DE102016101304A1

DE102016101304A1 - System und Verfahren für ein Windgeschwindigkeitsmessgerät

Info

Publication number: DE102016101304A1
Application number: DE102016101304.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Froemel; Waldemar Marsetz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2016-08-04
Also published as: US9945884B2; CN105842476B; KR102207406B1; KR20180080705A; CN105842476A; KR20160094312A; US20160223579A1

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen der Windgeschwindigkeit das Messen des atmosphärischen Druckes an einem ersten Drucksensor, welcher innerhalb einer Einhausung angeordnet und von Wind abgeschirmt ist, das Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor, der an einer Öffnung in der Einhausung angeordnet ist, und das Bestimmen der Windgeschwindigkeit an der Öffnung in der Einhausung auf Basis des Messens des atmosphärischen Druckes und des Luftdruckes.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektronische Vorrichtungen und in besonderen Ausführungsformen ein System und Verfahren für ein Windgeschwindigkeitsmessgerät.
HINTERGRUND
Wandler, die Signale von einer Darstellungsebene in eine andere umwandeln werden oft in Sensoren verwendet. Ein gängiger Sensor, der einen Wandler umfasst, ist ein Drucksensor, der Druckdifferenzen und/oder Druckänderungen in elektrische Signale umwandelt. Drucksensoren haben zahlreiche Anwendungen, die zum Beispiel atmosphärische Druckabfühlung, Höhenabfühlung sowie Wetterbeobachtung umfassen.
Auf mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) basierende Sensoren umfassen eine Wandlerfamilie, die unter Verwendung von Mikrosystemtechniken erzeugt wird. MEMS wie zum Beispiel ein MEMS-Drucksensor sammeln Informationen aus der Umgebung, indem sie die Änderung des physischen Zustandes im Wandler messen und das von den mit dem MEMS-Sensor verbundenen elektronischen Bauteilen zu verarbeitende Signal übertragen. MEMS-Vorrichtungen können unter Verwendung von Mikrosystemfertigungstechniken ähnlich denen, die für integrierte Schaltkreise verwendet werden, hergestellt werden.
MEMS-Vorrichtungen können so ausgelegt sein, um zum Beispiel als Oszillatoren, Resonatoren, Beschleunigungsmessgeräte, Gyroskope, Drucksensoren, Mikrophone und/oder Mikrospiegel zu fungieren. Viele MEMS-Vorrichtungen verwenden kapazitive Abfühltechniken, um das physikalische Phänomen in elektrische Signale zu wandeln. Bei solchen Anwendungen wird die Kapazitätsänderung im Sensor unter Verwendung von Schnittstellenschaltkreisen in ein Spannungssignal umgewandelt.
Drucksensoren können auch als kapazitive MEMS-Vorrichtungen implementiert sein, die ein abgeschlossenes Volumen und eine auslenkbare Membran umfassen. Eine Druckdifferenz zwischen dem abgeschlossenen Volumen und einem externen Volumen wie in einigen Fällen zum Beispiel die Außenumgebung bewirkt, dass die Membran ausgelenkt wird. Im Allgemeinen bewirkt die Auslenkung der Membran eine Abstandsänderung zwischen der Membran und einer abfühlenden Elektrode, wodurch sich die Kapazität ändert.
Es ist eine Aufgabe, Möglichkeiten zur Messung der Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 23 sowie eine elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 19 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen der Windgeschwindigkeit das Messen des atmosphärischen Drucks an einem ersten Drucksensor, welcher innerhalb einer Einhausung (z.B. eines Gehäuses) angeordnet ist und von Wind abgeschirmt ist, das Messen des Luftdrucks an einem zweiten Drucksensor, welcher an einem Durchlass in der Einhausung angeordnet ist, und das Bestimmen der Windgeschwindigkeit an dem Durchlass in der Einhausung auf Basis des Messens des atmosphärischen Drucks und des Luftdrucks.
„Etwa 90°“ kann z.B. 90° ± 20°, 90° ± 15°, 90° ± 10° oder 90° ± 5° bedeuten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum vollständigeren Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein Systemblockdiagramm einer Ausführungsform einer Abfühlvorrichtung darstellt;
die 2a und 2b schematische Diagramme von Ausführungsformen von Abfühlvorrichtungen darstellen;
3 ein Diagramm der Windgeschwindigkeitsmessung für eine Ausführungsform einer Abfühlvorrichtung während des Betriebs darstellt;
4 ein Systemblockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer Abfühlvorrichtung darstellt;
die 5a und 5b einen Querschnitt und eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Sensorgehäuses darstellen;
6 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Sensorgehäuses darstellt;
7 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Betriebsverfahrens für eine Abfühlvorrichtung darstellt;
8 ein Systemblockdiagramm einer Ausführungsform eines Verarbeitungssystems darstellt;
9 einen Querschnitt eines MEMS-Druckwandlers darstellt;
10 einen Querschnitt eines weiteren MEMS-Druckwandlers darstellt;
11 einen Querschnitt eines weiteren MEMS-Druckwandlers darstellt;
12 einen Querschnitt noch eines weiteren MEMS-Druckwandlers darstellt;
Die 13a–13r Querschnitte eines Fertigungsprozessablaufes für einen zusätzlichen MEMS-Druckwandler darstellen und
14 ein detailliertes Blockdiagramm eines Schnittstellenschaltkreises für einen Drucksensor darstellt.
Entsprechende Zahlen und Symbole in den unterschiedlichen Figuren bezeichnen im Allgemeinen entsprechende Bauteile, solange nichts Anderes angegeben ist. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsform klar darzustellen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
DETAILBESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen werden unten detailliert beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die verschiedenen, hierin beschriebenen Ausführungsformen in einer großen Vielzahl spezifischer Kontexte anwendbar sind. Die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Weisen der Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen und sollten nicht in einem beschränkten Geltungsbereich interpretiert werden.
Die Beschreibung findet unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen in einem konkreten Kontext statt, nämlich Druckwandler und insbesondere MEMS-Druckwandler. Einige der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen umfassen MEMS-Wandlersysteme, MEMS-Druckwandler, Sensorgehäuse, die MEMS-Druckwandler umfassen, elektronische Vorrichtungen, die Sensorgehäuse umfassen, sowie Sensorgehäusekonfigurationen zum Messen der Windgeschwindigkeit. In anderen Ausführungsformen können Aspekte auch auf anderen Anwendungen angewendet werden, die eine beliebige Art von Wandler oder elektronischer Vorrichtung gemäß jeder auf dem Gebiet der Technik bekannten Weise involvieren.
Gemäß verschiedenen, hierin beschriebenen Ausführungsformen ist ein Windgeschwindigkeitsmessgerät unter Verwendung von MEMS-Drucksensoren implementiert. Im Allgemeinen werden Windgeschwindigkeitsmessgeräte unter Verwendung von Pitotrohren oder Windturbinen implementiert. Solche Vorrichtungen können unter Umständen teuer oder unhandlich sein. Daher umfassen verschiedene Ausführungsformen Windgeschwindigkeitsmessgeräte, die unter Verwendung kleiner MEMS-Drucksensoren implementiert sind. In solchen Ausführungsformen ist ein erster MEMS-Drucksensor innerhalb einer elektronischen Vorrichtung angeordnet, und ein zweiter MEMS-Drucksensor ist an einem Luft- oder Druckdurchlass in der elektronischen Vorrichtung angeordnet. Der erste MEMS-Drucksensor ist vom Wind abgeschirmt und wird dazu verwendet, um den atmosphärischen Druck zu messen, während der zweite MEMS-Drucksensor dem Wind durch den Durchlass in der elektronischen Vorrichtung ausgesetzt ist und dazu verwendet wird, um den Luftdruck durch den Wind zu messen. Unter Verwendung dieser beiden Druckmessungen wird der vom Wind bewirkte Druck bestimmt, und die den Druck bewirkende Windgeschwindigkeit kann in verschiedenen Ausführungsformen berechnet werden. In solchen Ausführungsformen kann der erste MEMS-Drucksensor als in indirekter Fluidverbindung mit dem Durchlass in der elektronischen Vorrichtung bezeichnet werden, während der zweite MEMS-Drucksensor als in direkter Fluidverbindung mit dem Durchlass der elektronischen Vorrichtung bezeichnet werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen können zusätzliche MEMS-Drucksensoren umfasst sein, um zusätzlich zur Windgeschwindigkeit die Windrichtung zu bestimmen. Verschiedene spezifische Ausführungsformen werden untenstehend beschrieben.
1 stellt ein Systemblockdiagramm einer Ausführungsform einer Abfühlvorrichtung 100 dar, welche einen Drucksensor 102, einen Drucksensor 104, einen integrierten Schaltkreis (IC) 106 sowie einen Anwendungsprozessor 108 innerhalb einer einen Durchlass 112 umfassenden Einhausung 110 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Abfühlvorrichtung 100 jegliche Art elektronische Vorrichtung sein, die ein Windgeschwindigkeitsmessgerät umfasst, welches durch den Drucksensor 102 und den Drucksensor 104 implementiert ist. Der Drucksensor 102 kann durch den Durchlass 112 Wind ausgesetzt sein, der außerhalb der Einhausung 110 ist. In solchen Ausführungsformen ist, wie durch die durchgehende Linie einer direkten Kopplung 103 dargestellt, der Drucksensor 102 in direkter Fluidverbindung mit dem Durchlass 112. Der Drucksensor 104 kann von Wind abgeschirmt sein, indem er innerhalb der Einhausung 110 angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen ist, wie durch die unterbrochene Linie einer indirekten Kopplung 105 dargestellt, der Drucksensor 104 in indirekter Fluidverbindung mit dem Durchlass 112. In verschiedenen Ausführungsformen misst der Drucksensor 104 den atmosphärischen Druck, während er von Wind abgeschirmt ist, und der Drucksensor 102 misst den durch Wind bewirkten Luftdruck an dem Durchlass 112, während er nicht vom Wind abgeschirmt ist. Die Einhausung 110 kann das Vorrichtungsgehäuse oder die Vorrichtungsstruktur sein. Zum Beispiel ist die Einhausung 110 in einer Ausführungsform die Außeneinhausung für ein Mobiltelefon.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt der IC 106 ein Winddrucksignal Pwind vom Drucksensor 102 und ein atmosphärisches Drucksignal Patm vom Drucksensor 104. Das Winddrucksignal Pwind und das atmosphärische Drucksignal Patm können gewandelte elektrische Signale sein, die von MEMS-Druckwandlern in den Drucksensoren 102 beziehungsweise 104 erzeugt werden. Der IC 106 empfängt das Winddrucksignal Pwind und das atmosphärische Drucksignal Patm, verstärkt die Signale und stellt dem Anwendungsprozessor 108 durch einen I/O-Bus 114 verstärkte Signale bereit. Auf Basis der vom IC 106 über den I/O-Bus 114 empfangenen verstärkten Signale bestimmt der Anwendungsprozessor 108 die Windgeschwindigkeit an dem Durchlass 112. In anderen Ausführungsformen können der Drucksensor 102 und der Drucksensor 104 mit separaten ICs gekoppelt sein, die nicht mit dem Anwendungsprozessor 108 gekoppelt sind. In solchen Ausführungsformen ist der IC 106 in zwei ICs geteilt (nicht dargestellt).
In verschiedenen Ausführungsformen kann der IC 106 verschiedene Schaltkreise für verschiedene Ausführungsformen umfassen. Eine beispielhafte Ausführungsform wird untenstehend unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. Ferner kann der Anwendungsprozessor 108 als ein allgemeiner Prozessor oder ein spezifischer Anwendungsprozessor in der Abfühlvorrichtung 100 implementiert sein. Zum Beispiel kann der Anwendungsprozessor 108 in verschiedenen Ausführungsformen als eine sensorspezifische Verarbeitungseinheit, eine zentrale Allzweckverarbeitungseinheit (CPU), ein Mikroprozessor, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) implementiert sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Abfühlvorrichtung 100 eine beliebige Art elektronische Vorrichtung wie zum Beispiel eine elektronische Vorrichtung für den Außenbereich, ein Geschwindigkeitsmessgerät wie z. B. für ein Fahrrad, ein Mobiltelefon, einen Tabletcomputer oder eine Smartwatch sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Abfühlvorrichtung 100 einen zusätzlichen Drucksensor 116 und einen zusätzlichen Durchlass 118 umfassen. In solchen Ausführungsformen ist, wie durch die durchgehende Linie einer direkten Kopplung 115, der Drucksensor 116 in direkter Fluidverbindung mit dem Durchlass 118. Der Drucksensor 116 stellt dem IC 106 ein zusätzliches Winddrucksignal Pwind2 bereit, der dem Anwendungsprozessor 108 über den I/O-Bus 114 auch ein entsprechendes verstärktes Signal bereitstellt. Auf Basis des zusätzlichen Winddrucksignals Pwind2 kann der Anwendungsprozessor 108 auch die Windrichtung bestimmen. In weiteren Ausführungsformen kann eine beliebige Anzahl zusätzlicher Drucksensoren und Durchlässe in der Abfühlvorrichtung 100 umfasst sein, um die Genauigkeit der Windgeschwindigkeit und -richtung zu verbessern, d.h. die Geschwindigkeitsmessungen. In einigen Ausführungsformen ist der Drucksensor 116 mit einem separaten IC gekoppelt, welcher mit dem Anwendungsprozessor 108 gekoppelt ist. In solchen Ausführungsformen ist der IC 106 in zwei oder mehrere separate ICs geteilt (nicht dargestellt).
In verschiedenen Ausführungsformen weisen der Durchlass 112 sowie zusätzliche Durchlässe wie z. B. der Durchlass 118 Öffnungen mit einem Durchmesser von weniger oder gleich 0,5 mm auf. In bestimmten Ausführungsformen weisen der Durchlass 112 sowie jegliche zusätzlichen Durchlässe Öffnungen mit einem Durchmesser von weniger oder gleich 0,3 mm auf. Insbesondere können der Durchlass 112 und jegliche zusätzlichen Durchlässe eine rechteckig geformte Öffnung, eine kreisförmige Öffnung oder eine unregelmäßig geformte Öffnung mit einer Längendimension von weniger oder gleich 0,3 mm aufweisen. In anderen Ausführungsformen können größere Öffnungen oder eine beliebige Form von Öffnung umfasst sein.
Die 2a und 2b stellen schematische Diagramme von Ausführungsformen von Abfühlvorrichtungen 120a und 120b dar, welche Implementierungen der Abfühlvorrichtung 100 sein können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Abfühlvorrichtung 120a den Drucksensor 102 und den Drucksensor 104 innerhalb der Einhausung 110. Wie obenstehend beschrieben ist der Drucksensor 104 ein atmosphärischer Drucksensor, welcher als MEMS-Druckwandler implementiert ist und von Wind außerhalb der Einhausung 110 abgeschirmt ist. Ferner ist der Drucksensor 102 ein Luftdrucksensor, welcher als MEMS-Druckwandler implementiert ist und nicht von Wind außerhalb der Einhausung 110 und insbesondere an einem Durchlass in der Einhausung 110 abgeschirmt, d.h. diesem ausgesetzt ist. Um die Windabschirmung zu implementieren kann der Drucksensor 104 weiter von einem Durchlass in der Einhausung 110 weg platziert sein und kann eine Schutzvorrichtung 122 zwischen dem Durchlass und dem Drucksensor 104 umfassen, sodass der Drucksensor 104 in indirekter Fluidverbindung mit einem Durchlass oder Durchlässen in der Einhausung 110 ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schutzvorrichtung 122 andere Vorrichtungskomponenten wie zum Beispiel eine Batterie, einen Prozessor, eine Anzeige oder ein Gehäusematerial umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann die Schutzvorrichtung 122 eine spezifische Windabschirmung umfassen, wie zum Beispiel eine Schaumbarriere, eine Stoffbarriere, eine poröse Struktur oder eine strukturelle Gehäusewand. Aus Gründen der einfachen Darstellung sind andere Elemente innerhalb der Einhausung 110 nicht dargestellt. Zusätzliche Elemente wie die untenstehend unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen können innerhalb der Einhausung 110 umfasst sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Abfühlvorrichtung 120b den Drucksensor 102 und den Drucksensor 104 innerhalb der Einhausung 110 gemeinsam mit dem Drucksensor 116 und dem Drucksensor 124. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben können zusätzliche Drucksensoren umfasst sein, um auch die Windrichtung zu bestimmen, was Windgeschwindigkeitsmessungen möglich macht. Daher kann der Drucksensor 116 in solchen Ausführungsformen Wind außerhalb der Einhausung 110 an einem zusätzlichen Durchlass in der Einhausung 110 ausgesetzt sein, und der Drucksensor 124 kann Wind außerhalb der Einhausung 110 an noch einem weiteren Durchlass in der Einhausung 110 ausgesetzt sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Drucksensor 104 weggelassen, und der Drucksensor 102 und der Drucksensor 116 werden zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit verwendet. In solchen Ausführungsformen kann der Drucksensor 102 dem Wind zugewandt sein, und der Drucksensor 116 kann vom Wind abgewandt sein. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben bestimmt der Anwendungsprozessor 108 die Windgeschwindigkeit unter Verwendung einer Differenz zwischen den Drucksignalen vom Drucksensor 102 und vom Drucksensor 116. Die Windgeschwindigkeit wird an einem Durchlass in der Einhausung 110 wie z. B. dem Durchlass 112 in 1 bestimmt, der an den Drucksensor 102 angrenzt, der dem Wind zugewandt ist.
Die Drucksensoren 102, 116 und 124 können auf einer beliebigen Seite der Einhausung 110 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen sind die Drucksensoren 102, 116 und 124 in einer Orientierung von 90° zueinander angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine beliebige Anzahl von Drucksensoren umfasst sein. Zum Beispiel kann ein Drucksensor auf jeder der sechs Flächen oder Seiten der Einhausung 110 umfasst sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Einhausung 110 eine andere Anzahl von Flächen oder Seiten aufweisen und kann eine entsprechende Anzahl von Drucksensoren umfassen. In einer spezifischen Ausführungsform sind die Drucksensoren 102, 104, 116 und 124 umfasst. In einer weiteren Ausführungsform sind nur die Drucksensoren 102, 104 und einer aus 116 oder 124 umfasst, sodass insgesamt drei Drucksensoren vorliegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann Einhausung 110 eine Form aufweisen, die passend für die jeweilige Anwendung gestaltet ist. Durchlässe in der Einhausung 110 können gemäß der Form der Einhausung 110 angeordnet sein. Verschiedene Positionen und Orientierungen von Durchlässen und Drucksensoren sind in verschiedenen Ausführungsformen vorgesehen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Abfühlvorrichtung 120b auch eine Windabschirmung oder Windabschirmungen für den Drucksensor 104. In solchen Ausführungsformen kann die Windabschirmung den Drucksensor 104 umgeben, wie durch die Schutzvorrichtung 126 dargestellt. Die Schutzvorrichtung 126 kann beliebige der unter Bezugnahme auf die Schutzvorrichtung 122 beschriebenen Elemente umfassen und kann rund um oder über dem Drucksensor 104 angeordnet sein, sodass der Drucksensor 104 in indirekter Fluidverbindung mit Durchlässen in der Einhausung 110 ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein beliebiger der hierin beschriebenen Drucksensoren wie z. B. der Drucksensor 102, 104, 116 oder 124 ein Kubikvolumen von weniger als oder gleich 50 mm³ aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist jeder Drucksensor eine Oberflächendimension von weniger als oder gleich 5 mm mal 5 mm auf und weist eine Dicke von weniger als oder gleich 2 mm auf. In anderen Ausführungsformen kann jeder Drucksensor eine größere Fläche und Dicke aufweisen. Jeder Drucksensor kann eine Sensorvorrichtung mit Gehäuse umfassen, wie zum Beispiel untenstehend unter Bezugnahme auf die 4, 5a, 5b und 6 beschrieben.
3 stellt ein Diagramm der Windgeschwindigkeitsmessung für eine Ausführungsform einer Abfühlvorrichtung während des Betriebs dar, welches die anliegende Windgeschwindigkeit Sapp und die gemessene Windgeschwindigkeit Smeas zeigt. Wie gezeigt umfasst die gemessene Windgeschwindigkeit Smeas in einigen Ausführungsformen eine schnelle Reaktionszeit und eine hohe Genauigkeit. Wenn sich der an der Ausführungsform der Abfühlvorrichtung anliegende Wind ändert, verfolgt die entsprechende Messung die anliegenden Änderungen.
4 stellt ein Systemblockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer Abfühlvorrichtung 130 dar, welche eine Implementierung der Abfühlvorrichtung 100 sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Abfühlvorrichtung 130 ein Sensorgehäuse 132, ein Sensorgehäuse 134, einen Prozessor 136, eine Batterie 138, den Kommunikationsschaltkreis 140 sowie die Anzeige 146, welche an einer gedruckten Leiterplatte (PCB) 144 innerhalb der Einhausung 110, welche den Durchlass 112 umfasst, befestigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Abfühlvorrichtung 130 eine mobile elektronische Vorrichtung wie z. B. ein Tabletcomputer, eine Smartwatch, ein Geschwindigkeitsmessgerät, eine intelligente Wettervorrichtung oder ein Mobiltelefon sein. Die Sensorgehäuse 132 und 134 funktionieren wie obenstehend auf ähnliche Weise unter Bezugnahme auf die Drucksensoren 102 und 104 in 1 beschrieben, sind aber jeweils als eine Vorrichtung mit Gehäuse implementiert, die eine Schnittstelle IC umfasst. Zum Beispiel umfassen die Sensorgehäuse 132 und 134 jeweils einen MEMS-Druckwandler sowie eine Schnittstelle IC, welche mit einer Leiterplatte verbunden ist und in einem Sensorgehäuse enthalten ist. Das Sensorgehäuse 132 ist über den Durchlass 112 direkt mit der Außenumgebung einschließlich des Windes in der Außenumgebung gekoppelt, während das Sensorgehäuse 132 mit der Außenumgebung indirekt gekoppelt ist und durch die Schutzvorrichtung 122 oder die anderen Bauteile in der Abfühlvorrichtung 130 abgeschirmt sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Sensorgehäuse 132 und 134 mit der PCB 144 gekoppelt und innerhalb der Einhausung 110 enthalten. Zum Beispiel kann die Einhausung 110 das Gehäuse eines Tabletcomputers oder eines Mobiltelefons sein. Die Anzeige 146 kann auch mit der PCB 144 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen sind der Prozessor 136 und der Kommunikationsschaltkreis 140 mit der PCB 144 gekoppelt. Der Kommunikationsschaltkreis 140 kommuniziert über den Verbindungsweg 142, der ein kabelloser Verbindungsweg ist. Zum Beispiel kann der Kommunikationsschaltkreis 140 einen Bluetooth-Sendeempfänger, einen WLAN-Sendeempfänger oder einen Sendeempfänger für ein zellulares Netzwerk umfassen. In einer alternativen Ausführungsform ist der Verbindungsweg 142 eine Kabelverbindung.
In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Sensorgehäuse 132 elektrische Signale, welche den Luftdruck durch den Wind am Durchlass 112 repräsentieren, und stellt dem Prozessor 136 die erzeugten elektrischen Signale über die PCB 144 bereit. Das Sensorgehäuse 134 erzeugt elektrische Signale, welche den atmosphärischen Druck innerhalb der Einhausung 110 repräsentieren, und stellt dem Prozessor 136 die erzeugten elektrischen Signale über die PCB 144 bereit. Der Prozessor 136 kann wie unter Bezugnahme auf den Anwendungsprozessor 108 in 1 obenstehend beschrieben betrieben werden, um die Windgeschwindigkeit am Durchlass 112 zu bestimmen. In alternativen Ausführungsformen ist die Abfühlvorrichtung 130 eine verkabelte Vorrichtung wie zum Beispiel eine Arbeitsstation, ein Personal Computer oder ein Rechensystem für eine spezifische Anwendung wie zum Beispiel eine Wetteranalyse, industrielle, Freizeit- oder Luftfahrtanwendungen, und der Verbindungsweg 142 kann ein Kabel- oder kabelloser Verbindungsweg sein.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Sensorgehäuse 132 und 134 Kubikvolumen von weniger als oder gleich etwa 50 mm³ aufweisen. Zum Beispiel weisen die Sensorgehäuse 132 und 134 in einigen Ausführungsformen Oberflächendimensionen von weniger als oder gleich 5 mm mal 5 mm auf und weisen eine Dicke von weniger als oder gleich 2 mm auf. In anderen Ausführungsformen kann jedes der Sensorgehäuse 132 und 134 eine größere Fläche oder Dicke aufweisen.
Die 5a und 5b stellen einen Querschnitt und eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Sensorgehäuses 150 dar, welches eine Implementierung des obenstehend unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Sensorgehäuses 132 oder Sensorgehäuses 134 sein kann. Insbesondere stellt 5a einen Querschnitt A dar, wie in der Draufsicht in 5b dargestellt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Sensorgehäuse 150 einen MEMS-Druckwandler 152 sowie einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) 154, welcher an einer Leiterplatte 158 innerhalb der Gehäuseabdeckung 160 befestigt ist, welche beliebige der Durchlässe 156a–156f umfasst. In solchen Ausführungsformen misst der MEMS-Druckwandler 152 den Luftdruck der Außenumgebung, welche das Sensorgehäuse 150 umgibt, und stellt dem ASIC 154 auf Basis des gemessenen Luftdrucks gewandelte elektrische Signale über Verbindungen in der Leiterplatte 158 bereit.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der MEMS-Drucksensor über einen oder mehrere der Durchlässe 156a, 156b, 156c, 156d, 156e und 156f fluidisch mit der Außenumgebung des Sensorgehäuses 150 gekoppelt. Die Durchlässe 156a und 156b können Lüftungsdurchlässe in der Gehäuseabdeckung 160, d. h. eine obere Öffnung, beziehungsweise der Leiterplatte 158, d. h. eine untere Öffnung, sein. Ferner können die Seiten der Gehäuseabdeckung 160 beliebige der Durchlässe 156c, 156d, 156e und 156f umfassen. Die Durchlässe 156c, 156d, 156e und 156f können als Öffnungen von Lüftungsstrukturen in der Gehäuseabdeckung 160 ausgebildet sein oder können in einer separaten Struktur zwischen der Gehäuseabdeckung 160 und der Leiterplatte 158 ausgebildet sein, wie zum Beispiel in einem Bondmaterial, welches die Gehäuseabdeckung 160 an der Leiterplatte 158 befestigt.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Durchlässe 156a, 156b, 156c, 156d, 156e und 156f als Umgebungs- oder fluidische Durchlässe bezeichnet werden, welche die Übertragung fluidischer Signale erlauben. Fluidische Signale umfassen den Transport von Flüssigkeiten und Gasen sowie von Signalen, welche sich durch solche fluidischen Medien fortpflanzen, wie z. B. insbesondere Luftdrucksignale. Akustische Signale können ebenfalls übertragen werden. 5b stellt einen Rand der Gehäuseabdeckung 160 dar, welcher in Kontakt mit der Leiterplatte 158 ist, aber ansonsten als durchsichtige Struktur dargestellt wird, um Elemente des Sensorgehäuses 150 zu zeigen, die ansonsten durch die Gehäuseabdeckung 160 verdeckt wären.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Einstellen der Größe und Anzahl der Durchlässe 156a, 156b, 156c, 156d, 156e und 156f die Frequenzantwort des Hohlraumes innerhalb der Gehäuseabdeckung 160 anpassen. Zum Beispiel erhöhen größere Öffnungen und eine größere Anzahl von Öffnungen die Hochfrequenzgrenze von Signalen, die abgefühlt werden können. Umgekehrt verringern kleine Öffnungen oder eine geringere Anzahl von Öffnungen die Hochfrequenzgrenze von Signalen, die abgefühlt werden können. Daher kann die Konfiguration der Durchlässe 156a, 156b, 156c, 156d, 156e und 156f als Tiefpassfilter (LPF) für fluidische Signale wie z. B. Druckänderungen oder akustische Signale fungieren.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Sensorgehäuse 150 optional ein MEMS-Mikrofon 162, welches zusätzlich zum MEMS-Druckwandler 152 und dem ASIC 154 an der Leiterplatte 158 befestigt ist. Der MEMS-Druckwandler 152 ist über die Kopplung 170 mit dem ASIC 154 elektrisch gekoppelt, und das optionale MEMS-Mikrofon 162 ist über die Kopplung 168 mit dem ASIC 154 elektrisch gekoppelt. Die Kopplungen 168 und 170 können als leitfähige Leitungen auf oder innerhalb der Leiterplatte 158 bereitgestellt sein. In anderen Ausführungsformen kann der MEMS-Druckwandler 152 auf einem einzelnen mikrogefertigten Nacktchip, welcher an der Leiterplatte 158 befestigt ist, in den ASIC 154 integriert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der MEMS-Druckwandler 152 auf den ASIC 154 gestapelt sein und mit dem ASIC 154 elektrisch gekoppelt sein. Zum Beispiel kann der MEMS-Druckwandler 152 mittels Flip-Chip-Bonden oder Drahtbonden mit dem ASIC 154 gekoppelt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen umfassen der MEMS-Druckwandler 152 oder das optionale MEMS-Mikrofon 162 ferner integrierte Temperatursensoren 164 beziehungsweise 166. In solchen Ausführungsformen umfasst der MEMS-Druckwandler 152 den integrierten Temperatursensor 164, wobei beide gemeinsam auf einem einzigen mikrogefertigten Nacktchip ausgebildet sind. Der integrierte Temperatursensor 164 kann separat auf einem selben Substrat wie der MEMS-Druckwandler 152 ausgebildet sein oder kann in der Abfühlstruktur des MEMS-Druckwandlers ausgebildet sein.
In spezifischen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 158 aus verschiedenen Leiterplattenmaterialien ausgebildet sein, einschließlich aber nicht beschränkt auf Laminate, kupferkaschierte Laminate, harzgetränkte Stoffe sowie Kupferfolie. Die Gehäuseabdeckung 160 kann eine Metallabdeckung sein. In einigen spezifischen Ausführungsformen ist die Gehäuseabdeckung 160 Kupfer, Stahl oder Aluminium. In alternativen Ausführungsformen ist die Gehäuseabdeckung 160 aus einem Polymer oder aus Glas ausgebildet.
6 stellt eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Sensorgehäuses 151 dar, welches einen atmosphärischen MEMS-Druckwandler 172, einen dynamischen MEMS-Druckwandler 174 sowie den ASIC 154 umfasst, welcher an der Leiterplatte 158 innerhalb der Gehäuseabdeckung 160 befestigt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen arbeitet das Sensorgehäuse 151 auf ähnliche Weise wie das Sensorgehäuse 150, umfasst aber stattdessen zwei Druckwandler, den atmosphärischen MEMS-Druckwandler 172 und den dynamischen MEMS-Druckwandler 174. Der atmosphärische MEMS-Druckwandler 172 misst den atmosphärischen Druck und filtert lokale Druckänderungen, während der dynamische MEMS-Druckwandler 174 die lokalen Druckänderungen misst. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Filtern für den atmosphärischen MEMS-Druckwandler 172 als ein LPF-Schaltkreis implementiert sein, wie zum Beispiel im ASIC 154, oder kann als Windabschirmung 173 implementiert sein, welches den atmosphärischen MEMS-Druckwandler 172 umgibt. In bestimmten Ausführungsformen ist der atmosphärische MEMS-Druckwandler 172 von Schaum, Stoff, einem Netz oder einer porösen Struktur als Windabschirmung 173 umgeben. In solchen Ausführungsformen kann die Windabschirmung 173 als ein Teil des mikrogefertigten Nacktchips des atmosphärischen MEMS-Druckwandlers 172 umfasst sein oder kann um den atmosphärischen MEMS-Druckwandler 172 herum auf der Leiterplatte 158 befestigt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen misst der dynamische MEMS-Druckwandler 174 lokale Änderungen des Luftdrucks, wie sie zum Beispiel von Wind verursacht werden, ohne solche Signale zu filtern. In einigen Ausführungsformen kann der dynamische MEMS-Druckwandler 174 mit einer identischen Abfühlstruktur wie der atmosphärische MEMS-Druckwandler 172 implementiert sein, aber ohne die Windabschirmung. In weiteren Ausführungsformen kann der ASIC 154 unterschiedliche LPF-Schaltkreise für den MEMS-Druckwandler 172 und den dynamischen MEMS-Druckwandler 174 mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen umfassen. Zum Beispiel kann der dynamische MEMS-Druckwandler 174 mit einem Filter gekoppelt sein, der Frequenzen bis zu 10 Hz oder 100 Hz durchlässt, während der atmosphärische MEMS-Druckwandler 172 mit einem Filter gekoppelt sein kann, der Frequenzen bis zu lediglich 0,5 Hz oder 1 Hz durchlässt. In bestimmten Ausführungsformen kann der dynamische MEMS-Druckwandler wie in der gleichzeitig anhängenden Patentanmeldung Nr. 14/231068 mit dem Titel „Dynamic Pressure Sensor“ beschrieben, die am 31. März 2014 eingereicht wurde und hierin in ihrer Gesamtheit mittels Verweis aufgenommen ist, implementiert sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der ASIC 154 über die Kopplung 176 mit dem atmosphärischen MEMS-Druckwandler 172 elektrisch gekoppelt und über die Kopplung 178 mit dem dynamischen MEMS-Druckwandler 174 elektrisch gekoppelt. Die Kopplungen 176 und 178 können als leitfähige Leitungen auf oder innerhalb der Leiterplatte 158 bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen können der atmosphärische MEMS-Druckwandler 172 und der dynamische MEMS-Druckwandler 174 – wie obenstehend unter Bezugnahme auf den integrierten Temperatursensor 164 in 5b beschrieben – integrierte Temperatursensoren 180 beziehungsweise 182 umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Sensorgehäuse 151 eine Implementierung des Sensorgehäuses 132 sein, wie obenstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Sensorgehäuse 134 weggelassen werden, weil das Sensorgehäuse 151 sowohl den atmosphärischen MEMS-Druckwandler 172 als auch den dynamischen MEMS-Druckwandler 174 umfasst.
7 stellt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens der Operation 200 für eine Abfühlvorrichtung dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren der Operation 200 die Schritte 202, 204 und 206 und implementiert ein Verfahren zur Messung der Windgeschwindigkeit. In solchen Ausführungsformen umfasst der Schritt 202 das Messen des atmosphärischen Drucks an einem ersten Drucksensor, welcher innerhalb einer Einhausung angeordnet und vom Wind abgeschirmt ist. Der Schritt 204 umfasst das Messen des Luftdrucks an einem zweiten Drucksensor, welcher an einer Öffnung in der Einhausung angeordnet ist. Nach den Schritten 202 und 204 umfasst der Schritt 206 das Bestimmen der Windgeschwindigkeit an der Öffnung in der Einhausung auf Basis des Messens des atmosphärischen Drucks in Schritt 202 und des Messens des Luftdrucks an der Öffnung in der Einhausung in Schritt 204. Wie hierin beschrieben können Druckmessungen unter Verwendung von MEMS-Druckwandlern in verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Die Abfühlvorrichtung, die gemäß dem Verfahren von Operation 190 betrieben wird, kann jegliche Art elektronische Vorrichtung sein, wie zum Beispiel eine Vorrichtung für den Außenbereich, welche Druckwandler umfasst. Die Druckmessungen in den Schritten 202 und 204 können gewandelte elektrische Signale sein, die an den MEMS-Druckwandlern erzeugt werden und einem Verarbeitungsschaltkreis wie zum Beispiel einem Mikroprozessor oder einem DSP bereitgestellt werden, was den Schritt 206 implementiert.
8 stellt ein Systemblockdiagramm einer Ausführungsform eines Verarbeitungssystems 220 dar, welches die Drucksensoren 222, den Filter 224 sowie den Signalprozessor 226 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Drucksensoren 222 zwei oder mehrere MEMS-Druckwandler, wie hierin unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben. Die Drucksensoren 222 messen den atmosphärischen Druck und den Luftdruck an einem spezifischen Punkt wie z. B. einem Durchlass in einer Vorrichtungseinhausung. In einer weiteren Ausführungsform können die Drucksensoren 222 den Luftdruck an zwei Durchlässen in einer Vorrichtungseinhausung messen, wobei die beiden Durchlässe zum Beispiel entgegengesetzten Richtungen zugewandt sind. Die Druckmessungssignale werden über den Filter 224 bereitgestellt, der höherfrequente Signale wie z. B. akustische Signale oder anderes Signalrauschen entfernen kann. Der Signalprozessor 226 empfängt die gefilterten Druckmessungssignale und bestimmt die Windgeschwindigkeit auf Basis der Druckmessungen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Signalprozessor 226 die Windgeschwindigkeit auf Basis der Quadratwurzel aus der Differenz zwischen zwei Luftdruckmessungen berechnen. In einem konkreten Beispiel stellen die Drucksensoren 222 ein atmosphärisches Drucksignal Patm aus dem Inneren der Vorrichtungseinhausung sowie ein Luftdrucksignal Pwind bereit, welches am Durchlass in der Vorrichtungseinhausung gemessen wird. Der Signalprozessor 226 empfängt diese Signale und berechnet die Windgeschwindigkeit S unter Verwendung der Formel S = √2∙(Pwind – Patm) ÷ ρ , wobei ρ die Dichte von Luft ist.
9 stellt einen Querschnitt eines MEMS-Druckwandlers 300 dar, der ein Substrat 302, Seitenwände 304, eine auslenkbare Membran 306, eine starre Rückplatte 308 sowie einen Hohlraum 310 umfasst. Die Rückplatte 308 ist von der Membran 306 durch Abstandstrukturen 312 getrennt und umfasst Perforationen 314. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der MEMS-Druckwandler 300 auf eine ähnliche Weise gefertigt wie ein MEMS-Mikrofon, wie untenstehend unter Bezugnahme auf die 13a–13r beschrieben wird.
In einigen Ausführungsformen erzeugt eine Druckänderung in der Außenumgebung eine Druckdifferenz zwischen dem Hohlraum 310 und der Außenumgebung, die bewirkt, dass die Membran 306 ausgelenkt wird. Die Auslenkung der Membran 306 ändert den Abstand zwischen der Membran 306 und der Rückplatte 308. Die Änderung des Abstandes ändert die effektive Kapazität zwischen den beiden Platten und erzeugt ein gewandeltes elektrisches Signal auf einer Ausleseelektrode (nicht gezeigt). Das gewandelte elektrische Signal entspricht der aufgetretenen Druckänderung. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der MEMS-Druckwandler 300 als ein MEMS-Mikrofon implementiert sein, und die Tiefpassfrequenz-(LPF-)Antwort kann mittels digitalen oder analogen Filtern implementiert sein. In einer bestimmten Ausführungsform kann der MEMS-Druckwandler 300 von einem akustisch dämpfenden Material bedeckt oder durch dieses isoliert sein, wie zum Beispiel durch Schaumstoff, um akustisches Rauschen zu reduzieren und die Druckabfühlung zu verbessern.
In verschiedenen Ausführungsformen beeinflusst die Größe (Fläche) und Anzahl der Perforationen 314 die Hochfrequenzgrenzfrequenz f_H der Frequenzantwort für den MEMS-Druckwandler 300. In weiteren Ausführungsformen beeinflusst auch die Masse der Membran 306 die Hochfrequenzgrenzfrequenz f_H. In noch weiteren Ausführungsformen können anderen Faktoren die Hoch- und Niederfrequenzgrenzfrequenzen f_H und f_L anpassen. Zum Beispiel können das Volumen des Hohlraumes, die Größe der Membran (die durch den Radius des Hohlraumes festgelegt ist), die Dicke der Membran und andere Merkmale die Hoch- und Niederfrequenzgrenzfrequenzen f_H und f_L beeinflussen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die Rückplatte 308 eine Dicke zwischen 0,5 µm und 5 µm auf, die Perforationen 314 weisen Durchmesser zwischen 0,5 µm und 10 µm auf, die Membran 306 weist eine Dicke zwischen 0,1 µm und 1 µm auf, der Hohlraum 310 weist einen Druckmesser zwischen 0,2 mm und 2 mm sowie eine Dicke zwischen 0,1 mm und 1 mm, und der Trennungsabstand zwischen der Rückplatte 308 und der Membran 306, der durch die Abstandsstrukturen 312 festgelegt ist, ist zwischen 0,5 µm und 5 µm.
10 stellt einen Querschnitt eines weiteren MEMS-Druckwandlers 320 dar, der ein Substrat 322, eine Elektrode 326, eine Membran 324 sowie einen Hohlraum 328 umfasst. Die Membran 324 ist durch Isolatoren 330 von der Elektrode 326 getrennt. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf den MEMS-Druckwandler 300 ähnlich beschrieben, bewirkt eine Druckänderung in der Außenumgebung, dass die Membran 324 des MEMS-Druckwandlers 320 ausgelenkt wird und ein gewandeltes Signal an Kontakten erzeugt, die mit der Elektrode 326 und der Membran 324 gekoppelt sind. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben, beeinflussen die mechanischen Eigenschaften der Membran 324 die Frequenzantwort des MEMS-Druckwandlers 320, indem sie die Hoch- und Niederfrequenzgrenzfrequenzen f_H und f_L anpassen.
11 stellt einen Querschnitt eines weiteren MEMS-Druckwandlers 340 dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der MEMS-Druckwandler 340 ein piezoresistiver oder piezoelektrischer Drucksensor, der ein Substrat 342, Seitenwände 344, eine Membran 346 sowie einen Hohlraum 348 umfasst. Piezosensoren 350 sind auf der Membran 346 angeordnet oder in dieser umfasst. Die Piezosensoren 350 können als ein piezoelektrisches Material oder ein piezoresistives Material implementiert sein.
In verschiedenen Ausführungsformen bewirken Druckänderungen in der Außenumgebung Auslenkungen der Membran 346. Bei einem piezoresistiven Material ändern die Auslenkungen den Widerstand der Piezosensoren 350, und der Widerstand wird von Ausleseelektroden (nicht gezeigt) gemessen. Bei einem piezoelektrischen Material bewirken die Auslenkungen, dass die Piezosensoren 350 eine Spannung erzeugen, die einer Ausleseelektronik (nicht gezeigt) zugeführt werden. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben, beeinflussen die mechanischen Eigenschaften der Membran 346 die Frequenzantwort des MEMS-Druckwandlers 340, indem sie die Hoch- und Niederfrequenzgrenzfrequenzen f_H und f_L anpassen.
12 stellt einen Querschnitt noch eines weiteren MEMS-Druckwandlers 360 dar, welcher ein Substrat 362, Seitenwände 364, einen Hohlraum 370, eine auslenkbare Membran 366 sowie eine starre Rückplatte mit einer oberen und einer unteren Elektrode 368a und 368b umfasst. Strukturschichten 369, 372 und 373 trennen die obere und die untere Elektrode 368a und 368b voneinander und von der Membran 366. In einigen Ausführungsformen sind die Strukturschichten 369, 372 und 373 zum Beispiel aus einem Oxid ausgebildet. Eine ähnliche Struktur wie der MEMS-Druckwandler 360 und dessen Herstellung werden in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Nr. 13/931584 mit dem Titel „MEMS Microphone with Low Pressure Region between Diaphragm and Counter Electrode“, die am 28. Juni 2013 eingereicht wurde und hierin in ihrer Gesamtheit mittels Verweis aufgenommen ist, sowie in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Nr. 14/198634 mit dem Titel „MEMS Sensor Structure for Sensing Pressure Waves and a Change in Ambient Pressure“ beschrieben, die am 6. März 2014 eingereicht wurde und hierin in ihrer Gesamtheit mittels Verweis aufgenommen ist. Diese gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen beschreiben eine MEMS-Mikrofonstruktur sowie einen statischen MEMS-Drucksensor. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben, beeinflussen die mechanischen Eigenschaften der Membran 366 die Frequenzantwort des MEMS-Druckwandlers 360, indem sie die Hoch- und Niederfrequenzgrenzfrequenzen f_H und f_L anpassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen misst ein Ausleseschaltkreis (nicht gezeigt) die Rückplattenspannung auf den Elektroden 368a und 368b. Wenn sich die Membran 366 bewegt erzeugt der Ausleseschaltkreis zwei Signale, wobei ein Signal proportional und ein Signal umgekehrt proportional zur Membranbewegung ist. In solchen Ausführungsformen ist die Differenz der beiden Signale, welche im Ausleseschaltkreis erzeugt wird, proportional zur Membranbewegung und daher zum anliegenden Luftdruck, der auf akustischen Signalen oder Druckänderungen in der Luft basieren kann.
In weiteren Ausführungsformen können die Druckmessungssignale von derselben Struktur gemäß einem zweiten Mechanismus erzeugt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Hohlraum 374 ein abgeschlossenes Volumen, der durch die Membran 366 ausgebildet ist. Absolute Druckänderungen können den Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Teil der Membran 366 beeinflussen. In einigen Ausführungsformen kann ein derartiger Effekt die Empfindlichkeit des Mikrofonsystems ändern; dies kann jedoch in einigen Ausführungsformen von Vorteil sein. Die Änderung des Abstandes zwischen dem oberen und unteren Teil der Membran 366 kann gemessen werden, indem die Summe der Rückplattenspannungen auf den Elektroden 368a und 368b evaluiert wird, die im Ausleseschaltkreis (nicht gezeigt) erzeugt werden kann. In solchen Ausführungsformen ist das erzeugte Summensignal proportional zum atmosphärischen Druck.
Die 13a–13r stellen Querschnitte eines Fertigungsprozessablaufes für einen zusätzlichen MEMS-Druckwandler dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein ähnlicher Prozessablauf für die verschiedenen, hierin beschriebenen anderen MEMS-Druckwandler implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen beginnt 13a mit einem Siliziumsubstrat 402. In alternativen Ausführungsformen kann das Substrat 402 aus einem anderen Material als Silizium bestehen. 13b zeigt Oxidhöcker 404, die auf dem Substrat 402 abgeschieden oder gezüchtet und strukturiert wurden. Unter Bezugnahme auf die 13a–13r beschriebene Oxide können Halbleiteroxide wie zum Beispiel Siliziumdioxid umfassen.
Eine weitere Oxidschicht wird abgeschieden oder gezüchtet, um die Membranstützstruktur 406 wie in 13c gezeigt auszubilden. Wie gezeigt bewirken die Oxidhöcker Höcker oder Wellungen in der Membranstützstruktur 406. In 13d wird eine Polysiliziumschicht abgeschieden, welche die Membran 408 ausbildet. Die Membran 408 umfasst eine Wellung aufgrund der Oxidhöcker 404. Die Membran 408 kann dotiertes oder undotiertes Polysilizium umfassen. Zum Beispiel kann die Membran 408 mit Phosphor dotiert sein. In einem nächsten Schritt wird die Membran 408 wie in 13e gezeigt strukturiert. Wie zuvor beschrieben beeinflusst die Dicke der Membran 408, welche die Masse und Steifigkeit beeinflusst, auch die Frequenzantwort einschließlich der Hoch- und Niederfrequenzgrenzfrequenzen f_H und f_L sowie die Empfindlichkeit des MEMS-Druckwandlers.
Nachdem die Membran 408 strukturiert wurde, wird ein dickes Oxid abgeschieden um die Rückplattenstützstruktur 412 wie in 13f gezeigt auszubilden. 13g stellt den nächsten Schritt dar, währenddessen die Rückplattenstützstruktur 412 strukturiert wird, um Aussparungen 414 auszubilden. Dann wird, wie in 13h gezeigt, die Rückplatte 416 abgeschieden. Die Rückplatte 416 kann aus dotiertem oder undotiertem Polysilizium, Metall oder verschiedenen anderen leitfähigen Materialien ausgebildet sein. Wie in 13h gezeigt bewirken die Aussparungen 414, dass in der Rückplatte 416 Erhebungen ausgebildet werden.
In 13i wird die Rückplatte 416 mit Perforationen 418 strukturiert. Die Perforationen 418 sind über die Struktur der Rückplatte 416 verteilt platziert, um einen Luftstrom durch die Rückplatte 416 zu erlauben, welcher die Membran 408 während des Betriebs der fertigen Vorrichtung auslenken kann. Die Rückplattenstützstruktur 412 wird wie in 13j gezeigt strukturiert. Die Größe (der Durchmesser) und die Anzahl der Perforationen 418 in der Rückplatte 416 beeinflussen die Hochfrequenzgrenzfrequenz f_H in der charakteristischen Frequenzantwort. Nach dem Strukturieren der Rückplattenstützstruktur 412 wird eine Passivierungsschicht 420 wie in 13k gezeigt abgeschieden. Die Passivierungsschicht 420 bedeckt die ausgebildeten Strukturen und reicht auch zwischen die Perforationen 418 in der Rückplatte 416. Wie in 13l gezeigt, werden Metallisierungskontakte 422 für einen elektrischen Kontakt mit dem Substrat 402, der Rückplatte 416 und der Membran 408 abgeschieden und strukturiert.
Eine weitere Passivierungsschicht 424 wird wie in 13m abgeschieden und strukturiert, um die Kontakte 422 wie in 13n freizulegen. Es wird eine Rückseitenätzung im Substrat 402 durchgeführt, um – wie in 13o gezeigt – einen Hohlraum 426 auszubilden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein BOSCH-Ätzprozess durchgeführt, um die Rückseitenätzung zu implementieren und den Hohlraum 426 auszubilden. Oberhalb der Passivierungsschichten 420 und 424 wird eine vorübergehende Schutzschicht 428 wie in 13p gezeigt abgeschieden, um die Rückplatte 416 und die Membran 408 während des Freilegungsschrittes zu schützen. Der Freilegungsschritt wird durchgeführt, indem die Rückplatte 416 und die Membran 408 wie in 13q gezeigt freigelegt werden. Schließlich wird die vorübergehende Schutzschicht 428 entfernt und der Kontakt 422 wird, wie in 13r gezeigt, freigelegt.
Es sind verschiedene Modifikationen der in den 13a–13r beschriebenen Ausführungsformfertigungssequenz vorgesehen. Ferner kann die Struktur in zahlreichen Ausführungsformen modifiziert werden, und Modifikationen der Fertigungssequenz sind zu erwarten. Die verschiedenen, hierin beschriebenen Schritte und die beiliegenden Figuren sind veranschaulichend. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Strukturen geneigte Seitenwände, raue Oberflächen und zahlreiche Dimensionen umfassen.
14 stellt ein detailliertes Blockdiagramm eines Schnittstellenschaltkreises 500 für einen Drucksensor dar, welcher einen Drucksensor 504 und einen IC 506 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Schnittstellenschaltkreis 500 eine Implementierung des IC 106, der unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, oder des ASIC 154 sein, welcher unter Bezugnahme auf die 5a, 5b und 6 beschrieben wurde. Ferner kann der Drucksensor 504 gemäß einem beliebigen der MEMS-Druckwandler implementiert sein, die hierin unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben wurden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Drucksensor 504 mit einem Vorspannungsblock 512 und einer Referenzspannung V_REF von einem Referenzblock 514, der ein Regler mit geringem Spannungsabfall (LDO) sein kann, der als LDO 514 bezeichnet wird, vorgespannt. Der Drucksensor 504 führt einem Verstärker 516 eine abgefühlte und gewandelte Druckänderung zu, und ein Multiplexer 518 wählt das verstärkte Drucksignal, eine der Temperatur (des ICs oder Sensors) proportionale Spannung V_t oder eine Referenzspannung von einem Knoten 520 aus, der mit einer Referenzanschlussstelle 522 und dem LDO 514 gekoppelt ist. Das Ausgangssignal des Multiplexers 518 wird von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 524 in ein digitales Signal umgewandelt, von einem Filter 526 gefiltert und durch eine digitale Busschnittstelle 528 mit einem digitalen Bus 530 verbunden. Der IC 506 kann auch eine digitale Spannungsreferenz, die vom LDO 532 zugeführt wird, eine Zustandsmaschine 534 für digitale Logikoperationen, einen Arbeitsspeicher 536 für digitale Operationen oder zum Filtern, sowie einen Oszillator 538, um jegliche digitalen Blöcke zu takten. Dem IC 506 werden die Referenzanschlussstellen VDD und GND sowie die Eingangs-/Ausgangs-(I/O-)Spannungsversorgung VDD_IO zum Koppeln mit dem digitalen Bus 530 zugeführt.
In einigen Ausführungsformen kann der Filter 526 das Verarbeiten oder Filtern wie unter Bezugnahme auf den Filter 224 und den Signalprozessor 226 in 8 beschrieben implementieren. Zum Beispiel kann der Filter 526 einen inversen Hochpassfilter oder digitale Tiefpass- oder Hochpassfilter umfassen. In anderen Ausführungsformen ist der Filter 526 ein analoger Filter und wird neu angeordnet, um zwischen dem Multiplexer 518 und der ADC 524 gekoppelt zu sein.
Andere Ausführungsformen können unterschiedliche funktionale Komponenten und/oder zusätzliche funktionale Komponenten umfassen, um spezifische Merkmale eines Sensor- und/oder Schnittstellen-ICs zu implementieren. Zum Beispiel kann der IC 506 in einigen Ausführungsformen digitale Korrekturalgorithmen umfassen, die dazu verwendet werden, um die abgefühlten Drucksignale zu linearisieren. In einigen Ausführungsformen kann unter Verwendung der zur Temperatur proportionalen Spannung V_t eine Temperaturkorrektur implementiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen stellt der IC 506 auch Temperaturinformationen und/oder Werkskalibrierungsdaten bereit, die am digitalen Bus 530 ausgelesen werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen der Windgeschwindigkeit das Messen des atmosphärischen Druckes an einem ersten Drucksensor, welcher innerhalb einer Einhausung angeordnet und von Wind abgeschirmt ist, das Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor, welcher an einer Öffnung in der Einhausung angeordnet ist, und das Bestimmen der Windgeschwindigkeit an der Öffnung in der Einhausung auf Basis des Messens des atmosphärischen Druckes und des Luftdruckes.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Windgeschwindigkeit das Erzeugen eines ersten Signals auf Basis des Messens des atmosphärischen Druckes, das Erzeugen eines zweiten Signals auf Basis des Messens des Luftdruckes, das Erzeugen eines Differenzsignals durch das Subtrahieren des ersten Signals vom zweiten Signal sowie das Berechnen der Windgeschwindigkeit unter Verwendung des Differenzsignals. In einigen Ausführungsformen umfasst das Berechnen der Windgeschwindigkeit das Berechnen der Windgeschwindigkeit S unter Verwendung einer Gleichung S = √2∙(P2 – P1) ÷ ρ , wobei P1 das erste Signal ist, P2 das zweite Signal ist und ρ die Dichte von Luft ist.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor das Messen einer Vielzahl von Luftdrücken an einer Vielzahl von Drucksensoren, die an einer Vielzahl von Öffnungen in der Einhausung angeordnet sind. In solchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen der Windrichtung auf Basis des Messens der Vielzahl von Luftdrücken. Jede Öffnung der Vielzahl von Öffnungen kann einer Richtung zugewandt angeordnet sein, die etwa 90 ° von einer Richtung einer anderen Öffnung der Vielzahl von Öffnungen getrennt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen umfassen der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor jeweils ein Kubikvolumen von weniger als etwa 50 mm³. In einigen Ausführungsformen umfasst das Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor das Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor, welcher an der Öffnung in der Einhausung angeordnet ist, wobei die Öffnung einen Durchmesser von weniger als 0,3 mm aufweist. Implementierungen der beschriebenen Techniken können elektronische Systeme oder Hardware, entsprechende Verfahren oder Computersoftware auf einem computerzugänglichen Medium umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine elektronische Vorrichtung eine Einhausung, welche einen Durchlass umfasst, einen ersten MEMS-Drucksensor, welcher innerhalb der Einhausung an den Durchlass angrenzend angeordnet ist, einen zweiten MEMS-Drucksensor, welcher innerhalb der Einhausung angeordnet und vom Durchlass abgeschirmt ist, sowie eine Anwendungsverarbeitungsschaltung, welche innerhalb der Einhausung angeordnet und mit dem ersten MEMS-Drucksensor sowie dem zweiten MEMS-Drucksensor elektrisch gekoppelt ist. Die Anwendungsverarbeitungsschaltung ist konfiguriert, um die Windgeschwindigkeit am Durchlass auf Basis von Signalen zu bestimmen, die sie von dem ersten MEMS-Drucksensor und dem zweiten MEMS-Drucksensor empfangen hat.
In verschiedenen Ausführungsformen umfassen der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor jeweils ein Kubikvolumen von weniger als 50 mm³. Die elektronische Vorrichtung kann ferner einen dritten MEMS-Drucksensor umfassen, der innerhalb der Einhausung an einen zusätzlichen Durchlass angrenzend angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die elektronische Vorrichtung ferner eine Vielzahl zusätzlicher MEMS-Drucksensoren, die innerhalb der Einhausung angrenzend an eine Vielzahl zusätzlicher Durchlässe angeordnet sind. In solchen Ausführungsformen ist die Anwendungsverarbeitungsschaltung ferner konfiguriert, um die Windrichtung auf Basis von Signalen zu bestimmen, die sie von dem ersten MEMS-Drucksensor, dem zweiten MEMS-Drucksensor und der Vielzahl zusätzlicher MEMS-Drucksensoren empfängt. Jeder zusätzliche Durchlass der Vielzahl zusätzlicher Durchlässe kann einer Richtung zugewandt angeordnet sein, die etwa 90 ° von einer Richtung eines anderen Durchlasses der Vielzahl zusätzlicher Durchlässe getrennt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der Durchlass einen Durchmesser von weniger als 0,3 mm auf. In einigen Ausführungsformen umfasst die elektronische Vorrichtung ferner eine Windabschirmung, die innerhalb der Einhausung zwischen dem Durchlass und dem zweiten MEMS-Drucksensor angeordnet ist. Der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor können jeweils einen kapazitiven Drucksensor umfassen. In einer Ausführungsform umfassen der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor jeweils ein duales MEMS-Rückplattenmikrofon. In einer weiteren Ausführungsform umfassen der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor jeweils einen piezoresistiven oder einen piezoelektrischen Drucksensor. Implementierungen der beschriebenen Techniken können elektronische Systeme oder Hardware, entsprechende Verfahren oder Computersoftware auf einem computerzugänglichen Medium umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine elektronische Vorrichtung eine Einhausung, welche einen Durchlass umfasst, eine Leiterplatte, welche innerhalb der Einhausung angeordnet ist, eine Anzeige, die innerhalb der Einhausung angeordnet und an der Leiterplatte befestigt ist, ein erstes Sensorgehäuse, welche an der Leiterplatte befestigt und in direkter Fluidverbindung mit dem Durchlass ist, ein zweites Sensorgehäuse, welches an der Leiterplatte befestigt und in indirekter Fluidverbindung mit dem Durchlass ist, sowie einen Anwendungsprozessor, der an der Leiterplatte befestigt und mit dem ersten Sensorgehäuse und dem zweiten Sensorgehäuse elektrisch gekoppelt ist. Das erste Sensorgehäuse umfasst einen ersten Drucksensor, und das zweite Sensorgehäuse umfasst einen zweiten Drucksensor.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die elektronische Vorrichtung ferner eine Windabschirmung zwischen dem Durchlass und dem zweiten Sensorgehäuse. In einigen Ausführungsformen umfasst die elektronische Vorrichtung ferner einen kabellosen Kommunikationsschaltkreis. Das erste Sensorgehäuse kann ferner einen akustischen Wandler umfassen. Implementierungen der beschriebenen Techniken können elektronische Systeme oder Hardware, entsprechende Verfahren oder Computersoftware auf einem computerzugänglichen Medium umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen der Windgeschwindigkeit von Wind das Messen eines ersten Luftdruckes an einem ersten Drucksensor, welcher an einer ersten Öffnung in einer Einhausung angeordnet ist, das Messen eines zweiten Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor, welcher an einer zweiten Öffnung angeordnet ist, und das Bestimmen der Windgeschwindigkeit an der ersten Öffnung in der Einhausung auf Basis des Messens des ersten Luftdruckes und des zweiten Luftdruckes.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Windgeschwindigkeit das Erzeugen eines ersten Signals auf Basis des Messens des ersten Luftdruckes, das Erzeugen eines zweiten Signals auf Basis des Messens des zweiten Luftdruckes, das Erzeugen eines Differenzsignals durch das Subtrahieren des ersten Signals vom zweiten Signal sowie das Berechnen der Windgeschwindigkeit unter Verwendung des Differenzsignals. In einigen Ausführungsformen umfasst das Messen eines zweiten Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor das Messen einer Vielzahl von Luftdrücken an einer Vielzahl von Drucksensoren, die an einer Vielzahl von Öffnungen in der Einhausung angeordnet sind. In solchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen der Windrichtung auf Basis des Messens der Vielzahl von Luftdrücken. Jede Öffnung der Vielzahl von Öffnungen kann einer Richtung zugewandt angeordnet sein, die etwa 90 ° von einer Richtung einer anderen Öffnung der Vielzahl von Öffnungen getrennt ist. In einer Ausführungsform ist die erste Öffnung dem Wind zugewandt, und die zweite Öffnung ist vom Wind abgewandt. Implementierungen der beschriebenen Techniken können elektronische Systeme oder Hardware, entsprechende Verfahren oder Computersoftware auf einem computerzugänglichen Medium umfassen.
Gemäß verschiedenen, hierin beschriebenen Ausführungsformen können Vorteile ein kompaktes oder integriertes Windgeschwindigkeitsmessgerät umfassen. Einige Vorteile können kostengünstigere Windgeschwindigkeitsmessungen oder eine verbesserte Genauigkeit von Windgeschwindigkeitsmessungen umfassen. Einige Vorteile können Windgeschwindigkeitsmessgeräte umfassen, die leicht in verschiedene elektronische Vorrichtungen wie z. B. kompakte oder mobile elektronische Vorrichtungen eingebaut werden können.
Während diese Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, dass diese Beschreibung in einem beschränkenden Sinn aufgefasst wird. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung werden für Fachleute bei Bezugnahme auf die Beschreibung ersichtlich sein. Es wird daher beabsichtigt, dass die beiliegenden Ansprüche jegliche solche Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

Verfahren zum Messen der Windgeschwindigkeit, umfassend: das Messen des atmosphärischen Druckes an einem ersten Drucksensor, welcher innerhalb einer Einhausung angeordnet und von Wind abgeschirmt ist; Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor, welcher an einer Öffnung in der Einhausung angeordnet ist; und Bestimmen der Windgeschwindigkeit an der Öffnung in der Einhausung auf Basis des Messens des atmosphärischen Druckes und des Luftdruckes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Windgeschwindigkeit Folgendes umfasst: Erzeugen eines ersten Signals auf Basis des Messens des atmosphärischen Druckes; Erzeugen eines zweiten Signals auf Basis des Messens des Luftdruckes; Erzeugen eines Differenzsignals durch ein Subtrahieren des ersten Signals vom zweiten Signal; und Berechnen der Windgeschwindigkeit unter Verwendung des Differenzsignals.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Berechnen der Windgeschwindigkeit ein Berechnen der Windgeschwindigkeit S unter Verwendung einer Gleichung S = √2∙(P2 – P1) ÷ ρ umfasst, wobei P1 das erste Signal ist, P2 das zweite Signal ist und ρ die Dichte von Luft ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor ein Messen einer Vielzahl von Lufdrücken an einer Vielzahl von zweiten Drucksensoren umfasst, die an einer Vielzahl von Öffnungen in der Einhausung angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner ein Bestimmen der Windrichtung auf Basis des Messens der Vielzahl von Luftdrücken umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei jede Öffnung der Vielzahl von Öffnungen einer Richtung zugewandt angeordnet ist, die etwa 90 ° von einer Richtung einer anderen Öffnung der Vielzahl von Öffnungen getrennt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor jeweils ein Kubikvolumen von weniger als etwa 50 mm³ umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei das Messen des Luftdruckes an dem zweiten Drucksensor das Messen des Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor umfasst, der an der Öffnung in der Einhausung angeordnet ist, wobei die Öffnung einen Durchmesser von weniger als 0,3 mm aufweist.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine Einhausung, welche einen Durchlass umfasst; einen ersten MEMS-Drucksensor, welcher innerhalb der Einhausung an den Durchlass angrenzend angeordnet ist; einen zweiten MEMS-Drucksensor, welcher innerhalb der Einhausung angeordnet und vom Durchlass abgeschirmt ist; sowie eine Anwendungsverarbeitungsschaltung, welche innerhalb der Einhausung angeordnet und mit dem ersten MEMS-Drucksensor sowie dem zweiten MEMS-Drucksensor elektrisch gekoppelt ist, wobei die Anwendungsverarbeitungsschaltung eingerichtet ist, die Windgeschwindigkeit am Durchlass auf Basis von Signalen zu bestimmen, die sie von dem ersten MEMS-Drucksensor und dem zweiten MEMS-Drucksensor empfangen hat.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor jeweils ein Kubikvolumen von weniger als etwa 50 mm³ umfassen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, welche ferner einen dritten MEMS-Drucksensor umfasst, der innerhalb der Einhausung angrenzend an einen zusätzlichen Durchlass angeordnet ist.
Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11, welche ferner eine Vielzahl zusätzlicher MEMS-Drucksensoren umfasst, die innerhalb der Einhausung angrenzend an eine Vielzahl zusätzlicher Durchlässe angeordnet sind, wobei die Anwendungsverarbeitungsschaltung ferner eingerichtet ist, die Windrichtung auf Basis von Signalen zu bestimmen, die sie vom ersten MEMS-Drucksensor, dem zweiten MEMS-Drucksensor und der Vielzahl von zusätzlichen MEMS-Drucksensoren erhalten hat.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei jeder zusätzliche Durchlass der Vielzahl von zusätzlichen Durchlässen einer Richtung zugewandt angeordnet ist, die etwa 90 ° von einer Richtung eines anderen Durchlasses aus der Vielzahl zusätzlicher Durchlässe getrennt ist.
Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–13, wobei der Durchlass einen Durchmesser von weniger als 0,3 mm aufweist.
Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–14, welche ferner eine Windabschirmung umfasst, die innerhalb der Einhausung zwischen dem Durchlass und dem zweiten MEMS-Drucksensor angeordnet ist.
Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–15, wobei der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor jeweils einen kapazitiven Drucksensor umfassen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor jeweils ein duales MEMS-Rückplattenmikrofon umfassen.
Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–17, wobei der erste MEMS-Drucksensor und der zweite MEMS-Drucksensor jeweils einen piezoresistiven oder einen piezoelektrischen Drucksensor umfassen.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine Einhausung, welche einen Durchlass umfasst; eine Leiterplatte, welche innerhalb der Einhausung angeordnet ist; eine Anzeige, welche innerhalb der Einhausung angeordnet und an der Leiterplatte befestigt ist; ein erstes Sensorgehäuse, welches an der Leiterplatte befestigt und in direkter Fluidverbindung mit dem Durchlass ist, wobei das erste Sensorgehäuse einen ersten Drucksensor umfasst; ein zweites Sensorgehäuse, welches an der Leiterplatte befestigt und in indirekter Fluidverbindung mit dem Durchlass ist, wobei das zweite Sensorgehäuse einen zweiten Drucksensor umfasst; sowie einen Anwendungsprozessor, welcher an der Leiterplatte befestigt und mit dem ersten Sensorgehäuse und dem zweiten Sensorgehäuse elektrisch gekoppelt ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 19, welche ferner eine Windabschirmung zwischen dem Durchlass und dem zweiten Sensorgehäuse umfasst.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, welche ferner eine kabellose Kommunikationsschaltung umfasst.
Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19–21, wobei das erste Sensorgehäuse ferner einen akustischen Wandler umfasst.
Verfahren zum Messen der Windgeschwindigkeit von Wind, umfassend: Messen eines ersten Luftdruckes an einem ersten Drucksensor, welcher an einer ersten Öffnung in einer Einhausung angeordnet ist; Messen eines zweiten Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor, welcher an einer zweiten Öffnung angeordnet ist; und Bestimmen der Windgeschwindigkeit an der ersten Öffnung in der Einhausung auf Basis des Messens des ersten Luftdruckes und des zweiten Luftdruckes.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Bestimmen der Windgeschwindigkeit Folgendes umfasst: Erzeugen eines ersten Signals auf Basis des Messens des ersten Luftdruckes; Erzeugen eines zweiten Signals auf Basis des Messens des zweiten Luftdruckes; Erzeugen eines Differenzsignals durch das Subtrahieren des ersten Signals vom zweiten Signal, und Berechnen der Windgeschwindigkeit unter Verwendung des Differenzsignals.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei das Messen eines zweiten Luftdruckes an einem zweiten Drucksensor ein Messen einer Vielzahl von Luftdrücken an einer Vielzahl von Drucksensoren umfasst, die an einer Vielzahl von Öffnungen in der Einhausung angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 25, welches ferner ein Bestimmen der Windrichtung auf Basis des Messens der Vielzahl von Luftdrücken umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei jede Öffnung der Vielzahl von Öffnungen einer Richtung zugewandt angeordnet ist, die etwa 90 ° von einer Richtung einer anderen Öffnung der Vielzahl von Öffnungen getrennt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23–27, wobei die erste Öffnung dem Wind zugewandt ist und die zweite Öffnung vom Wind abgewandt ist.