt. Diese weist zwei Abschnitte 33 auf, die aufgrund der Einprägung einer Wägekraft F in Richtung der Lateralverschiebung 16 verschiebbar sind. Zwei Federelemente 34 (vereinfacht als Biegefedern dargestellt) bilden die Gegenkraft zu der Wägekraft F. Auf Traversen 35 ist das erste Substrat 25 und ein zweites Substrat 36 derart angeordnet, dass in dem sich so ausbildenden Spalt die nicht näher dargestellten ersten Kondensatorelektroden und zweiten Kondensatorelektroden angeordnet werden können. Hierdurch wird das erfindungsgemäße Sensorelement verwirklicht.
