DE102012200643A1 - Capacitive acceleration sensor for acceleration measurement device, has evaluation circuits to evaluate first and second electrical measuring capacitances of second movable electrode and fourth electrode in first mode and third mode - Google Patents

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Andreas Wienss
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Abstract

The sensor has first electrode (22) and second electrode (24) which are both movable relative to substrate (10). The third electrodes (26,28) are associated with first electrode of the mass element (12). An electrical voltage is applied to fourth electrode (30) by electrostatic force on the mass element. The evaluation circuits are adapted to evaluate the first electrical measuring capacitance and second electrical measuring capacitance of the second movable electrode and fourth electrode in first mode and third mode. An independent claim is included for acceleration measurement device.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a capacitive acceleration sensor according to the preamble of claim 1.

Kapazitive Beschleunigungssensoren, insbesondere in MEMS(micro-electromechanical systems)-Technik gefertigte kapazitive Beschleunigungssensoren, sind bereits bekannt und finden breite Anwendung beispielsweise in der Fahrzeugtechnik. Insbesondere existieren derartige Beschleunigungssensoren für Detektierrichtungen, die in einer Ebene liegen, die parallel zu einer Substratebene eines in MEMS-Technik gefertigten kapazitiven Beschleunigungssensors liegen („in plane“-Beschleunigungssensor).Capacitive acceleration sensors, in particular MEMS (micro-electromechanical systems) technology manufactured capacitive acceleration sensors are already known and are widely used, for example in vehicle technology. In particular, such acceleration sensors for detection directions which lie in a plane which lie parallel to a substrate plane of a capacitive acceleration sensor manufactured in MEMS technology (in-plane acceleration sensor) exist.

Um einen Abgleich derartiger in plane-Beschleunigungssensoren zu vereinfachen, wurden bereits zusätzliche Elektrodenstrukturen vorgeschlagen, mit denen ein elektrischer Empfindlichkeitsabgleich ermöglicht ist. In der Druckschrift DE 4432837 B4 ist ein in MEMS-Technik gefertigter in plane-Beschleunigungssensor mit zusätzlichen Elektroden offenbart.In order to simplify an adjustment of such in plane acceleration sensors, additional electrode structures have already been proposed with which an electrical sensitivity adjustment is made possible. In the publication DE 4432837 B4 a MEMS technology fabricated in-plane acceleration sensor with additional electrodes is disclosed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor, der ein Substrat umfasst und ein relativ zum Substrat bewegliches, durch eine Beschleunigung in eine Beschleunigungsrichtung aus einer Ruheposition auslenkbares Masseelement mit zumindest einer ersten und einer zweiten Elektrode aufweist, die beide relativ zum Substrat beweglich sind. Ferner ist der kapazitiven Beschleunigungssensor mit einer in Bezug auf das Substrat feststehenden dritte Elektrode, die der ersten beweglichen Elektrode des Masseelements zugeordnet ist und mit dieser in zumindest einer ersten Betriebsart zumindest eine erste elektrische Messkapazität bildet, und mit einer in Bezug auf das Substrat feststehenden vierten Elektrode ausgestattet, die der zweiten, relativ zum Substrat beweglichen Elektrode des Masseelements zugeordnet ist. Dabei ist an die vierte Elektrode in zumindest einer zweiten Betriebsart eine elektrische Spannung anlegbar zu einer Ausübung einer elektrostatischen Kraft auf das Masseelement, im Wesentlichen mittels der zugeordneten zweiten, beweglichen Elektrode des Masseelements. Außerdem umfasst der kapazitive Beschleunigungssensor zumindest eine Auswerteschaltung, die dazu vorgesehen ist, in der ersten Betriebsart die erste elektrische Messkapazität auszuwerten. Unter einander "zugeordneten" Objekten sollen in diesem Zusammenhang insbesondere Objekte verstanden werden, die eine mit speziell vorgesehenen Eigenschaften ausgestattete Einheit bilden und/oder in einer vorgesehenen Situation in eine speziell vorgesehene Wechselwirkung treten können. Unter "auswerten" soll in diesem Zusammenhang insbesondere messtechnisch erfassen, umwandeln und verstärken verstanden werden.The subject of the present invention is a capacitive acceleration sensor which comprises a substrate and has a mass element that is movable relative to the substrate and can be deflected by an acceleration in an acceleration direction from a rest position with at least a first and a second electrode, both of which are movable relative to the substrate. Furthermore, the capacitive acceleration sensor is provided with a third electrode fixed relative to the substrate and associated with the first movable electrode of the mass element and forming at least a first electrical measuring capacitance in at least a first operating mode and a fourth fixed relative to the substrate Equipped electrode which is associated with the second, relative to the substrate movable electrode of the mass element. In this case, an electrical voltage can be applied to the fourth electrode in at least one second operating mode to exert an electrostatic force on the mass element, essentially by means of the associated second, movable electrode of the mass element. In addition, the capacitive acceleration sensor comprises at least one evaluation circuit, which is provided to evaluate the first electrical measuring capacitance in the first operating mode. In this context, "associated" objects should in particular be understood to mean objects which form a unit equipped with specially provided properties and / or can enter into a specially provided interaction in a given situation. In this context, "evaluating" should be understood as meaning, in particular, metrological capture, conversion and amplification.

Es wird vorgeschlagen, dass die Auswerteschaltung ferner dazu vorgesehen ist, in zumindest einer dritten Betriebsart des Beschleunigungssensors eine zweite Messkapazität auszuwerten, die von der vierten Elektrode und der zugeordneten zweiten, beweglichen Elektrode gebildet ist.It is proposed that the evaluation circuit is further provided for evaluating a second measuring capacitance, which is formed by the fourth electrode and the associated second, movable electrode, in at least one third operating mode of the acceleration sensor.

Dadurch kann auf eine konstruktiv einfache Weise Redundanz zu einem Signal des kapazitiven Beschleunigungssensors erzeugt und eine Plausibilitätsprüfung des Signals bereitgestellt werden. Die Plausibilitätsprüfung kann vorteilhaft bei sicherheitskritischen Applikationen in der Fahrzeugtechnik, beispielsweise einer Fahrdynamikregelungsvorrichtung (ESC) oder einer Airbag-Vorrichtung, eingesetzt werden. Bei einer geeigneten Auslegung ist vorteilhaft eine Durchführung einer Plausibilitätsprüfung innerhalb weniger Millisekunden möglich. Ferner kann durch die Plausibilitätsprüfung vorteilhaft ein abgerissener Bond-Draht auf einem Sensor-Chip detektiert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.As a result, redundancy to a signal of the capacitive acceleration sensor can be generated in a structurally simple manner and a plausibility check of the signal can be provided. The plausibility check can advantageously be used in safety-critical applications in vehicle technology, for example a vehicle dynamics control device (ESC) or an airbag device. With a suitable design, it is advantageously possible to carry out a plausibility check within a few milliseconds. Furthermore, the plausibility check can advantageously detect a torn bond wire on a sensor chip. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Auswerteschaltung zumindest eine erste und eine zweite Ausleseeinheit umfasst, wobei die erste der zwei Ausleseeinheiten in zumindest der ersten Betriebsart des Beschleunigungssensors zu einer zumindest teilweisen Auswertung der ersten elektrischen Messkapazität und die zweite der zwei Ausleseeinheiten zumindest in der dritten Betriebsart des Beschleunigungssensors zu einer zumindest teilweisen Auswertung der zweiten elektrischen Messkapazität vorgesehen ist. Bei einer geeigneten Auslegung kann dadurch besonders schnell ein zu dem Signal des kapazitiven Beschleunigungssensors redundantes Signal erzeugt und die Plausibilität überprüft werden.In addition, it is proposed that the evaluation circuit comprises at least a first and a second readout unit, wherein the first of the two readout units in at least the first operating mode of the acceleration sensor for an at least partial evaluation of the first electrical measuring capacitance and the second of the two readout units at least in the third mode of the Acceleration sensor is provided for an at least partial evaluation of the second electrical measuring capacity. With a suitable design, a signal which is redundant relative to the signal of the capacitive acceleration sensor can be generated very quickly and the plausibility can be checked.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Auswerteschaltung eine Schaltvorrichtung umfasst, die in zumindest der dritten Betriebsart des Beschleunigungssensors dazu vorgesehen ist, zur zumindest teilweisen Auswertung der zweiten elektrischen Messkapazität elektrische Verbindungen zwischen der zweiten Ausleseeinheit einerseits und der vierten Elektrode andererseits herzustellen. Dadurch kann vorteilhaft zwischen einem Betriebszustand einer Auswertung der von den Elektroden gebildeten zweiten Messkapazität und einem passiven Betriebszustand dieser Elektroden gewechselt werden, in dem diese beispielsweise mit einem elektrischen Mittelmassenpotential beaufschlagt werden.Furthermore, it is proposed that the evaluation circuit comprises a switching device which is provided in at least the third operating mode of the acceleration sensor to produce electrical connections between the second readout unit on the one hand and the fourth electrode on the other hand for the at least partial evaluation of the second electrical measuring capacitance. As a result, it is advantageously possible to switch between an operating state of an evaluation of the second measuring capacitance formed by the electrodes and a passive operating state of these electrodes in which they are acted upon, for example, by an electrical middle mass potential.

Wenn die Auswerteschaltung zumindest eine Zeitmultiplexschaltung zur zeitlich aufeinander folgenden Auswertung der ersten und der zweiten elektrischen Messkapazität aufweist, kann vorteilhaft eine einzige Ausleseeinheit zur Auswertung der ersten und zweiten elektrischen Messkapazitäten verwendet werden, wodurch sich ein schaltungstechnischer Aufwand verringern lässt. Diese Lösung bietet sich insbesondere für zeitunkritische Anwendungen an. Unter "Zeitmultiplexverfahren" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass mehrere Signale zeitversetzt übertragen werden. If the evaluation circuit has at least one time-division multiplex circuit for temporally successive evaluation of the first and the second electrical measuring capacitance, a single read-out unit can advantageously be used to evaluate the first and second electrical measuring capacitances, thereby reducing circuitry complexity. This solution is particularly suitable for non-time critical applications. By "time-division multiplexing" should be understood in this context, in particular, that several signals are transmitted with a time delay.

Mit besonderem Vorteil weist die Auswerteschaltung zumindest ein Differenzverstärkerelement auf, durch das sich in besonders einfacher Weise Signaldifferenzen bei einer Auswertung von mehreren Messkapazitäten auswerten und weiterverarbeiten, beispielsweise verstärken, lassen. Bevorzugt ist das Differenzverstärkerelement als Operationsverstärker ausgebildet. Grundsätzlich kann die Auswerteschaltung aber auch mit anderen, dem Fachmann zur Auswertung und Weiterverarbeitung der Signaldifferenzen als geeignet erscheinenden Bauelementen ausgestattet sein.Particularly advantageously, the evaluation circuit has at least one differential amplifier element, by means of which signal differences in an evaluation of a plurality of measuring capacitances can be evaluated and further processed, for example amplified, in a particularly simple manner. Preferably, the differential amplifier element is designed as an operational amplifier. In principle, however, the evaluation circuit can also be equipped with other components which appear to be suitable for the evaluation and further processing of the signal differences.

Des Weiteren wird eine Beschleunigungsmessvorrichtung vorgeschlagen, die einen ersten erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor und zumindest einen zweiten erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor aufweist, wobei der zweite Beschleunigungssensor relativ zu dem ersten Beschleunigungssensor um eine Drehachse gedreht angeordnet ist, die senkrecht zu einer Beschleunigungsebene angeordnet ist, die von Detektierrichtungen der Beschleunigungssensoren aufgespannt ist. Unter einer "durch zwei Richtungen aufgespannten Ebene" soll in diesem Zusammenhang insbesondere die Gesamtheit aller Raumpunkte verstanden werden, die sich durch eine beliebige Linearkombination der Detektierrichtungen darstellen lassen, wobei die Detektierrichtungen nicht kollinear sind. Vorteilhaft beträgt ein Drehwinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor mindestens 20°, bevorzugt 21° bis 60° und ganz besonders bevorzugt 61° bis 90°. Aufgrund der Symmetrie- bzw. Antisymmetrieeigenschaften der Winkelfunktionen bei Supplementwinkeln sind um einen Supplementwinkel gedrehte Anordnungen der beiden Beschleunigungssensoren in gleicher Weise vorteilhaft, so dass der Drehwinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor auch höchstens 160°, bevorzugt 120° bis 159° und ganz besonders bevorzugt 90° bis 119° betragen kann.Furthermore, an acceleration measuring device is proposed which has a first acceleration sensor according to the invention and at least one second acceleration sensor according to the invention, wherein the second acceleration sensor is arranged rotated relative to the first acceleration sensor about an axis of rotation which is perpendicular to an acceleration plane which is spanned by detection directions of the acceleration sensors is. In this context, a "plane spanned by two directions" should be understood as meaning, in particular, the entirety of all spatial points which can be represented by any linear combination of the detection directions, the detection directions not being collinear. Advantageously, a rotational angle between the first and the second acceleration sensor is at least 20 °, preferably 21 ° to 60 ° and very particularly preferably 61 ° to 90 °. Due to the symmetry or anti-symmetry properties of the angular functions at supplement angles, arrangements of the two acceleration sensors rotated about a supplement angle are equally advantageous, so that the angle of rotation between the first and the second acceleration sensor is also at most 160 °, preferably 120 ° to 159 ° and especially may preferably be 90 ° to 119 °.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Beschleunigungsmessvorrichtung umfasst zumindest eine der beiden Auswerteschaltungen der Beschleunigungssensoren zumindest eine Ausleseeinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest die zweite Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und zumindest die zweite Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensors zumindest teilweise gemeinsam auszuwerten. Dadurch kann eine besonders einfache Plausibilitätsprüfung der Beschleunigungsmessvorrichtung eingerichtet und bereitgestellt werden.In an advantageous embodiment of the acceleration measuring device, at least one of the two evaluation circuits of the acceleration sensors comprises at least one readout unit, which is provided to at least partially evaluate at least the second measuring capacity of the first acceleration sensor and at least the second measuring capacity of the second acceleration sensor together. As a result, a particularly simple plausibility check of the acceleration measuring device can be set up and provided.

Wenn die Beschleunigungsmessvorrichtung eine Schaltvorrichtung aufweist, die in zumindest einer Betriebsart dazu vorgesehen ist, elektrische Verbindungen zwischen der Ausleseeinheit einerseits und der zweiten Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und der zweiten Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensor herzustellen, kann vorteilhaft in der für die einzelnen Beschleunigungssensoren beschriebene Weise zwischen einem Betriebszustand einer Auswertung der von den Elektroden gebildeten zweiten Messkapazitäten und einem passiven Betriebszustand dieser Elektroden gewechselt werden. Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Beschleunigungsmessvorrichtung mit einer Auswahleinheit zur Auswahl von elektrischen Verbindungen zumindest zwischen der zweiten Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und der zweiten Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensors einerseits und der Ausleseeinheit andererseits ausgestattet ist. Dadurch lässt sich auf schaltungstechnisch einfache Weise eine gewünschte Auswahl der bei der Plausibilitätsprüfung zu überprüfenden Beschleunigungsrichtung einrichten.If the acceleration measuring device has a switching device which is provided in at least one operating mode to establish electrical connections between the readout unit on the one hand and the second measuring capacitance of the first acceleration sensor and the second measuring capacitance of the second acceleration sensor, can advantageously be connected in the manner described for the individual acceleration sensors Operating state of an evaluation of the second measuring capacitances formed by the electrodes and a passive operating state of these electrodes are changed. It is also proposed that the acceleration measuring device is equipped with a selection unit for selecting electrical connections at least between the second measuring capacity of the first acceleration sensor and the second measuring capacity of the second acceleration sensor on the one hand and the read-out unit on the other hand. As a result, a desired selection of the acceleration direction to be checked during the plausibility check can be set up in a circuit-wise simple manner.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines kapazitiven, in MEMS-Technik gefertigten Beschleunigungssensors, 1 a schematic representation of a capacitive, made in MEMS technology acceleration sensor,

2 eine schematische Darstellung eines Beschleunigungssensors gemäß der 1 mit einer Auswerteschaltung, 2 a schematic representation of an acceleration sensor according to the 1 with an evaluation circuit,

3 eine schematische Darstellung einer Beschleunigungsmessvorrichtung mit zwei kapazitiven Beschleunigungssensoren gemäß der 1, und 3 a schematic representation of an acceleration measuring device with two capacitive acceleration sensors according to the 1 , and

4 eine schematische Darstellung der Beschleunigungsmessvorrichtung mit zwei kapazitiven Beschleunigungssensoren gemäß der 1 mit einer Zusatzvariante. 4 a schematic representation of the acceleration measuring device with two capacitive acceleration sensors according to the 1 with an additional variant.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines kapazitiven Beschleunigungssensors, der in bekannter Weise in MEMS(micro-electro-mechanical systems)-Technik aufgebaut ist. Auf einem Substrat 10, das eine ebene Fläche aufweist, die parallel zu der Zeichenebene der 1 liegt, ist ein Masseelement 12 angeordnet, das im Wesentlichen als ebene, rechteckige Platte 14 ausgebildet und mit nicht dargestellten Federelementen auf dem Substrat 10 angebracht ist und ohne eine Einwirkung äußerer Kräfte eine Ruheposition parallel zu der ebenen Fläche des Substrats 10 einnimmt. Durch die Federelemente ist das Masseelement 12 relativ zum Substrat 10 in Detektierrichtungen 16, die in der 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet sind, beweglich und durch eine äußere Beschleunigung a in einer Beschleunigungsrichtung, die eine Komponente parallel zu den Detektierrichtungen 16 aufweist, aus der Ruheposition auslenkbar. Wegen der Reaktion auf die äußere Beschleunigung a beispielsweise aufgrund von Erschütterungen ist für das Masseelement 12 auch die Bezeichnung „seismische Masse“ gebräuchlich. Bei Aussetzen der äußeren Beschleunigung a geht das Masseelement 12 durch die elastische Wirkung der Federelemente in die Ruheposition zurück. 1 shows a schematic representation of a capacitive acceleration sensor, which is constructed in a known manner in MEMS (micro-electro-mechanical systems) technology. On a substrate 10 which has a flat surface parallel to the plane of the drawing 1 is, is a mass element 12 arranged, essentially as a flat, rectangular plate 14 formed and with spring elements, not shown, on the substrate 10 is mounted and without the action of external forces a rest position parallel to the flat surface of the substrate 10 occupies. By the spring elements is the mass element 12 relative to the substrate 10 in detection directions 16 in the 1 are indicated by a double arrow, movable and by an external acceleration a in an acceleration direction, which is a component parallel to the detection directions 16 has, deflected from the rest position. Because of the reaction to the external acceleration a, for example due to vibration is for the mass element 12 also the term "seismic mass" in use. Upon exposure of the external acceleration a, the mass element goes 12 back to the rest position by the elastic action of the spring elements.

An vier Aussenkanten 18, 20 des Masseelements 12 sind in regelmäßigen Abständen voneinander einstückig mit dem Masseelement 12 ausgebildete erste Elektroden 22 und zweite Elektroden 24 angeordnet. Dabei bilden die an den längeren Außenkanten 18 angeordneten Elektroden die ersten Elektroden 22 und die an den kürzeren Außenkanten 20 angeordneten Elektroden die zweiten Elektroden 24. Die ersten Elektroden 22 und die zweiten Elektroden 24 sind somit ebenfalls relativ zum Substrat 10 bewegbar. Sie sind als ebene Platten mit einer rechteckigen Form ausgebildet, deren eine der kürzeren Seiten mit den Außenkanten 18, 20 des Masseelements 12 fluchtet, und die eine längere Symmetrieachse 32 aufweisen, die jeweils senkrecht zu einer der Außenkanten 18, 20 des Masseelements 12 angeordnet ist.At four outer edges 18 . 20 of the mass element 12 are at regular intervals from each other in one piece with the mass element 12 formed first electrodes 22 and second electrodes 24 arranged. They form at the longer outer edges 18 arranged electrodes, the first electrode 22 and those at the shorter outer edges 20 arranged electrodes, the second electrode 24 , The first electrodes 22 and the second electrodes 24 are thus also relative to the substrate 10 movable. They are designed as flat plates with a rectangular shape, one of the shorter sides with the outer edges 18 . 20 of the mass element 12 is aligned, and the one longer axis of symmetry 32 each having perpendicular to one of the outer edges 18 . 20 of the mass element 12 is arranged.

Weiterhin sind auf der ebenen Fläche des Substrats 10, den längeren der Außenkanten 18 des Masseelements 12 gegenüberstehend und von diesem galvanisch getrennt, zwei galvanisch voneinander getrennte, relativ zum Substrat 10 feststehende, dritte Elektroden 26, 28 in Kammform aufgebracht. Dabei grei- fen die beiden dritten Elektroden 26, 28 und die einstückig mit dem Masseelement 12 ausgebildeten ersten Elektroden 22 ineinander, so dass in einer Richtung parallel zu der längeren Außenkante 18 abwechselnd eine der ersten dritten Elektrode 26, eine der ersten Elektroden 22 und eine der zweiten dritten Elektrode 28 angeordnet sind.Furthermore, on the flat surface of the substrate 10 , the longer the outer edges 18 of the mass element 12 opposite and galvanically separated from each other, two galvanically separated, relative to the substrate 10 fixed, third electrodes 26 . 28 applied in comb shape. The two third electrodes grip 26 . 28 and the one-piece with the mass element 12 formed first electrodes 22 into each other, so that in one direction parallel to the longer outer edge 18 alternately one of the first third electrode 26 , one of the first electrodes 22 and one of the second third electrode 28 are arranged.

Auf der ebenen Fläche des Substrats 10 sind ferner, den kürzeren Außenkanten 20 des Masseelements 12 gegenüberstehend, relativ zum Substrat 10 feststehende vierte Elektroden 30 in Kammform aufgebracht. Dabei greifen die vierten Elektroden 30 und die einstückig mit dem Masseelement 12 ausgebildeten zweiten Elektroden 24 ineinander, so dass in einer Richtung parallel zu der kürzeren Außenkante 20 abwechselnd eine der zweiten Elektroden 24 und eine der vierten Elektroden 30 angeordnet sind. Die zweiten Elektroden 24 und die vierten Elektroden 30 sind dazu vorgesehen, bei einer geeigneten Beschaltung jeweils paarweise Anordnungen mit kapazitiven elektrischen Eigenschaften auszubilden, die als elektrische Messkapazität verwendbar sind. Somit sind die vierten Elektroden 30 den zweiten Elektroden 24 zugeordnet.On the flat surface of the substrate 10 are further, the shorter outer edges 20 of the mass element 12 opposite, relative to the substrate 10 fixed fourth electrodes 30 applied in comb shape. The fourth electrodes are engaged 30 and the one-piece with the mass element 12 formed second electrodes 24 into each other, so that in one direction parallel to the shorter outer edge 20 alternately one of the second electrodes 24 and one of the fourth electrodes 30 are arranged. The second electrodes 24 and the fourth electrodes 30 are intended to form pairs of arrangements with capacitive electrical properties, which can be used as electrical measuring capacity with a suitable wiring. Thus, the fourth electrodes 30 the second electrodes 24 assigned.

Die ersten Elektroden 22 und die zugeordneten ersten dritten Elektroden 26 und zweiten dritten Elektroden 28 können bei einer geeigneten Beschaltung jeweils paarweise Anordnungen mit kapazitiven elektrischen Eigenschaften ausbilden, die als elektrische Messkapazitäten verwendbar sind. Somit sind die ersten dritten Elektroden 26 und die zweiten dritten Elektroden 28 den ersten Elektroden 22 zugeordnet. Bei einer Auslenkung des Masseelements 12 aufgrund der Beschleunigung a treten Änderungen der geometrischen Verhältnisse zwischen den Elektroden ein, durch die die kapazitiven Eigenschaften der Anordnungen verändert sind. Die Änderungen können durch im Folgenden exemplarisch ausgewählte und in schematischer Weise beschriebene elektronische Schaltungen ausgewertet werden. Die Auswahl der beschriebenen elektronischen Schaltungen soll dabei in keiner Weise einschränkend zu verstehen sein. Vielmehr wird der Fachmann nach Studium der angegebenen Beschreibung aus den ihm geläufigen Auswerteschaltungen diejenige auswählen, die ihm für die vorliegende Anwendung am geeignetsten erscheint.The first electrodes 22 and the associated first third electrodes 26 and second third electrodes 28 With a suitable wiring, each pair can form arrangements with capacitive electrical properties, which can be used as electrical measuring capacitors. Thus, the first third electrodes 26 and the second third electrodes 28 the first electrodes 22 assigned. At a deflection of the mass element 12 Due to the acceleration a, changes in the geometric relationships between the electrodes occur, which change the capacitive properties of the arrangements. The changes can be evaluated by electronic circuits selected as examples below and described in schematic fashion. The selection of the electronic circuits described is intended to be understood in any way limiting. On the contrary, the person skilled in the art, after studying the description given, will select from the evaluation circuits which are familiar to him the one which seems most suitable for the present application.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beschleunigungssensors gemäß der 1 mit einer Auswerteschaltung 34, die zwei Ausleseeinheiten 36, 38 aufweist, von denen jede ein als Operationsverstärker 42, 44 ausgebildetes Differenzverstärkerelement umfasst. 2 shows a schematic representation of an acceleration sensor according to the 1 with an evaluation circuit 34 , the two elite units 36 . 38 each having one as an operational amplifier 42 . 44 formed differential amplifier element.

In einer ersten Betriebsart des Beschleunigungssensors bilden die ersten Elektroden 22 und die zugeordneten ersten dritten Elektroden 26 und die zweiten dritten Elektroden 28 jeweils paarweise erste elektrische Messkapazitäten aus. Die ersten dritten Elektroden 26 des Beschleunigungssensors sind mit einem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 der ersten Ausleseeinheit 36 verbunden. Die zweiten dritten Elektroden 28 des Beschleunigungssensors sind mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 der ersten Ausleseeinheit 36 verbunden. Der Operationsverstärker 42 der ersten Ausleseeinheit 36 der Auswerteschaltung 34 ist dazu vorgesehen, in einer ersten Betriebsart des Beschleunigungssensors die ersten elektrischen Messkapazitäten auszuwerten.In a first mode of operation of the acceleration sensor, the first electrodes form 22 and the associated first third electrodes 26 and the second third electrodes 28 in pairs first electrical measuring capacitors. The first third electrodes 26 of the acceleration sensor are with a non-inverting input of the operational amplifier 42 the first readout unit 36 connected. The second third electrodes 28 of the acceleration sensor are connected to an inverting input of the operational amplifier 42 the first readout unit 36 connected. The operational amplifier 42 the first readout unit 36 the evaluation circuit 34 is intended to evaluate the first electrical measuring capacitors in a first operating mode of the acceleration sensor.

Zur Messung einer Auslenkung des Masseelements 12 werden Änderungen der kapazitiven elektrischen Eigenschaften der ersten elektrischen Messkapazitäten durch die erste Ausleseeinheit 36 erfasst, verstärkt und in ein im Wesentlichen auslenkungsproportionales Ausgangssignal 46 umgewandelt und damit teilweise ausgewertet.For measuring a deflection of the mass element 12 are changes in the capacitive electrical properties of the first electrical measuring capacitors by the first readout unit 36 detected, amplified and in a substantially deflection-proportional output signal 46 converted and thus partially evaluated.

Die vierten Elektroden 30 an der in der Ansicht der 2 rechten, kürzeren Außenkante 20 des Beschleunigungssensors sind mit einem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 44 der zweiten Ausleseeinheit 38 verbunden. Die vierten Elektroden 30 an der in der Ansicht der 2 linken, kürzeren Außenkante 20 des Beschleunigungssensors sind mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 44 der zweiten Ausleseeinheit 38 verbunden. Die zweite Ausleseeinheit 38 der Auswerteschaltung 34 ist dazu vorgesehen, in einer dritten Betriebsart des Beschleunigungssensors eine zweite elektrische Messkapazität auszuwerten, die von den zweiten Elektroden 24 und den zugeordneten vierten Elektroden 30 gebildet ist.The fourth electrodes 30 at the in the view of 2 right, shorter outer edge 20 of the acceleration sensor are connected to a non-inverting input of the operational amplifier 44 the second readout unit 38 connected. The fourth electrodes 30 at the in the view of 2 left, shorter outer edge 20 of the acceleration sensor are connected to an inverting input of the operational amplifier 44 the second readout unit 38 connected. The second readout unit 38 the evaluation circuit 34 is intended, in a third operating mode of the acceleration sensor, to evaluate a second electrical measuring capacitance which is from the second electrodes 24 and the associated fourth electrodes 30 is formed.

Grundsätzlich könnte auch nur eine der kürzeren Außenkanten 20 des Beschleunigungssensors mit vierten Elektroden 30 ausgestattet sein. In diesem Fall sind die vierten Elektroden 30 an der kürzeren Außenkante 20 des Beschleunigungssensors mit einem der beiden Eingänge des Operationsverstärkers 44 der zweiten Ausleseeinheit 38 zu verbinden. Der andere der beiden Eingänge des Operationsverstärkers 44 der zweiten Ausleseeinheit 38 ist dann mit einer konstanten Referenzkapazität zu verbinden, die beispielsweise von einem Kondensatorelement gebildet ist.Basically, only one of the shorter outer edges could 20 the acceleration sensor with fourth electrodes 30 be equipped. In this case, the fourth electrodes are 30 at the shorter outer edge 20 the acceleration sensor with one of the two inputs of the operational amplifier 44 the second readout unit 38 connect to. The other of the two inputs of the operational amplifier 44 the second readout unit 38 is then to be connected to a constant reference capacitance, which is formed for example by a capacitor element.

Bei einer Auslenkung des Masseelements 12 werden Änderungen der kapazitiven elektrischen Eigenschaften der zweiten elektrischen Messkapazität durch die zweite Ausleseeinheit 38 erfasst, verstärkt und in ein im Wesentlichen auslenkungsproportionales, zweites Ausgangssignal 48 umgewandelt. Das zweite Ausgangssignal 48 kann zur Überwachung und als zum ersten Ausgangssignal 46 redundantes, zweites Ausgangssignal 48 dienen und zur Plausibilisierung des ersten Ausgangssignals 46 verwendet werden.At a deflection of the mass element 12 are changes in the capacitive electrical properties of the second electrical measuring capacity by the second readout unit 38 detected, amplified and in a substantially Auslenkungsproportionales, second output signal 48 transformed. The second output signal 48 can be used for monitoring and as the first output signal 46 redundant, second output signal 48 serve and for plausibility of the first output signal 46 be used.

Die Auswerteschaltung 34 umfasst weiterhin eine Schaltvorrichtung 50, die in der dritten Betriebsart des Beschleunigungssensors dazu vorgesehen ist, zum Zweck der oben beschriebenen teilweisen Auswertung der zweiten elektrischen Messkapazität elektrische Verbindungen zwischen der zweiten Ausleseeinheit 38 einerseits und der vierten Elektrode 30 andererseits herzustellen.The evaluation circuit 34 further comprises a switching device 50 which is provided in the third operating mode of the acceleration sensor for the purpose of the above-described partial evaluation of the second electrical measuring capacity electrical connections between the second read-out unit 38 on the one hand and the fourth electrode 30 on the other hand.

Die 2 zeigt Schaltkontakte der Schaltvorrichtung 50 in der für die dritte Betriebsart vorgesehenen Stellung. Eine andere Stellung der Schaltkontakte der Schaltvorrichtung 50 ermöglicht eine zweite Betriebsart des Beschleunigungssensors, in der an die vierte Elektrode 30 über Anschlüsse 52, 54 der Auswerteschaltung 34 elektrische Spannungen anlegbar sind zu einer Ausübung einer elektrostatischen Kraft auf das Masseelement 12, die im Wesentlichen mittels der zweiten Elektroden 24 des Masseelements 12 übertragbar ist. Durch die Ausübung der elektrostatischen Kraft auf das Masseelement 12 in der zweiten Betriebsart ist in bekannter Weise ein elektrischer Funktionsabgleich des Beschleunigungssensors ermöglicht.The 2 shows switching contacts of the switching device 50 in the position provided for the third mode. Another position of the switching contacts of the switching device 50 allows a second mode of operation of the acceleration sensor in which to the fourth electrode 30 over connections 52 . 54 the evaluation circuit 34 electrical voltages can be applied to exert an electrostatic force on the mass element 12 essentially by means of the second electrodes 24 of the mass element 12 is transferable. By exerting the electrostatic force on the mass element 12 in the second mode, an electrical function calibration of the acceleration sensor is possible in a known manner.

3 zeigt eine Beschleunigungsmessvorrichtung 56 mit zwei kapazitiven Beschleunigungssensoren gemäß der 1 in einer schematischen Darstellung. Ein kartesisches Koordinatensystem 58, in dem die xy-Ebene parallel zu der Zeichenebene der 3 angeordnet ist, ist in der 3 angegeben. Die Beschleunigungssensoren sind jeweils in einer Detektierrichtung 60, 61 und deren Gegenrichtung empfindlich, die in der Zeichenebene der 3 liegen und durch Doppelpfeile bezeichnet sind. Beliebige Linearkombinationen der Detektierrichtungen 60, 61 der Beschleunigungssensoren spannen eine Beschleunigungsebene auf, die parallel zur Zeichenebene angeordnet ist. Der erste Beschleunigungssensor und der zweite Beschleunigungssensor sind beabstandet angeordnet und relativ zueinander um eine Drehachse 62 gedreht, die senkrecht zu der Beschleunigungsebene angeordnet ist, wobei gedachte Verlängerungen der Detektierrichtungen 60, 61 einen Winkel 64 von exakt 90° bilden. Der erste Beschleunigungssensor ist in der Ansicht der 3 gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel von 45° aus der positiven x-Richtung gedreht. 3 shows an accelerometer 56 with two capacitive acceleration sensors according to the 1 in a schematic representation. A Cartesian coordinate system 58 in which the xy plane is parallel to the drawing plane of the 3 is arranged in the 3 specified. The acceleration sensors are each in a detection direction 60 . 61 and their opposite direction delicate, which in the plane of the 3 lie and are indicated by double arrows. Any linear combinations of the detection directions 60 . 61 The acceleration sensors span an acceleration plane which is arranged parallel to the plane of the drawing. The first acceleration sensor and the second acceleration sensor are spaced apart and relative to each other about an axis of rotation 62 rotated, which is arranged perpendicular to the acceleration plane, wherein imaginary extensions of the detection directions 60 . 61 an angle 64 of exactly 90 °. The first accelerometer is in the view of 3 rotated counterclockwise by an angle of 45 ° from the positive x-direction.

Der erste Beschleunigungssensor weist eine Auswerteschaltung 66 mit einer ersten Ausleseeinheit 40 auf, die ein als Operationsverstärker 68 ausgebildetes Differenzverstärkerelement zur bereits zuvor beschriebenen teilweisen Auswertung einer ersten elektrischen Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors umfasst. Der zweite Beschleunigungssensor weist ebenfalls eine Auswerteschaltung 70 mit einer zweiten Ausleseeinheit 72 auf, die ein als Operationsverstärker 74 ausgebildetes Differenzverstärkerelement zur bereits zuvor beschriebenen teilweisen Auswertung einer ersten elektrischen Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensors umfasst.The first acceleration sensor has an evaluation circuit 66 with a first readout unit 40 on, the one as op amp 68 trained differential amplifier element for before described partial evaluation of a first electrical measuring capacitance of the first acceleration sensor. The second acceleration sensor also has an evaluation circuit 70 with a second readout unit 72 on, the one as op amp 74 formed differential amplifier element for the previously described partial evaluation of a first electrical measuring capacitance of the second acceleration sensor comprises.

Ein Ausgangssignal 76 der ersten Ausleseeinheit 40 beinhaltet folgende Linearkombination von Komponenten der Beschleunigung a in x- und y-Richtung:

Figure 00100001
wobei S1 eine Empfindlichkeit der ersten Ausleseeinheit 40 auf die Beschleunigung a = (ax, ay, az) bedeutet.An output signal 76 the first readout unit 40 contains the following linear combination of components of the acceleration a in x and y direction:
Figure 00100001
where S 1 is a sensitivity of the first readout unit 40 to the acceleration a = (a x , a y , a z ).

Ein Ausgangssignal 78 der zweiten Ausleseeinheit 72 beinhaltet bei Wirkung der Beschleunigung a folgende Linearkombination von Komponenten der Beschleunigung a in x- und y-Richtung:

Figure 00100002
wobei S2 eine Empfindlichkeit der zweiten Ausleseeinheit 72 auf die Beschleunigung a = (ax, ay, az) bedeutet.An output signal 78 the second readout unit 72 includes the following linear combination of components of the acceleration a in the x- and y-direction with effect of the acceleration a:
Figure 00100002
where S 2 is a sensitivity of the second readout unit 72 to the acceleration a = (a x , a y , a z ).

Die Auswerteschaltung 70 des zweiten Beschleunigungssensors umfasst eine dritte Ausleseeinheit 82 mit einem als Operationsverstärker 84 ausgebildeten Differenzverstärkerelement, die dazu vorgesehen ist, eine zweite Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und eine zweite Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensors teilweise gemeinsam auszuwerten. Vierte Elektroden 30 an in der 3 tiefer angeordneten Außenkanten 20 des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors sind mit einem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 82 der dritten Ausleseeinheit 82 verbunden. Vierte Elektroden 30 an in der 3 höher angeordneten Außenkanten 20 des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors sind mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 84 der dritten Ausleseeinheit 82 verbunden.The evaluation circuit 70 of the second acceleration sensor comprises a third read-out unit 82 with one as op amp 84 formed differential amplifier element, which is intended to partially evaluate a second measuring capacitance of the first acceleration sensor and a second measuring capacitance of the second acceleration sensor together. Fourth electrodes 30 in the 3 deeper outer edges 20 of the first and second acceleration sensors are connected to a non-inverting input of the operational amplifier 82 the third readout unit 82 connected. Fourth electrodes 30 in the 3 higher arranged outer edges 20 of the first and second acceleration sensors are connected to an inverting input of the operational amplifier 84 the third readout unit 82 connected.

Die Auswerteschaltung 70 des zweiten Beschleunigungssensors umfasst ferner eine Schaltvorrichtung 86, die in einer Betriebsart der Beschleunigungsmessvorrichtung 56 dazu vorgesehen ist, zum Zweck der bereits beschriebenen teilweisen Auswertung von zweiten elektrischen Messkapazitäten elektrische Verbindungen zwischen der dritten Ausleseeinheit 82 einerseits und den vierten Elektroden 30 des ersten Beschleunigungssensors und den vierten Elektroden 30 des zweiten Beschleunigungssensors andererseits herzustellen.The evaluation circuit 70 The second acceleration sensor further includes a switching device 86 in an operating mode of the accelerometer 56 is provided for the purpose of the already described partial evaluation of second electrical measuring capacitances electrical connections between the third read-out unit 82 on the one hand and the fourth electrodes 30 of the first acceleration sensor and the fourth electrodes 30 of the second acceleration sensor, on the other hand.

Die 3 zeigt Schaltkontakte der Schaltvorrichtung 86 in der für diese Betriebsart vorgesehenen Stellung. Ein Ausgangssignal 80 der dritten Ausleseeinheit 82 beinhaltet bei Wirkung der Beschleunigung a folgende Linearkombination von Komponenten der Beschleunigung a in x- und y-Richtung:The 3 shows switching contacts of the switching device 86 in the position provided for this mode. An output signal 80 the third readout unit 82 includes the following linear combination of components of the acceleration a in the x- and y-direction with effect of the acceleration a:

+ S3·ax
wobei S3 eine Empfindlichkeit der dritten Ausleseeinheit 82 auf die Beschleunigung a = (ax, ay, az) bedeutet. Das Ausgangssignal 80 ist zu einer Überwachung des Ausgangssignals 76 der Ausleseeinheit 40 des ersten Beschleunigungssensors und des Ausgangssignale 78 der Ausleseeinheit 72 des zweiten Beschleunigungssensors verwendbar.+ S 3 · a x
where S 3 is a sensitivity of the third readout unit 82 to the acceleration a = (a x , a y , a z ). The output signal 80 is to monitor the output signal 76 the elite unit 40 the first acceleration sensor and the output signals 78 the elite unit 72 of the second acceleration sensor usable.

Eine andere Stellung der Schaltkontakte der Schaltvorrichtung 86 ermöglicht in der bereits zuvor beschriebenen Weise eine weitere Betriebsart der Beschleunigungsmessvorrichtung 56 zur Durchführung eines elektrischen Funktionsabgleichs der beiden Beschleunigungssensoren.Another position of the switching contacts of the switching device 86 allows a further mode of operation of the accelerometer in the manner already described above 56 for performing an electrical function calibration of the two acceleration sensors.

In 4 ist eine Beschleunigungsmessvorrichtung 88 gemäß der 3 mit einer Zusatzvariante dargestellt. Diese Zusatzvariante besteht darin, dass die Beschleunigungsmessvorrichtung 88 eine Auswahleinheit 90 zur Auswahl von elektrischen Verbindungen zwischen der zweiten Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und der zweiten Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensors einerseits und der dritten Ausleseeinheit 82 andererseits umfasst. Die Auswahleinheit 90 kann von Bonddrähten eines MEMS-Chips gebildet sein. Alternativ kann sie auch von digital ansteuerbaren Schaltern, beispielsweise in einer Benutzeroberfläche eines ASIC, gebildet sein.In 4 is an accelerometer 88 according to the 3 shown with an additional variant. This additional variant is that the accelerometer 88 a selection unit 90 for selecting electrical connections between the second measuring capacity of the first acceleration sensor and the second measuring capacity of the second acceleration sensor on the one hand and the third read-out unit 82 on the other hand. The selection unit 90 may be formed by bonding wires of a MEMS chip. Alternatively, it can also be formed by digitally controllable switches, for example in a user interface of an ASIC.

Die in der 4 dargestellten elektrischen Verbindungen der Auswahleinheit 90 entsprechen denen der 3. Bei einer Auswahl alternativer elektrischer Verbindungen in der Auswahleinheit 90 beinhaltet das Ausgangssignal 80 der dritten Ausleseeinheit 82 bei Wirkung der Beschleunigung a folgende Linearkombination von Komponenten der Beschleunigung a in x- und y-Richtung:The in the 4 illustrated electrical connections of the selection unit 90 correspond to those of 3 , In a selection of alternative electrical connections in the selection unit 90 includes the output signal 80 the third readout unit 82 with the effect of the acceleration a, the following linear combination of components of the acceleration a in the x and y directions:

–S3·ay
wobei S3 die Empfindlichkeit der dritten Ausleseeinheit 82 auf die Beschleunigung a = (ax, ay, az) bedeutet.-S 3 · a y
where S 3 is the sensitivity of the third readout unit 82 to the acceleration a = (a x , a y , a z ).

Auch in diesem Fall ist das Ausgangssignal 80 zu einer Überwachung des Ausgangssignals 76 der Ausleseeinheit 40 des ersten Beschleunigungssensors und des Ausgangssignals 78 der Ausleseeinheit 72 des zweiten Beschleunigungssensors verwendbar.Also in this case is the output signal 80 to a monitoring of the output signal 76 the elite unit 40 the first acceleration sensor and the output signal 78 the elite unit 72 of the second acceleration sensor usable.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4432837 B4 [0003] DE 4432837 B4 [0003]

Claims (9)

Kapazitiver Beschleunigungssensor, umfassend: ein Substrat (10), ein relativ zum Substrat (10) bewegliches, durch eine Beschleunigung (a) in eine Beschleunigungsrichtung aus einer Ruheposition auslenkbares Masseelement (12) mit zumindest einer ersten Elektrode (22) und einer zweiten Elektrode (24), die beide relativ zum Substrat (10) beweglich sind, eine in Bezug auf das Substrat (10) feststehende dritte Elektrode (26, 28), die der ersten, beweglichen Elektrode (22) des Masseelements (12) zugeordnet ist und mit dieser in zumindest einer ersten Betriebsart zumindest eine erste elektrische Messkapazität bildet, eine in Bezug auf das Substrat (10) feststehende vierte Elektrode (30), die der zweiten, relativ zum Substrat (10) beweglichen Elektrode (24) des Masseelements (12) zugeordnet ist, wobei an die vierte Elektrode (24) in zumindest einer zweiten Betriebsart eine elektrische Spannung anlegbar ist zu einer Ausübung einer elektrostatischen Kraft auf das Masseelement (12), im Wesentlichen mittels der zugeordneten zweiten, beweglichen Elektrode (24) des Masseelements (12), zumindest eine Auswerteschaltung (34; 66; 70), die dazu vorgesehen ist, in der ersten Betriebsart die erste elektrische Messkapazität auszuwerten, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (34; 66; 70) ferner dazu vorgesehen ist, in zumindest einer dritten Betriebsart eine zweite Messkapazität auszuwerten, die von der zweiten, beweglichen Elektrode (24) und der zugeordneten vierten Elektrode (30) gebildet ist.A capacitive acceleration sensor comprising: a substrate ( 10 ), a relative to the substrate ( 10 ) movable, by an acceleration (a) in an acceleration direction from a rest position deflectable mass element ( 12 ) with at least one first electrode ( 22 ) and a second electrode ( 24 ), both relative to the substrate ( 10 ) are movable, one with respect to the substrate ( 10 ) fixed third electrode ( 26 . 28 ), the first, movable electrode ( 22 ) of the mass element ( 12 ) and at least forms a first electrical measuring capacitance with the latter in at least one first operating mode, one with respect to the substrate ( 10 ) fixed fourth electrode ( 30 ), the second, relative to the substrate ( 10 ) movable electrode ( 24 ) of the mass element ( 12 ), wherein to the fourth electrode ( 24 ) in at least one second operating mode, an electrical voltage can be applied to an exertion of an electrostatic force on the mass element ( 12 ), essentially by means of the associated second, movable electrode ( 24 ) of the mass element ( 12 ), at least one evaluation circuit ( 34 ; 66 ; 70 ), which is intended to evaluate the first electrical measuring capacitance in the first operating mode, characterized in that the evaluation circuit ( 34 ; 66 ; 70 ) is further provided to evaluate, in at least a third operating mode, a second measuring capacitance which is detected by the second, movable electrode ( 24 ) and the associated fourth electrode ( 30 ) is formed. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (34; 66; 70) zumindest eine erste und eine zweite Ausleseeinheit (36, 38; 40, 72, 82) umfasst, wobei die erste der zwei Ausleseeinheiten (36, 38; 40, 72, 82) in zumindest der ersten Betriebsart zu einer zumindest teilweisen Auswertung der ersten elektrischen Messkapazität und die zweite der zwei Ausleseeinheiten (36, 38; 40, 72, 82) zumindest in der dritten Betriebsart zu einer zumindest teilweisen Auswertung der zweiten elektrischen Messkapazität vorgesehen ist.Capacitive acceleration sensor according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit ( 34 ; 66 ; 70 ) at least a first and a second read-out unit ( 36 . 38 ; 40 . 72 . 82 ), wherein the first of the two read-out units ( 36 . 38 ; 40 . 72 . 82 ) in at least the first operating mode for an at least partial evaluation of the first electrical measuring capacitance and the second of the two read-out units ( 36 . 38 ; 40 . 72 . 82 ) is provided at least in the third mode for an at least partial evaluation of the second electrical measuring capacity. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (34; 66; 70) eine Schaltvorrichtung (50; 86) umfasst, die in zumindest der dritten Betriebsart dazu vorgesehen ist, zur zumindest teilweisen Auswertung der zweiten elektrischen Messkapazität elektrische Verbindungen zwischen der zweiten Ausleseeinheit (36, 38; 40, 72, 82) einerseits und der vierten Elektrode (30) andererseits herzustellen.Capacitive acceleration sensor according to claim 2, characterized in that the evaluation circuit ( 34 ; 66 ; 70 ) a switching device ( 50 ; 86 ), which is provided in at least the third operating mode for, for at least partial evaluation of the second electrical measuring capacitance, electrical connections between the second read-out unit (11). 36 . 38 ; 40 . 72 . 82 ) on the one hand and the fourth electrode ( 30 ) on the other hand. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (34; 66; 70) zumindest ein Differenzverstärkerelement aufweist.Capacitive acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit ( 34 ; 66 ; 70 ) has at least one differential amplifier element. Beschleunigungsmessvorrichtung (56; 88) mit zumindest einem kapazitiven Beschleunigungssensor zumindest nach Anspruch 1.Accelerometer ( 56 ; 88 ) with at least one capacitive acceleration sensor at least according to claim 1. Beschleunigungsmessvorrichtung (56; 88) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zumindest einen zweiten Beschleunigungssensor zumindest nach Anspruch 1, der relativ zu dem ersten Beschleunigungssensor um eine Drehachse (62) gedreht angeordnet ist, die senkrecht zu einer Beschleunigungsebene angeordnet ist, die von Detektierrichtungen (16; 60, 61) der Beschleunigungssensoren aufgespannt ist.Accelerometer ( 56 ; 88 ) according to claim 5, characterized by at least one second acceleration sensor at least according to claim 1, which relative to the first acceleration sensor about a rotation axis ( 62 ) is arranged, which is arranged perpendicular to an acceleration plane, which of detection directions ( 16 ; 60 . 61 ) of the acceleration sensors is clamped. Beschleunigungsmessvorrichtung (56; 88) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Auswerteschaltungen (34; 66; 70) der Beschleunigungssensoren zumindest eine Ausleseeinheit (36, 38; 40, 72, 82) umfasst, die dazu vorgesehen ist, zumindest die zweite Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und zumindest die zweite Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensors zumindest teilweise gemeinsam auszuwerten. Accelerometer ( 56 ; 88 ) according to claim 6, characterized in that at least one of the two evaluation circuits ( 34 ; 66 ; 70 ) of the acceleration sensors at least one readout unit ( 36 . 38 ; 40 . 72 . 82 ), which is provided to at least partially evaluate at least the second measuring capacity of the first acceleration sensor and at least the second measuring capacity of the second acceleration sensor jointly. Beschleunigungsmessvorrichtung (56; 88) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (50; 86), die in zumindest einer Betriebsart dazu vorgesehen ist, elektrische Verbindungen zwischen der Ausleseeinheit (36, 38; 40, 72, 82) einerseits und der zweiten Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und der zweiten Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensor herzustellen.Accelerometer ( 56 ; 88 ) according to claim 7, characterized by a switching device ( 50 ; 86 ), which is provided in at least one mode of operation, electrical connections between the readout unit ( 36 . 38 ; 40 . 72 . 82 ) on the one hand and the second measuring capacity of the first acceleration sensor and the second measuring capacity of the second acceleration sensor. Beschleunigungsmessvorrichtung (56; 88) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Auswahleinheit (90) zur Auswahl von elektrischen Verbindungen zumindest zwischen der zweiten Messkapazität des ersten Beschleunigungssensors und der zweiten Messkapazität des zweiten Beschleunigungssensors einerseits und der Ausleseeinheit (36, 38; 40, 72, 82) andererseits.Accelerometer ( 56 ; 88 ) according to one of claims 7 or 8, characterized by a selection unit ( 90 ) for selecting electrical connections at least between the second measuring capacity of the first acceleration sensor and the second measuring capacity of the second acceleration sensor on the one hand and the read-out unit ( 36 . 38 ; 40 . 72 . 82 ) on the other hand.
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DE4432837B4 (en) 1994-09-15 2004-05-13 Robert Bosch Gmbh Accelerometer and measuring method

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